北京某大型游泳中心施工新技术应用详述

北京某大型游泳中心施工新技术应用详述北京**游泳中心整个结构外形为立方体，外围钢结构墙体及屋盖被ETFE膜结构覆盖，共有3216个气枕组成，覆盖面积达到10万m2，是世界上规模最大的膜结构工程。施工中通过采用耐久性100年的混凝±技术、预应力大梁大体积混凝土施工技术、新型多面体空间刚架结构施工技术、屋盖及墙体ETFE膜气枕结构系统综合技术等创新技术，提高了工效，经济、环保效益良好，多项技术填补了国内空白，达到了国际先进水平。本工程荣获2006年度北京市结构工程“长城杯”金奖，并完成两项国家级工法。北京**游泳中心位于**公园B区、**中心区西南角，主体建筑紧邻城市中轴线，并与**体育场相对于中轴线均衡布置。工程占地62828m2，赛时建筑面积79532m2，标准坐席17000个，其中临时坐席约11000个(赛后拆除)，永久坐席约6000个。整个结构外形为立方体，平面尺寸为176．538m×176．538m，地上高度约31m。内部主要为钢筋混凝土结构，拥有1个标准竞赛池、1个标准热身池和1个标准跳水池及近5000m2的嬉水大厅。建设单位为北京**有限责任公司．设计单位为**总公司设计联合体，监理单位是北京**国际工程咨询有限公司，施工单位为**集团建设发展有限公司。1工程概况1．1建筑工程概况本工程地下建筑面积为57456m2，地上建筑面积为29827m2；地下二层主要为池底、车库、设备用房等，地下一层及以上分为三个主要的池厅，分别为**比赛大厅、热身池大厅和嬉水大厅。热身池大厅上方另预留赛后网球场，各层另设相关附属空间和设施，主要比赛层位于地下一层，主要观众层位于首层和二层.。室内楼地面主要为橡胶地板楼面、聚氨酯楼面、水泥砂浆楼面、地砖热辐射保温楼面、环氧漆自流平保温楼面、细石混凝土楼面、活动地板楼面等。墙面主要作法为：涂料墙面、马赛克防水墙面、冲孔金属板墙面、酚醛树脂挂板墙面、钛科丝吸声墙面等。顶棚主要作法为：涂料顶棚、轻钢龙骨防水顶棚、矿棉吸声顶棚、铝合金冲孔板造型顶棚、钛科丝吸声顶棚等。外围钢结构墙体及屋盖被ETFE(聚乙烯-四氟乙烯)膜结构覆盖，共有3216个气枕组成，覆盖面积达到10万m2，展开面积达到30万m2，是世界上规模最大的膜结构工程。内部玻璃隔断墙体及建筑物四面入口门斗处均采用全玻璃幕墙，室内连接桥部位采用点支式幕墙。1．2结构工程概况本工程地下室基础埋深～8．04～11．80rn。地下室及地上局部结构形式为现浇钢筋混凝土框架～剪力墙结构形式，地上二层预留赛后网球场部位结构梁采用了有粘结预应力技术。底板承台、地下室外墙柱、三大泳池底板及侧壁混凝土强度为C35P12，地下内墙柱及地上内墙柱(6．550mm以下)混凝土强度等级为C50，地上内墙柱(6．550m以上)及预应力大梁混凝土强度等级为C40，B1层(含)以上普通粱板、楼梯板、设备基础及除三大泳池外的其他水池底板和侧壁混凝土强度等级为C30，过梁、构造柱、屋顶构架及二次浇捣的次要构件混凝土强度等级为C25。地上外围、支撑墙及屋盖为多面体空间刚架结构。钢结构屋盖被两道内墙分割成三个区域，跨度分别为40m、50m、137m，均属于大跨度钢结构。主体钢结构设计总重量约6700t(不含预埋件和加强板)，选用材质为国标钢材Q345C和Q420C，并附加抗震性能有关技术指标。1．3机电工程概况为满足建筑使用功能，配备了先进复杂的机电系统，机电工程涉及54个系统。(1)通风空调系统：空调水系统，采暖系统，空调风、通风系统，防排烟系统，防结露系统，人防通风系统，冷冻站，热力站。