揭秘奥运地标建筑“冰丝带”: 幕墙玻璃的速度与激情

2022-02-24 11:10:27
杰地亚
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  华灯初上,坐落于北京奥林匹克森林公园西侧的国家速滑馆流光溢彩。22条绚丽夺目的光影环绕着椭圆形的玻璃幕墙飞速流转,宛如速滑运动员在冰面纵情疾驰留下的道道轨迹。国家速滑馆不仅颜值高而且有内涵,在建筑设计理念、技术工艺、赛事保障、场馆运营等诸多方面,都彰显出科技、绿色、节俭、可持续等特点,为奥运场馆建设树立了新标杆。创新带来“结构美”相较于国家速滑馆的“大名”,“冰丝带”的昵称似乎更能凸显场馆背后刚柔并济的设计理念。

  北京,世界首个“双奥之城”,三大奥运地标都闪耀着北玻出品的建筑玻璃。2007年,自成功中标鸟巢、水立方深加工建筑玻璃开始,北玻用自己研发和独创的玻璃加工设备和玻璃加工的技术,不仅使奥运场馆应用的高端玻璃产品实现了国产化,更体现了我国自主创新的高新技术在奥运工程中的成功运用。

  从“鸟巢”到“水立方”再到“冰丝带”,北玻与奥林匹克的故事从夏季蔓延到冬季,续写着中国深加工建筑设计玻璃闪耀世界的传奇。

  总长13640米的彩釉玻璃发光管、3360块曲面和平板玻璃,共同构成了“冰丝带”轻盈飘逸的双曲面马鞍造型。支撑起这一造型的是一套由屋面索网、环桁架和外侧幕墙斜拉索共同构成的钢结构“骨架”。为何采用这一造型?国家速滑馆场馆设计团队钢结构设计师、北京市建筑设计研究院有限公司复杂结构研究所副所长王哲告诉记者:“场馆内部需常年保持制冰环境,相当于一台巨大的‘冰箱’,空间越紧凑,能耗就越低。因此,将两侧屋顶向下弯曲,在确保比赛、观赛的前提下,尽可能最小化室内空间,满足节能需求。”

  多项复杂工艺

  承载“冰丝带”概念的曲面幕墙采用了共两种配置分为平、弯不同的曲率半径玻璃——高性能Low-E正反弯钢化、夹层、中空玻璃和“冰丝带”玻璃(小半径弯弧彩釉夹层玻璃)。外立面二层以上为“冰丝带”玻璃和弧形立面幕墙,采用Low-E节能正反弯、中空钢化玻璃拼接安装。其中Low-E节能正反弯中空钢化玻璃和“冰丝带”玻璃共计3360块,两种配置的玻璃片片不同,形状各异,组合安装后形成完美的曲面幕墙系统。

  世界领先的玻璃生产加工工艺被运用到这一项目中,包括超白、彩釉、夹层、中空、小半径弯曲、钢化,呈现了集结构、遮阳、照明和建筑效果一体化设计的“冰丝带”。

  “北京速滑馆项目一共应用3360片玻璃,其中冰丝带玻璃,且块块是异形大小片小半径(R=175mm)半钢化弯弧玻璃,打造出s曲面幕墙系统,这样的小半径冰丝带玻璃为世界首次应用。”

  “冰丝带”项目的玻璃超大、弯曲(分为凹凸面),大小片,异形、Low-E 节能、小半径等多个技术难点相互交叉,加工难度相当大。在前期和业主、设计师、总包、施工等单位经过不断试验,R120/R150/R175mm3种不同小半径半钢化玻璃的钢化效果及可行性加工方案,经过不断研究和对比分析,严格按照《项目规范》和《建筑玻璃外观质量要求及评定》的27项检验指标逐项测量分析,最终设计师采用R175mm的小半径弯弧钢化玻璃。

  其中,冰丝带玻璃配置:6超白+1.52Sentryglas+6超白彩釉(异形大小片彩釉半钢化弯弧夹层玻璃)加工工艺复杂,尤其是弯弧半钢化工序,当初加工时出现弦长和弧长偏差、直线边S形弯曲、钢化后存在局部变形等质量缺陷。北玻股份技术团队和北京交通大学通过BIM建模和采用有限元分析,经过试验不断优化工艺流程、改善玻璃成型技术,最终顺利按期完成了此项目的供货。

  玻璃幕墙的低碳节能之道

  “冰丝带”建筑设计之初就确立了绿色低碳节能的目标,而曲面幕墙是怎样体现绿色低碳这一目的的?

  “冰丝带”建在国家森林公园中,透明的立面为观众创造了明亮的观众厅,与森林公园产生良好的视觉互动。冬天,充足的阳光通过玻璃幕墙让观众厅温暖舒适;夏天通过设置在地面的进风口和玻璃幕墙顶端的出风口形成空气的循环,可将室内多余的热量带走。曲面幕墙选用的优质高透超白三银low-e玻璃,具有高透光低传热的节能性能,可以降低室内能量损失,以及降低室内空调机组电耗,来达到设计师提出的绿色低碳设计要求。

  2021年7月22日,国家速滑馆复杂曲面幕墙及柔性屋面关键技术(2019YFF0301502)通过由中国建筑学会组织的专家鉴定。鉴定委员会由崔愷院士担任主任,庄惟敏院士、梅洪元、赵元超、崔彤、孙一民、张鹏举、桂学文、钱方、蔡昭昀、林波荣等大师和专家学者担任委员,经过实地考察、审阅相关资料、质询和讨论,共同认为国家速滑馆创新性地选择大跨索网屋面结构和复杂曲面幕墙体系,在绿色建筑节材节能领域取得系列创新成果。

  中国建筑学会组织的鉴定委员会实地考察“国家速滑馆复杂曲面幕墙及柔性屋面关键技术”

  鉴定委员会认为,本课题针对复杂曲面幕墙和屋面围护结构的工艺和节能关键技术问题,首创了一种新型单元式柔性金属屋面体系,解决了与索网结构配套使用的围护系统技术难题,填补了装配式模块化屋面系统的空白,具有良好的推广应用前景,经济、社会效益显著;应对冰丝带特殊的造型要求,研发了单索支承异面网壳曲面幕墙体系;结合节能、安全要求,实现了高标准的曲面玻璃幕墙工艺和性能,推动了曲面玻璃幕墙的技术进步,实现功能、科学和艺术的结合,创造了建筑工艺美学新高度。

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