【冬奥工程巡礼】第6期：首钢单板滑雪大跳台建造关键技术

首钢单板滑雪大跳台位于北京首钢园区旧址，北望石景山，东临群明湖，西邻永定河，为2022年北京冬奥会的正式比赛项目场地，赛后向市民开放，满足训练、群众体育活动、体育文化传播和体育工艺测试研究等多方面需求，是 世界首例采用钢结构建设的永久性保留和使用的滑雪大跳台场馆。 首钢单板滑雪大跳台的设计中融入了世界文化遗产敦煌壁画中“飞天”的元素。飞天飘带的曲线与首钢单板滑雪大跳台的曲线十分契合。大跳台外观渐变颜色的设计灵感来源于冬奥会的会徽，从蓝到黄共有24种颜色。大跳台主体结构为钢结构，最大长度约164m，最大宽度34m，最大高度约为62m，工程量约4100t。赛道结构弯折飘逸，通过科学研究实践，研发构件加工制造、模块吊装、精度安装、赛道基层处理、减涂装应用等创新技术。

图1 首钢单板滑雪大跳台

图2 首钢单板滑雪大跳台结构图

3.1模块化深化设计

在工程施工准备阶段采用“大部件模块化分段技术”，通过Tekla软件建模进行深化设计，综合考虑制作、运输、安装等因素，根据大跳台主体结构特点，进行模块化设计，做到工厂标准化制作、现场模块化拼装，合理设计构件起拱值，保证工程实体质量。

图3-1 电梯井斜柱分段示意图

图3-2 滑道桁架单元分段示意图

图3-3 赛道桁架分段示意图

图3-4 V形柱分段示意图

图3-5 顶部丝带结构分段示意图

图3-6 下部丝带结构分段示意图

图3-7 赛道及抗风柱结构分段示意图

3.2 空间异形桁架制作技术

设计了一种双曲线管桁架拼装胎架专利装置，利用数字化坐标转换技术，将空间结构原位关键点坐标转换到变位坐标施工胎架上，降低施工作业高度，减少技术措施投入，确保异形钢构件组装精度，提高施工效率。

图3-8 V形钢柱BIM模型胎架图

图3-9 上飘带组装图

图3-10 下飘带分段组装图

3.3厚板焊接技术

主体结构钢板材料涉及Q345GJC高强钢50mm、80mm厚板和耐火耐候钢，焊接难度大，焊缝质量不易保证。为攻克厚板焊接这一难题，采用“厚板焊接技术”，施工前进行焊接技术攻关，选择合适的坡口形式、焊接材料，对焊接参数、预热温度、层间温度、后热温度及时间做出明确规定，制定焊接工艺并经焊接工艺评定合格。对不同结构构件制定消除焊接应力、预防焊接收缩变形的预控与纠正措施、焊接方式及焊接顺序，施工时严格控制焊接工艺，保证现场焊接质量。

图3-11 焊接顺序图

图3-12 实操考试图

图3-13 层间温度控制

3.4大部件模块化地面拼装技术

根据构件结构特点，在施工现场采用大部件单元模块现场地面拼装，减少高空作业，提高施工质量及效率，保证施工安全。

图3-14 滑道桁架大单元地面拼装

图3-15 上部飘带结构大单元地面拼装

图3-16 上部飘带装饰铝板地面安装

3.5 大单元吊装技术

根据大跳台主体结构形式、安装作业条件及施工工期，采用大单元吊装技术，减少高空散拼施工，提高高空拼装精度，降低施工安全风险。  

图3-17 电梯井桁架大单元吊装

图3-18 滑道桁架大单元吊装

3.6 临边防护措施

为保障施工安全，通过分析结构安装时临边作业特点，特别研制一种便于施工应用的领边防护装置进行安全防护，保证施工安全。

图3-19 作业平台搭设

 图3-20 专利防护栏杆应用

3.7 精密测量技术

采用智能全站仪精密测量技术，全过程进行构件安装定位跟踪测量，保证复杂异形空间结构安装精度。采用3D激光扫描技术对赛道结构线型及表面平整度进行测量，扫描生成的实测模型与理论模型进行对比，确保赛道平面精度达到厘米级。

图3-21 智能精密全站仪测量

3.8 BIM技术及二维码技术应用

大跳台施工全过程开展BIM技术及二维码技术应用，实现构件安装模拟推演，验证及优化施工方案，实现构件工厂加工、运输、现场安装等施工全过程实时可视化管理和钢结构全生命周期管理。

图3-22 二维码技术应用

3.9 全钢结构滑雪跳台滑道固雪基层处理结构及方法

研发了一种钢板基底滑雪跳台滑道造雪基层处理结构及方法等一系列钢板基底固雪措施，实现了全钢结构滑雪跳台滑道固雪造雪基层处理。

 图3-23 拉结板固定节点示意图

图3-24 固雪网拉结点安装图

3.10 跳台单体结构赛道防风技术

由于跳台主体位于空旷场地，北京冬季西北风较多，既要考虑防风效果，又要保证大跳台整体设计的建筑理念。经过讨论和修改，最终选定采用双层穿孔铝板。铝板穿孔率经过反复试验并经风洞实验验证，穿孔率在34%-43%间能够有效起到防风作用并保证铝板强度。

图3-25 穿孔铝板安装

3.11 减涂装应用技术

大跳台裁判塔采用自主研发的SQ345FRW耐火耐候钢及配套1000MPa级耐火耐候螺栓钢，首创了低屈强比耐火耐候钢组织性能协同控制及配套连接技术，国内首次实现耐火耐候钢减涂装应用，防火涂层厚度减薄20%，耐腐蚀提升62.5%。在满足耐火要求的前提下，有效降低了外层防火涂料的涂装厚度，保证结构整体的美观性。

 图3-30 裁判塔减涂装应用

首钢单板滑雪大跳台中心项目于2018年12月开工，于2019年12月竣工并成功举办了沸雪世界杯比赛及冬奥会和冬残奥会志愿者招募启动仪式。该项目运用了多项综合施工技术，施工过程中焊接一次合格率达到99.53%，安装过程中采用智能全站仪跟踪测量，主体结构合拢口精度误差3mm，轴线偏差2mm，标高误差2mm，赛道面板平面度误差±30mm，所有技术指标完全达到设计要求，首钢单板滑雪大跳台的成功建造对冰雪运动的推广及类似体育场馆的建设具有良好的示范和推动作用。

图4-1 首钢单板滑雪大跳台

图4-2 沸雪比赛现场