(2)给排水系统：生活给水系统、生活热水系统、直饮水系统、中水系统、废水系统、污水系统、屋面雨水系统、雨洪利用系统、游泳池水循环处理系统、室内水景循环处理系统、护城河水循环系统、护城河池水加热系统。(3)消防系统：消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、固定消防水炮系统、七氟丙烷气体灭火系统及灭火器设置。(4)强电系统：变配电系统、普通照明与体育照明系统、LED景观泛光照明系统、防雷接地与安全系统。(5)弱电系统：中央集成管理系统、楼宇自控系统、公共广播系统、消防报警及联动系统、场馆扩声系统、多语言智能诱导系统、升降旗系统、新闻发布及数字会议系统、计时记分与成绩处理系统、移动通信系统、时钟系统、电视转播摄像系统、综合布线系统(临时部分和永久部分)、有线电视系统(临时部分和永久部分)、综合安防系统(临时部分和永久部分)、大屏幕显示系统(临时部分和永久部分)、计算机网络系统、仲裁录像系统、电子票务系统、固定通信系统、停车场管理系统。1．4节能环保技术秉承“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的三大理念，本工程在节能环保设计和施工中都采用了绿色环保的材料和设备。1．4．1节能环保玻璃1．4．2水资源的利用(1)中水处理技术及设备利用自建中水站，收集洗浴废水，经生物接触氧化、过滤、活性炭吸附、消毒处理后回用于馆内便器冲洗、车库地面冲洗以及室外绿化灌溉。水景补水、冷却塔补水采用市政优质中水。冷却塔补水平均每年节水31000m3，水景补水节水8400m3／年，便器冲洗、车库地面冲洗、室外绿化灌溉节水44530m3／年。(2)雨水净化、存储再利用技术及产品屋面雨水经收集、初期弃流、调蓄、过滤、消毒处理后回用，根据雨水季节特点及水质特点，雨水处理后回用于水景补水、冷却塔补水，平均每年回用雨水10500m3，屋面雨水收集面积约2．9万m2，雨水利用率约为76％，可提供10475m3的雨水资源。(3)节水型供水系统技术及产品控制每个用水点处水压不大于0．35MPa，合理控制卫生洁具出流量，采用感应式控制，各集中用水点设置水表计量，做到用水有量，冲厕、浇洒、景观补水等采用中水；整个场馆采用两路供水，两路DN200的给水引入管，覆盖全部供水系统。节水量可达l0％，预计每曰节约110m3。1．4．3暖通空调创新技术(1)本工程的节能特性主要体现在围护结构ETFE气枕、空腔通风、自然通风和自然采光等几个方面。由于采用了透明的ETFE膜结构，与《公共建筑节能设计标准》(GB50189--2005)中的参考建筑相比较，尽管夏季空调负荷略有提高，但在照明和采暖两方面的能耗远低于参考建筑，再加上自然通风及空腔通风等节能措施，使得北京**游泳中心每年可以降低运行耗电量约895MW·h，约占空调系统总耗电量的9．29％。(2)低温热管式热回收机组，回收余热加热池水，减少冷却塔用水量，属于国内先进技术；冬季运行时回收排风热量用来预热室外冷新风，应用于比赛厅、跳水池厅、训练池厅、俱乐部池厅，共11个系统，热回收效率大于60％，可回收热量约1260kW。1．4．4景观照明设计技术(1)空腔内透光照明系统北京**游泳中心采用了一种新型的空腔内透光照明系统．灯具设置在内外两层气枕中间的钢结构框架上，这样光线仅需要穿过一层气枕，光的损失较小，能够对建筑物景观进行照明，照明效果较好，满足景观照明要求。灯具设置在近外层气枕的框架上，这样光线集中照射在外层气枕局部面积上，减少了气枕对光线的反射，照明效果更好。