科技織就“冰絲帶”
——浙江大學教授團隊助力完成

作為唯一新建冰上競賽場館――國家速滑館“冰絲帶”為世界貢獻了由中國設計、中國技術、中國材料、中國制造組成的奧運場館建設“中國方案”。這其中，浙江大學建筑工程學院羅堯治教授團隊和鄧華、袁行飛教授團隊就為“冰絲帶”超大跨度索網結構建設施工與運維保障提供了重要的科技力量。

“冰絲帶”的屋面體系采用了雙曲面馬鞍形單層索網結構，是目前世界上跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網屋面體育館。所謂的索網結構，簡單地說，就是一張由鋼索編織而成的大網。這樣一張大網“扣”在了速滑館的上方，形成一個馬鞍形雙曲面屋頂。

相較于傳統(tǒng)的剛性屋面結構體系，柔性的索網屋面在滿足結構功能的前提下大大減小了結構的用鋼量，這樣精巧的空間設計為節(jié)能環(huán)保提供了保障。但是可想而知，它的施工難度也非常大，再加上工期緊，項目參與各方都懸著一顆心。

這是因為每根索網就有幾噸重，而只有通過合理的張拉，才能織成一張網。在施工過程中，這些鋼索的受力狀態(tài)就非常關鍵了，稍有不慎就會影響施工質量與安全。為了更好地摸清鋼索狀態(tài)，羅堯治團隊在施工環(huán)節(jié)就安裝上浙大自主開發(fā)的無線傳感器，用以實時監(jiān)測和力學分析。“施工的過程中，千斤頂下面也有傳感器，但是它們隨著工程的進展要撤下來的，只能監(jiān)測短時的數(shù)據，但我們的監(jiān)測是全過程的?！绷_堯治說。

同時，公司為員工提供了良好的工作學習環(huán)境和晉升機會，定期組織員工參加技能比武，提升職業(yè)技能。創(chuàng)刊于2010年的《華南服務》簡報，不僅為員工提供了最新的行業(yè)資訊和管理知識，而且成為員工互動交流的平臺和心靈休憩的驛站。公司每年組織外出旅游活動，讓員工開闊眼界，放松身心，增強凝聚力；每年末的“華南春晚”精彩紛呈，讓每一位華南人都成為明星；每年度進行總結表彰，讓優(yōu)秀員工和集體脫穎而出；每兩年一屆的“金掃帚”獎勞模大賽，不僅是公司的一大盛事，更是媒體競相關注的焦點。此外，基層黨組織和工會建設也是公司的一大特色，為吸引員工創(chuàng)先爭優(yōu)和參與民主管理提供了一個自由的平臺，一方廣闊的天地。

“拿到數(shù)據、傳輸數(shù)據、處理數(shù)據，是我們開展監(jiān)測分析的全過程?！?羅堯治教授團隊的許賢教授說，團隊對速滑館的應力、位移、加速度、溫度、風壓、索力等六大類參數(shù)進行監(jiān)測，測試點數(shù)也達千余個，數(shù)量之多創(chuàng)下了單一建筑結構之最。

除了對“冰絲帶”屋頂?shù)谋O(jiān)測，浙大團隊還對速滑館的賽場冰下混凝土開展了結構監(jiān)測。“冰絲帶”采用了全冰面設計，同時也采用最先進的制冰技術，冰面溫差可控制在0.5℃以內。

“國家速滑館屋蓋跨度大、鋼索多、內力協(xié)調復雜，這要求結構必須實現(xiàn)高精度的建造?！编嚾A介紹，索網中需要施加巨大的張拉力，且必須保證與環(huán)桁架和幕墻索高精度地協(xié)同工作，然而索網由地面提升的步驟和鋼索的張拉順序都將影響到整個“冰絲帶”的最終施工質量，因此確定安全、高效、精確的索網施工方案是關鍵技術問題。

進位于紫金港校區(qū)的空間結構健康監(jiān)測平臺實時處理著來自“冰絲帶”的數(shù)據。作為多學科融合的云端數(shù)據庫，浙大團隊采用的是統(tǒng)一的數(shù)據標準、統(tǒng)一的數(shù)據系統(tǒng)，這種數(shù)據融合便于更好地開展建筑物結構分析。

首先將雙極性 DVB/CAR/PDMS（50/30 μm）固相微萃取頭置于GC-MS儀進樣口進行老化處理，老化溫度250 ℃，老化時間為30 min，載氣流速為1.3 mL/min，載氣為氦氣。

在“冰絲帶”建設期間，為了更好地解決屋頂?shù)慕ㄔO難題，鄧華、袁行飛教授團隊通過12：1 的縮尺模型，開展了國家速滑館大跨度索網屋蓋結構建造關鍵技術及模型試驗研究。

這對混凝土的質量提出了更高要求。如何監(jiān)測冰下混凝土服役狀態(tài)下的受力情況，這對羅堯治團隊來說，又是一個嶄新課題。為此，團隊研發(fā)了低溫惡劣環(huán)境下混凝土結構的內力和溫度監(jiān)測技術，提出了冰下混凝土長期服役過程中性能狀態(tài)評估方法。

這套監(jiān)測系統(tǒng)是由浙大自主開發(fā)設計的，早在2010 年就開始應用于國家體育館“鳥巢”的運營監(jiān)測，已經有了10 多年的工程經驗，同時大興國際機場用的也是這套監(jiān)測技術，而且監(jiān)測面積是世界最大。

[3]陸張維,徐麗華,等.基于GIS的中心城區(qū)建設用地適宜性評價-以浙江省杭州市為例[J].江蘇農業(yè)科學,2016(6):488-492.

“設計難，但要將‘冰絲帶’從圖紙打造成冬奧會的標志性場館同樣困難?！变佋诘厣系乃骶W怎樣平穩(wěn)提起來，到達屋面高度后需要張拉哪些索才能繃緊索網，最終可以容忍多大的誤差……這些都需要進行敏感性分析。于是，團隊在浙大打造了一個縮小版的“冰絲帶”模型，模擬索網結構的建造全過程，并驗證結構的設計性能。

從產業(yè)結構角度出發(fā)，我們可以看到，中國是以制造業(yè)為主，勞動力市場上多是體力勞動者，這部分人依靠他們的體力勞動取得收入，但是人體在晚年時期身體機能會大大下降，如果推遲退休年齡會給這些人帶來身體上的傷害。

縮尺模型試驗從2018 年6 月初開始持續(xù)到8 月底，期間董石麟院士也多次前往試驗現(xiàn)場指導。一整個暑期的加班加點沒有白費，最終，“冰絲帶”索網結構模型在浙大誕生，此后各項試驗測試和數(shù)據分析工作有序開展。

舞動的“冰絲帶”，與雄渾的鋼結構“鳥巢”和靈動的膜結構“水立方”共同組成北京這座世界首個“雙奧之城”的標志性建筑群。而這背后，就閃耀著浙大團隊的科技智慧。