王自偉，李久林，蘇李淵，李劍星，陳利敏，袁 浩，駱建坡，陳 杰

(1.北京城建集團有限責任公司，北京 100088； 2.北京江河幕墻系統(tǒng)工程有限公司，北京 101300)

1 工程概況

國家速滑館位于北京奧林匹克公園規(guī)劃范圍內，項目用地為北京2008年奧運會臨時場館(曲棍球場、射箭場)原址。規(guī)劃用地范圍約20hm2，建筑面積約8萬m2，是北京 2022 年冬奧會的標志性場館之一，也是冬奧會北京賽區(qū)唯一新建比賽場館。冬奧會后，該場館將成為舉辦滑冰、冰球等大型國際賽事及滿足廣大市民冰上活動的多功能場館。封頂后的國家速滑館如圖1所示。

圖1 封頂后的國家速滑館

國家速滑館屋蓋采用單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)結構，南北向最大跨度 198m，東西向最大跨度 124m，標高為 15. 800～33. 800m，支承于周圈鋼結構環(huán)桁架上，環(huán)桁架外側設置幕墻拉索，是世界上類似結構中跨度和規(guī)模最大的索網(wǎng)結構，給屋面施工增加了極大難度。其具有技術含量高、外形復雜、工程施工難度大、質量要求高、工期緊等工程特點，要確保工程質量、施工高效安全，施工方案設計與選擇是關健。故在施工時采用國內首創(chuàng)的大跨度馬鞍形索結構單元式屋面板安裝施工工法，該工法具有簡單、易操作、用人少、施工速度快等特點，為索網(wǎng)結構等柔性屋面，尤其是大跨度柔性屋面結構施工提供了一種新穎、靈活的施工方法。

2 工藝原理

由于國家速滑館屋面造型新穎、結構復雜、施工難度大，該工法首先提出將速滑館屋面大跨度馬鞍形索網(wǎng)結構柔性屋面系統(tǒng)分為單元板塊屋面、人字形天窗及直立鎖邊屋面。施工時劃分為3個區(qū)域(見圖2)，每個區(qū)域再劃分為多個小區(qū)域，分批次交叉作業(yè)，可達到施工區(qū)域安排的合理化、程序化、系統(tǒng)化，優(yōu)化了屋面安裝順序，縮短了工期。

圖2 屋面系統(tǒng)劃分平面

鑒于該屋面是國內首創(chuàng)的大跨度柔性索網(wǎng)屋面，單元板塊系統(tǒng)構造復雜，安裝在柔性索網(wǎng)屋面上方，不具備現(xiàn)場分層安裝條件，故采用預制單元板塊成品、現(xiàn)場安裝的施工方案。安裝時，創(chuàng)新性地采用單元板塊從索網(wǎng)單元格對角線起吊、放平后安裝的施工方式，大大減少了人力、物力的消耗，極大地提高了效率。屋面天窗施工時，在現(xiàn)場制作多榀人字形鋼架龍骨，起吊后安裝，提高了施工速度。直立鎖邊屋面分層施工，再根據(jù)現(xiàn)場尺寸進行不銹鋼天溝的定尺制作和收邊收口，保證了工程質量，完美呈現(xiàn)了速滑館新穎、美觀的造型。

3 屋面安裝順序優(yōu)化

不同于傳統(tǒng)屋面施工方式，為確保工期，提高施工效率，降低施工費用，同時便于組織管理，結合具體工程現(xiàn)狀，按照施工方向、施工場地限制、施工要求、施工順序等情況，科學性地將每個施工區(qū)域劃分為不同施工批次，如圖3所示。

圖3 屋面批次劃分平面

考慮到項目工期要求及不同系統(tǒng)之間的交接，按系統(tǒng)將屋面分為不同施工流水段，合理安排施工順序，優(yōu)化屋面安裝順序。例如，考慮屋面拉索結構變形，可安排屋面整體安裝順序為：單元板塊屋面→人字形天窗→直立鎖邊屋面。各施工段內施工順序也按照從中間向兩邊，先單元板塊屋面、然后人字形天窗、最后直立鎖邊屋面的順序施工。

受建筑具體結構形式分布的影響，考慮到起重機械工作半徑所能覆蓋的范圍，不規(guī)則單元板塊安裝順序為：3→4→5→6→7→8→9→10→1→2。人字形天窗施工順序為：1→2→3→4。直立鎖邊屋面施工順序為：1→2→3→4。

