**：建筑技术杂志。
国家速滑馆是北京2024年冬奥会的标志性建筑，也是唯一新建的比赛场馆，独特的弧形玻璃幕墙和马鞍椭圆形屋顶（图1），象征着冰与速度，被誉为“冰丝带”。
图1 国家速滑馆整体效果
国家速滑馆屋面采用单层双向正交马鞍形索网结构，南北方向最大跨度198m，东西方向最大跨度124m，标高15400~33.800m，支撑在环形钢结构环桁架上，幕墙索布置在环形桁架外侧，给屋面施工增加了很大的难度。
索网结构是一种受拉结构，是典型的柔性结构和变系统，其平衡形式会随荷载形式而变化，在承受荷载过程中产生的位移变形较大，结构变形会引起其内力重新分布，表现出较强的几何非线性。 根据计算，国家速滑馆索网最大上下垂直位移分别为470mm和474mm，承重索将产生52mm的伸长变形和206mm的压缩变形，稳定索将产生35mm的压缩变形和152mm的伸长变形。 为保证结构安全，要求檩条、异型支撑板、屋面板等屋面基座结构在索变形作用下不能对索网构件的内力产生额外影响，即辅助构件不参与主索网结构的受力， 并且仅将辅助构件所承受的外部荷载传递到主索网结构。同时，屋面基层不会因主索网结构的受力而产生自身的功能损伤，这对屋面材料的选择和施工是一个很大的挑战。
针对上述问题，在设计速滑馆屋面时，建议采用单元屋面，该屋面具有良好的结构抗变形和抗震能力，可分模块组装施工，施工方便，屋面整体效果如图2所示。 本文介绍了新型装配式单元式屋面系统的施工方法，并验证了其高效性。
图2 整体式单元屋面示意图
1.重新测试电缆网
1.1 测量模型。
在安装房前，877预加在了索网中17t屋面挂载荷、屋面支架锚固后，需要对整个屋面的索网形状进行三维扫描，从而准确得到每块屋面板的尺寸。
本工程采用全站仪对屋面进行测量，屋面分为屋面索网形式和环形桁架场地两部分。 为了保证测量效率和精度，建议对电缆夹的四个边缘进行测量（图3），然后根据电缆夹的尺寸，建立电缆夹的空间模型，得到中心点坐标。
图3 现场测量示意图。
（a） 示意图1;（b） 方案二
复测后，根据实测数据建立屋面空间模型，并将实测模型与原设计模型进行对比，发现速滑馆整体张拉和锚撑完成后，东西方向分别缩短了14cm和13cm， 南北方向分别加长了18cm和14cm，但误差较小，在设计允许范围内。
1.2 模型调整。
根据实测模型数据，可以调整设计模型误差。 调整屋面模型时要考虑以下原则：规范支座长度，板在厚度标高上不能斜切，板缝隙尽量控制在90-20mm范围内。 模型调整后，参数化生成单元板龙骨和面板的BIM模型（图4），在加工过程中可由BIM模型直接提取数据，从而实现从设计到加工的数据传输和统一，保证单元顶板的加工精度。
图4 带调整车顶的模型
2 基于BIM模型的屋面板加工技术
屋顶的BIM精确模型生成后，可以根据不同构件的分类直接向相应的厂家下订单，由厂家根据三维异形构件进行分割加工。 本项目单元屋面面积约16600m2，共有1080多块单元板，不规则四边形单元屋面体积大，单元板尺寸种类多。 在设计和加工中，对屋面板进行了分类，包括标准单元板610块、天沟单元板356块、排烟窗单元板114块。
从不同屋面板的加工可以看出，不同类型的屋面板是按最小单位（4m4m）进行加工的，有利于运输、吊装和安装。 现场进行安装时，单屋面板从索网单元对角线吊装，压平后安装，可大大减少人力物力的消耗，大大提高施工效率（图5）。
（a）
（b）
（c）
图5 屋面板加工示意图。
（a） 标准细胞板;（b） 排水沟单元板;（c） 排烟窗单元面板
3 单元屋顶施工
3.1 安装工具和计划。
屋面板的安装需要起重设备的帮助：场地外南北方向布置一台300t汽车起重机，东西方向布置1台80t汽车起重机，现场布置2台叉车场内，FOP由25t汽车起重机吊装，2台叉车安装在一起。 屋面板安装吊装路线如图6所示。
图6 屋面板吊装路线
3.2 安装步骤。
屋面板的施工过程主要包括吊装、调整、钢支架安装、伸缩缝铝板安装、伸缩缝岩棉安装和防水施工（图7）。 在安装伸缩缝铝板的同时，安装防雷铜线。 由于单元板采用组装的概念，安装过程相对简单，只需吊装一次，然后通过螺栓将钢支架安装好，然后进行板接头处理和防水施工。
