中國“智”造的世界杯主球場｜智能球場、綠色建筑中企“科技與創(chuàng)新”閃耀世界杯

2022年11月23日

卡塔爾世界杯主球場盧賽爾體育場，是目前世界上規(guī)模最大、系統(tǒng)最復雜、設(shè)計標準最高、技術(shù)最先進、國際化水平最高的專業(yè)足球場，也是當今世界跨度最大的雙層索膜屋面單體建筑。中國企業(yè)首次承建頂級世界杯主場館，就是以設(shè)計施工總承包的身份中標，技術(shù)難度和施工挑戰(zhàn)不言而喻。

中國鐵建在項目全生命周期采用BIM技術(shù)與智慧建造技術(shù)，大幅提高施工效率和施工質(zhì)量的同時，結(jié)合一系列新技術(shù)、新方法的運用，不僅實現(xiàn)了日照仿真、智能溫控、草坪自動通風、坐椅通風等智能調(diào)控效果，還獲得國際足聯(lián)綠建評價五星級認定，成為目前全球綠色施工水平最高、最為節(jié)能環(huán)保的體育場項目之一。

全生命周期BIM技術(shù)創(chuàng)多項世界之最變形、困難全解決在圖紙階段

盧塞爾體育場的設(shè)計靈感源于阿拉伯傳統(tǒng)琺瑯燈格紋飾，整體造型如同盛滿椰棗的金碗，幕墻的外立面自上而下呈弧形變化。外幕墻總面積約6萬平方米，由近4萬個小三角單元組成4200多個吊裝單元，且每個小三角單元的尺寸都有所差異，將這樣的藝術(shù)設(shè)計變成宏偉建筑，對建造技術(shù)是極高的考驗。

外幕墻由近4萬個小三角單元組成，每個的尺寸都有所差異

“我們接手項目時非常興奮，但很快便覺得困難較多，壓力也較大。”前期策劃和設(shè)計階段，中方總工程師李白經(jīng)常要與盧塞爾體育場的建筑設(shè)計師溝通，進行大量的BIM數(shù)字化仿真模擬。鋼結(jié)構(gòu)的形態(tài)在不同溫度和不同施工階段都有變化，在動態(tài)變化中精準定位、安裝4672個連接件，是幕墻工程的最大難點。建設(shè)者為此進行了仿真模擬分析，讓連接件在各方向都有一定的調(diào)節(jié)余量，減少施工偏差，保證了幕墻結(jié)構(gòu)和主體鋼結(jié)構(gòu)良好結(jié)合。

抬頭仰望高大的主體建筑，全程參與項目建設(shè)的希臘BIM工程師里奧·尼達斯充滿驕傲：“依托中國企業(yè)采用的先進數(shù)字化技術(shù)，我和中外同事們在70米高空中一次又一次將施工誤差控制在了毫米級。”

BIM技術(shù)是一種數(shù)據(jù)化管理工具，主要是用于工程設(shè)計、工程建造以及工程管理。該技術(shù)通過將數(shù)據(jù)建設(shè)過程當中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、信息、項目策劃等進行共享和傳遞，使得參與工程建設(shè)的人員能夠準確了解建筑信息，并及時作出應(yīng)對，從而提高生產(chǎn)效率、節(jié)約生產(chǎn)成本。BIM技術(shù)的應(yīng)用在國際上已經(jīng)比較常見，但是在體育場的全生命周期應(yīng)用還是首次。中國鐵建中標后，組建了國際化的BIM管理團隊，由中國、希臘和印度3國的20余位一流BIM工程師組成。項目設(shè)計總監(jiān)康清明介紹，盧賽爾體育場利用BIM技術(shù)中心數(shù)字孿生模型統(tǒng)籌工程管理，中心模型數(shù)據(jù)量高達10TB，抽圖數(shù)量達33000多張。

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，在圖紙設(shè)計階段就檢查各項設(shè)計是否存在錯漏，把建設(shè)過程中可能遇到的問題提前解決，降低返工率；對鋼結(jié)構(gòu)與屋面索網(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計，大幅降低鋼材消耗。施工階段，還通過BIM技術(shù)對施工組織、報檢報驗等進行了全方位數(shù)字化輔助管理，優(yōu)化和調(diào)整設(shè)計方案，大幅提高施工效率和施工質(zhì)量，降低了安全事故的發(fā)生率，最大化地實現(xiàn)了智能建造。