灯具的投射方向为气枕的内表面，这样，一部分光线会透过气枕起到照明作用，另一部分照射到气枕的内表面，增加气枕整体的亮度，从建筑物外面看，增强景观的美感。(2)新一代光源——半导体发光二极管LED由于两层气枕中间尺寸狭小，通风散热不好，无法安装体积较大、发热量较大的光源和灯具。适合这种条件的只有荧光灯和LED。本工程对这两种光源进行了多次多方案技术经济比较，最终确定采用LED。LED具有以下优点：寿命长，大约是荧光灯的2．5倍；环保、节能，不合汞、低辐射、废弃物可回收，可节省电能消耗和变压器装机容量，节能效果显著。(3)LED非对称配光灯具北京**游泳中心采用了一种能够提高光的利用率和被照物亮度的LED非对称配光灯具，可根据建筑物景观的照明需要进行配光，既能使建筑物景观得到良好的视觉效果，又能提高光的利用率。2施工概况2．1施工特点和难点2．1．1重要影响力**运动会是国际上最重要的综合性赛事，2008年第29届奥运会是我国第一次承担有如此国际影响力的比赛，对体现我国特别是北京的综合实力是一项重大考验，本场馆是本次新建场馆中惟一由港澳同胞、台湾同胞和海外华侨为主捐资兴建项目，其重要性是不言而喻的。2。1．2施工质量要求高施工过程从施工材料的选择、施工过程的控制一一把关，充分体现“绿色奥运、人文奥运、科技奥运”三大理念。施工质量标准要求高，本工程质量目标为确保整体工程“长城杯”、“鲁班奖”，力争“**建筑奖”。2.1.3体现高性能混凝土的特性本工程混凝土部分的耐久性设计年限为100年．必须从原材料的选择、施工过程的控制等方面达到高性能混凝土所要求的耐久性长及工作性好的特点。2.1.4建造符合**运动会标准的游泳池(1)质量要求高标准泳池、跳台对装修面完成后所达到的精度要求高于普通建筑，要比普通建筑的国家验收标准更加严格。施工过程中，必须严格控制与完成每一个环节(如测量、模板的选择与支设、混凝土的浇筑、装修面的完成等)，才能达到最终的精度要求。(2)防水要求高本工程的主要功能为游泳、跳水，建筑的主要空间为泳池，泳池的不透水性，即混凝土抗渗、防裂及防水材料是关键。从混凝土的配合比设计、防水剂的选择、混凝土的浇筑与养护工艺的选择、柔性防水材料厂家的选定等都需要做到方案合理、现场控制有效。(3)泳池装修的环保要求泳池的内饰面为瓷砖，瓷砖首先本身必须耐水，其次要耐泳池水清洁处理剂的浸泡；粘贴瓷砖的粘结剂必须保证既在水的浸泡下不脱落，又对人无害，符合环保要求。瓷砖、粘结剂的选择及施工质量的控制至关重要。2.1.5结构异常复杂的新型延性多面体空间刚框架结构本工程的建筑造型为“充满水的立方体”，为体现出不同形状的水滴充满整个空间的设计理念，屋面及支撑墙结构由延性空间刚框架结构构成水滴的骨架，里外两层框架分别外包ETFE膜结构，体现出水滴的流动状态。水滴的不规则形状决定了刚框架杆件空间变化的不规则性，导致刚框架杆件具有空间性、多样性。钢结构共约6700t，节点9843个，杆件数量将近20670根，对制作、现场测量、安装、焊接、卸载等提出了极高的要求。2．1．6超大面积的膜结构本工程外立面水的效果由ETFE膜结构来实现。与室内的实际水面交相辉映。膜结构的展开面积达到约30万m2，是世界上规模最大的膜结构工程，亦是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑，无论对设计还是施工、使用都是一个极大的挑战，对ETFE膜的材料、通风空调、防火、声、光、电的控制等技术提出了一个难度很大的课题。2.1.7现场平面布置和安全文明施工的标准要求高本工程施工中将执行《奥运工程绿色施工环保指南》，严格执行国标以及北京市关于施工现场的相关规定和标准，对施工现场平面布置提出了很高的要求。