图7 单元楼板屋面安装工艺
在吊装单元板之前，根据BIM模型提取每个单元板的位置坐标点，提取近7000个点。 在 4 个全站仪的帮助下，每组 3 人进行测量和放线。 由于不同板材尺寸不同，需要在每块板材上标明方向，定位板材方向，然后将要安装的板材运送到吊装机底部。 吊装时，25t吊臂从附近的索网伸出（图8），吊车的两个吊钩同时落下，使板材从网架对角线垂直吊起，吊钩下方设置两根索风绳，用于调节板材的方向，将板吊装在索网上方后，调整索风绳使板材变平。 同时，1台屋面调节员反复调整、查找和调整屋面板，最终准确找到板材和连接件，并用高空作业车安装板钢支架，2台高空作业车上的4名工人负责。
（a）
（b）
图8 屋面板吊装示意图。
（a） 吊装低跨度板;（b） 在会场内吊装牌照
由于单元板是从索网斜吊起的，因此需要精确控制板的起升位置和起重机臂架的着陆点位置，当起重机支撑轿厢时，应根据起升尺寸、对角线关系计算每个位置，并选择合适的分支位置和立杆的角度， 根据计算，每6个需要移动起重机位置，每个移动小车覆盖的安装范围如图9所示。
（a）
（b）
图9 屋面板吊装示意图。
（a） 现场吊装飞机;（b） 现场吊装BIM示意图
3.3 安装效率。
与常规金属屋面安装相比，本项目提出的单元面板屋面安装具有以下特点：安装过程简单明了，可以一步到位完成施工效率显著提高。 据统计，安装1台台顶板只需1台塔式起重机，1名司机和1名信号员，安装2辆铰接式臂车，配备2名司机、2名安装人员、1名信号员和2名调节员（地面和屋顶），共计3台机器和7名工人。
一组团队在达到天气和熟练程度后，可以在一天内完成约14个单元板（224m2）的安装。 1 个团队（7 人）大约需要 80 天才能完成安装，2 个团队（14 人）大约需要 40 天才能完成安装。 对于常规金属屋面的安装，每100m2材料吊装1d（带吊车1人，信号员1人），每种材料安装5名安装人员（按3种类型计算），安装时间约为3d。 也就是说，每100m2，大约17个人是1个团队，需要4天时间，按照4个团队的计算，总共需要130天左右。 因此，与传统的金属屋面相比，采用装配式单元屋面的安装周期和人力投入。
4 基于三维激光扫描的施工评估
为保证单元式屋面板的安装精度及其对索网变形的影响，在屋面板全部安装完毕后，采用三维激光扫描技术对索网和屋面板的尺寸进行重新测量，并与施加预紧力的索网BIM模型进行对比。
本项目使用大空间三维激光扫描仪进行重新测试，其最大测距值为70m，精度在1mm以内，如图10所示。 根据试验得到的数据，导出并封装了索网和屋面的模型，并给出了实测模型与设计模型的对比，如图11所示。 结果表明：实际施工模型整体精度较好，形貌与设计模型基本一致;
（a） （b）
图10 大空间三维激光扫描仪屋顶示意图
（a） 场外扫描点;（b） 现场扫描点
图11 实测模型与设计模型对比
索网某节点3D扫描数据误差如图12所示，其中红色为铝板柱基座顶部，青色部分为铝板柱基座底部，即电缆夹。 可以看出，这个本地节点的错误是001m以内，即10mm以内。 通过对不同节点的实测数据和设计数据进行统计，可以得到整个电缆网的误差数据。 结果表明，大多数节点误差在5 mm（6631%），一小部分节点误差在10mm以内（27.）。93%），只有 576%误差达到20mm。 因此，本工程提出的装配式单元屋面对索网变形影响不大，能满足索网协调与屋面变形的要求。
图12 电缆网节点处的三维扫描数据误差
5 结束语
本项目采用装配单元顶板、分模块支撑、运输安装等方式，很好地解决了国家速滑馆大跨度柔性索网系统结构复杂的问题。 结果表明，装配式单元顶板安装方便，施工效率高，安装周期大大缩短，人力投入减少，具有科学、安全、高效等特点。
此外，根据索网和屋面的复测数据表明，屋面安装后，索网变形误差大多控制在5mm以内，对索网变形影响不大，解决了索网系统变形不协调的问题。
摘自《建筑技术》，2024年1月，李少华、苏振华、罗慧萍、谢慧雪、肖晶晶、冯鹏。