光明日報記者 陸健 光明日報通訊員 柯溢能 吳雅蘭

　　流光溢彩，星月交輝，環形“冰絲帶”造型靈動，22條晶瑩剔透的“絲帶”狀曲面玻璃幕墻環繞著國家速滑館。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”。近日，浙江大學建筑工程學院羅堯治教授團隊和鄧華、袁行飛教授團隊向記者解析了“冰絲帶”超大跨度索網結構建設施工與運維保障的科技智慧。

　　“健康醫生”緊盯工程全過程

　　“冰絲帶”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。但是可想而知，它的施工難度也非常大。

　　每根索網都有幾噸重，只有通過合理的張拉，才能織成一張網。為了更好摸清鋼索狀態，羅堯治團隊在施工環節就安裝上浙大自主開發的無線傳感器，用以進行實時監測和力學分析。

　　在索網的施工過程中，采取“先地面拼裝、再整體提升”的工序，但由于場地空間限制，鋪在地面等待張拉的鋼索需要微微拱起才能越過“瓶頸”。倘若沒有準確的數據支撐，誰也不能輕易下令彎折動輒幾噸的鋼索。“這時候，我們的現場監測數據能夠實時掌握彎曲對鋼索的影響，為現場決策指揮和安全施工提供了重要依據。”施工方評價說：“浙大的無線傳感器就像一雙雙眼睛，緊緊‘盯’著工程的建設全過程。”

　　“最強大腦”實時監測數據安全

　　無線傳感器不僅在建設時發揮作用，建成后的“冰絲帶”依舊通過“健康醫生”的方式測量著“脈搏”與“心跳”。

　　“拿到數據、傳輸數據、處理數據，是我們開展監測分析的全過程。”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、索力等六大類參數進行監測，測試點數也達千余個，數量之多創下了單一建筑結構之最。

　　那么，這些監測大數據如何更好地決策呢？走進位于浙大紫金港校區的空間結構健康監測平臺，記者看到，這里匯集著來自各地的監測數據，也實時處理著來自“冰絲帶”的數據。作為多學科融合的云端數據庫，浙大團隊采用的是統一的數據標準、統一的數據系統，這種數據融合便于更好地開展建筑物結構分析。

　　這套監測系統是由浙大自主開發設計的，早在2010年就開始應用于國家體育館“鳥巢”的運營監測，已經有10多年的工程經驗，同時也應用于大興國際機場，監測面積是世界最大。“我們會根據每個項目的具體需求來改造這套系統，在施工的關鍵環節和惡劣天氣條件下，我們還會加密監測。”許賢說。

　　　“風吹雪打”模擬考驗索網模型

　　在“冰絲帶”建設期間，浙江大學建筑工程學院的另一團隊也發揮了重要作用。為了更好解決屋頂的建設難題，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。

　　“國家速滑館屋蓋跨度大、鋼索多、內力協調復雜，這要求結構必須實現高精度的建造。”鄧華說，索網中需要施加巨大的張拉力，且必須保證與環桁架和幕墻索高精度地協同工作，因此確定安全、高效、精確的索網施工方案是關鍵技術問題。

　　“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。”鋪在地上的索網怎樣平穩提起來，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。

　　團隊基于大量的數值仿真結果和試驗測試數據，在索網的整體提升、張拉控制、施工驗收和預張力監測等方面提出了系統性的方案和建議，為“冰絲帶”大跨度索網屋蓋結構的高精度建造提供了有力的技術支撐。

　　此外，浙大科技團隊還通過沙袋等形式，在張拉好的索網施加荷載。“我們在模型上吊掛不同的荷載來模擬風吹雪打的環境，驗證屋頂的強度和抗形變能力。”鄧華說。