2.1.8高标准和系统复杂的机电工程本工程建成后将成为北京市最大的室内多功能水上娱乐、健身、运动中心，对机电工程，尤其是对泳池设备、材料的标准的确定、选型和现场安装以及对材料、设备的节能和环保性能提出了很高的要求。2.1.9对总承包商综合协调能力的标准要求高本工程结构体系复杂，专业众多，各专业分包之间的协调尤其重要。作为工程总承包商，不仅承担本工程的施工责任，且通过合同的形式受业主委托对整个工程的质量、安全、进度、成本、现场文明施工、场容及环境保护等各个方面和环节都有管理的责任和义务。2．2施工部署2．2．1施工分区和流水段划分的原则(1)利用设计中的沉降后浇带及收缩后浇带来进行分区：(2)根据设计功能、结构特点来进行划分；(3)结构形式基本相同且需同时施工的区域作为一个分区；(4)合理进行人、机、料的投入和配置，以及施工场地的合理安排。底板及地下、地上施工阶段分区、区段见图2。2．2．2各分项3-程的总体施工部署2．2．2．1混凝土结构工程主体混凝土结构：三个区同时施工。每个区又根据后浇带的位置及工程量的大小分成若干段进行流水施工。由于地上每层结构逐渐变小，三个区逐渐变成两个区到一个区。需要特别注意的是，根据国际泳联对于竞赛泳池的精度要求，考虑沉降及混凝土收缩变形的因素，在大底板上设置了一道收缩后浇带，根据设计要求，收缩后浇带必须待本层混凝土结构浇筑完毕两个月后浇筑，因此竞赛池的施工较为滞后。由于三区的娱乐休闲池在底板以上的主要结构只有一层架空层，可作为混凝土结构施工阶段钢筋、模板的加工场地，钢结构施工阶段可作为钢构件的加工及拼装场地。汽车坡道、通往检票处的通廊混凝土结构：此两处的结构在主体结构以外，若与主体混凝土结构同时施工势必引起断路及占用加工场地，因此待钢结构施工完毕，塔吊拆除后，膜结构工作结束，与室外总图一起再进行汽车坡道、通廊的降水及土方开挖及结构的施工。2．2．2．2钢结构工程总的原则是先进行墙体的施工，形成受力支撑后，再进行屋面钢结构的施工。一层墙体以入口处为界形成三个单元，分别向上施工。二层墙体以内墙交叉点为出发点，由里向外扩散形成完整体系，见图3。屋面以墙体位置分成三个单元，南侧的一区可先作为钢结构构件的加工及堆料场地，首先从西侧的二区由南向北施工．随后东侧的三区由东向西，呈阶梯状向东北方向扩散。最后施工南侧的一区，见图4。2．2．2．3膜结构工程虽然膜结构工程为专业分包项目，由于整个屋面都被膜结构所覆盖，如果膜结构施工不及时进行，势必会影响机电及装修工作的展开，所以在施工过程中，需协调膜结构专业分包队伍首先保证整个屋面空间的封闭，总的施工原则是先外后内．先屋面后墙体。施工顺序如下：2．2．2．4砌筑工程由于地下二层的隔墙较多，且机电管线的大部分预留、预埋工程量比较集中，可先施工地下二层的隔墙，以便开展机电管线的工作，有利于精装修及机电工程的大面积展开。2．2．2．5装修工程由于泳池、休闲娱乐区域及二次装修区域的特殊性，需要提前进行深化设计的确认、材料的确认、分包队伍的确认等诸多工作。具体施工时遵循的总体施工顺序为：在初装修阶段遵循先砌筑抹灰、后轻质隔墙的施工顺序，在精装修阶段遵循先顶棚、后墙面、最后地面的施工顺序。2．2．2．6机电工程在地下室结构完成验收之后，与初装修配合随即插入机电管线的安装，展开大面积施工。机电工程在地下室集中了大约60％的工程量．因在屋顶外膜结构施工完成之前，不具备地上部分机电工程施工条件，应集中将地下室部分机电工程量完成。机电与建筑、装饰、钢结构、膜结构的配合主要集中在地上部分。