參與館內(nèi)設(shè)備安裝的約旦工程師艾哈邁德·奧泰比介紹，技術(shù)團隊利用BIM技術(shù)模擬了場內(nèi)溫度、濕度和氣流速度等，滿足觀眾舒適度的要求。同時，綜合考慮了大型攝影機、媒體轉(zhuǎn)播平臺等障礙物因素，合理設(shè)置座位，確保觀眾視線符合國際足聯(lián)要求。

智慧球場環(huán)保節(jié)能看球舒適通風、排水、日照模擬養(yǎng)出最優(yōu)草坪

李白介紹，在盧塞爾體育場設(shè)計階段，中國鐵建項目團隊就把綠色施工技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用作為重點，進行了客流人流、溫度環(huán)境、觀眾視線、室內(nèi)燈光、草坪光照等模擬仿真，按國際足聯(lián)最新要求制定了綠色科技創(chuàng)新應(yīng)用方案。實際建造過程中，項目團隊引進了多項國際領(lǐng)先的綠色施工新技術(shù)、新方法，努力打造舒適自然的觀看環(huán)境和行動空間，讓盧塞爾體育場成為世界上最節(jié)能環(huán)保的體育場之一。

為了在炎熱干燥的氣候下給觀眾帶來舒適的觀賽體驗，項目團隊開展體育場內(nèi)部和外立面的日照溫度仿真模擬分析，將體育場設(shè)計成雙幕墻結(jié)構(gòu)。外幕墻由4200多個三角形單元鋁板分段擬合出碗形弧面，內(nèi)幕墻則設(shè)置了完全封閉的隔熱玻璃，提升整個建筑的隔熱性能。屋面采用了高性能PTFE膜結(jié)構(gòu)聲學屋面，在保證體育場外形美觀的基礎(chǔ)上，還具備一定的溫度控制效果，以最大限度降低制冷能源消耗。

施工中的索膜結(jié)構(gòu)聲學屋面，這種結(jié)構(gòu)在保證體育場外形美觀的基礎(chǔ)上，還具備一定的溫度控制效果

看臺座椅通風系統(tǒng)也是盧塞爾體育場通風技術(shù)的一大創(chuàng)新。體育場外設(shè)有單獨制冷站，看臺座椅下設(shè)置水冷空調(diào)通風口，用座椅下送風代替大功率空調(diào)機組，大大降低了能耗。同時，通過軟件模擬體育場內(nèi)部氣流微環(huán)境，調(diào)整空調(diào)出風口位置、數(shù)量、形狀、間距等，實現(xiàn)了觀眾席空調(diào)與自然通風的完美結(jié)合，保證觀眾觀賽舒適度。

草坪通風技術(shù)在盧塞爾體育場的應(yīng)用，是世界首創(chuàng)，為草坪的生長、養(yǎng)護提供更好的條件。安裝在足球場草坪土壤中的管道系統(tǒng)連接場外空氣處理機組，實現(xiàn)土壤空氣交換和排水。安裝在草坪土壤中的檢測設(shè)備按需求自動運行不同模式，提高草的成活率，降低草坪維護成本。

草坪的健康生長，同樣離不開模擬真實光照的燈光照明系統(tǒng)，中國鐵建通過燈光選型和優(yōu)化燈光布局，在達到國際足聯(lián)對賽場夜晚照明要求的同時，有效降低了體育場的電力消耗。

去年9月，盧賽爾體育場成功移植面積達8870平方米的綠色草坪。中國鐵建項目團隊采用雨水收集回收再利用與海水淡化技術(shù)，同時結(jié)合全球領(lǐng)先的智能節(jié)水噴灌系統(tǒng)，對灌溉水泵、噴頭開關(guān)、噴灌區(qū)域和噴灌時間進行自動化控制，最終實現(xiàn)比傳統(tǒng)體育場節(jié)省約40%的淡水。