4 施工技術

4.1 單元板塊屋面施工

首先將屋面分成裝配式單元，預制不規(guī)則單元板塊進行現(xiàn)場安裝。不規(guī)則單元板塊借助BIM模型，導入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)精準化加工。安裝時根據(jù)模型變形分析，板塊間預留90mm寬縫隙，并由保溫巖棉填充，形成柔性連接，適應主體變形。此方法經(jīng)濟高效地解決了索網(wǎng)結構上面材固定及柔性索網(wǎng)變形等技術難題。

此外，根據(jù)速滑館特殊的索網(wǎng)結構屋面特點，創(chuàng)新性提出采用汽車式起重機將不規(guī)則單元板塊吊裝至指定位置，大大提升了施工速度，節(jié)約了施工成本。對于預安裝位置下方滿足25t起重機安放的區(qū)域，首先通過精確計算，將起重機擺放至正確位置。將起重機支臂從附近索網(wǎng)分格伸出，起重機的2個吊鉤同時下落，將板塊垂直沿網(wǎng)格對角線空間吊出(見圖4)。對于板塊下方不滿足25t起重機安放的區(qū)域，則需使用大噸位起重機(如300t起重機)，將其擺放在場館外。將起重機的2個吊鉤從指定索網(wǎng)分格中同時下落，將板塊垂直沿網(wǎng)格對角線空間吊出，如圖5所示。

圖4 板塊下方滿足25t起重機擺放的區(qū)域安裝示意

單元板塊沿索網(wǎng)對角線吊出時，需精準控制板塊起吊位置及起重機大臂落點位置，起重機每個站位均需根據(jù)板塊尺寸、對角線關系進行精確計算，如圖6所示。

圖6 最厚單元板塊與索網(wǎng)邊界校核示意

4.2 人字形天窗施工

由于速滑館具有獨特的馬鞍形屋面構造，天窗施工需預先在BIM模型中提取每根龍骨的三維坐標，測量人員分組在現(xiàn)場利用全站儀進行精準放線，將龍骨定位至預定位置。同時在BIM模型中提取鋼龍骨尺寸，按照每一跨度不同尺寸分格，在地面提前預制好多榀人字形鋼架，再進行龍骨吊裝焊接等施工步驟，最大化提升施工效率。天窗施工流程如圖7所示。

圖7 天窗施工流程

4.3 直立鎖邊屋面施工

直立鎖邊屋面施工時，預先在BIM模型中提取每根檁條尺寸及三維坐標，測量人員分組在現(xiàn)場利用全站儀進行精準放線，將檁條定位至預定位置。放線工作量大時可分組進行，以提高施工效率。然后吊裝檁條，如果1組檁條長度剛好遞增或遞減，經(jīng)過精確計算滿足起吊條件后，可一次性吊裝以進一步提高施工效率，節(jié)約經(jīng)濟成本。收邊處的包邊板均根據(jù)水槽與天溝的交接尺寸定尺下料、定尺加工、定尺安裝，水槽內側保溫、安裝均連續(xù)焊接以保證施工質量。

5 結語

國家速滑館雙曲馬鞍形金屬屋面是我國首個大跨度柔性屋面體系，造型奇特，施工難度極高。本工程采用獨創(chuàng)的大跨度馬鞍形索結構單元式屋面板安裝施工工法，科學、安全、高效地完成了施工任務，工期縮短至普通方法的1/3，極大地提高了經(jīng)濟效益。主要施工特點如下。

1)優(yōu)化了屋面板安裝順序，提高了作業(yè)效率。

2)適用于單元板塊系統(tǒng)構造復雜的情況。單元板塊安裝在柔性索網(wǎng)屋面上方，不具備現(xiàn)場分層安裝條件，故采用預制單元板塊、成品現(xiàn)場安裝的施工方案。

3)單元板塊安裝時，直接利用小噸位起重機從索網(wǎng)單元格對角線起吊，靈活有效地降低了安裝難度，結合地面跟蹤測量，有效保證了安裝精度。

4)為等效單元板塊安裝前后索網(wǎng)變形問題，采用屋面索網(wǎng)吊掛作為等效荷載，邊裝邊拆，有效解決了變形不協(xié)調的問題。

5)收口、收邊及搭接處多為不規(guī)則曲線交接形式，須嚴格根據(jù)現(xiàn)場尺寸下料。