特别是在游泳池临时座椅钢结构区域、屋顶马道钢结构区域、内外膜之间的屋顶钢结构区域，均设有大量的机电管线及设备，这些机电管线及设备的支吊架都需在钢结构上固定，因此与钢结构专业的配合是重点。对此，在熟悉机电图纸的基础上，机电将与钢结构专业、膜结构专业深入协调配合，进行深化设计，绘制在钢结构上的机电管道、设备支吊架预留节点图，并对施工工序进行细致的划分，确保机电与钢结构、机电与膜结构安装进行相互有效的配合。2．2．2．7室外工程室外总图工程施工时间与室内装修和机电工程的大面积开展同时进行，必须充分协调室外的材料堆场、临时建筑物，无条件地为室外园林绿化工程提供足够工作面，按照总控计划的安排逐步拆除室外临时设施，对各专业、各区域的施工进行统筹规划，合理安排时间，为工程的最后竣工做准备。3施工中主要创新技术本工程除积极推广应用建设部的10项新技术，还结合工程的特点难点，在新技术的应用中有所突破创新。项目深入到施工现场提炼施工技术和管理手段的精华，经过研究与实践，总结形成了本工程具有代表意义的6项关键创新技术：(1)耐久性100年的混凝土技术；(2)预应力大梁大体积混凝土施工技术；(3)泳池综合技术；(4)新型多面体空间刚架结构施工技术；(5)屋盖及墙体ETFE膜气枕结构系统综合技术；(6)机电综合技术。3．1耐久性100年的混凝土技术本工程设计年限100年，混凝土耐久性指标要求高，对于混凝土抗裂要求非常高，目前，在国内公共建筑中尚属少见，必须从原材料的选择、施工过程的控制等方面进行严格管理，才可达到高性能混凝土所要求的耐久性长及工作性好的特点。对混凝土原材料、配合比提出了比现行规范更加严格的规定，降低影响混凝土耐久性的有害物质含量。同时混凝土保护层厚度比一般建筑物的大。具体施工保障措施如下。(1)混凝土施工前，由搅拌站进行混凝土试配，按规定的设计要求控制水泥、粉煤灰、砂、石、外加剂、各掺合料的质量及数量，严格控制氯离子、碱、砂含泥量等有害物质的含量，并提前做好混凝土强度和抗渗试验，记录各组混凝土的坍落度、和易性，以使混凝土各项性能指标符合要求。(2)混凝土的胶凝材料采取普通硅酸盐水泥与粉煤灰结合的方式，其中粉煤灰的替代比例达到25％左右。掺合料的增加，降低了水化热，改善了混凝土的和易性，增强了混凝土的密实度。(3)适当添加外加剂，减少裂缝产生；采取特殊降温方式，降低混凝土入模温度。(4)对于薄壁结构，每段施工距离不超过30m；对于混凝土水平结构，由于混凝土的干缩产生的非结构性表面裂缝应在混凝土终凝前予以二次压光，将缝隙闭合。(5)混凝土的浇水养护采取“及早养护”和“带模养护”的方式。3．2预应力大梁大体积混凝土施工技术本工程热身池上方设计为赛后网球场，为达到网球场防震动要求，网球场楼板下设计了8根有粘结预应力混凝土大梁，每根大梁截面尺寸为1．5m(宽)×3．5m(高)，跨度为34m。截面尺寸和跨度如此大的预应力混凝土大梁在实际施工中遇到以下难题。(1)预应力梁截面大，属于大体积混凝土构件，且施工安排在盛夏季节，对绝对温升的控制非常不利，在施工阶段易因混凝土水化热大产生收缩而导致构件出现裂缝。(2)由于截面大，构件重，梁距热身池底板约14m高，给脚手架支撑提出了更高的要求。(3)施工中梁柱节点处的配筋较多，预应力与非预应力筋穿插多：波纹管布设从梁中两排变为端部三排，与梁箍筋交叉多，对拉螺杆与波纹管位置冲突处多。针对上述难点，从设计及施工角度出发，分别制定了下列控制措施。3．2．1大体积混凝土防裂控制调动各相关单位，包括设计单位、施工单位、外加剂厂家、混凝土搅拌站，甚至水泥厂、砂子和石子的原产地单位等积极配合，从各个方面进行控制。(1)为降低混凝土已有结构约束，防止构造裂缝和温度裂缝，设计单位采取了类简支梁的构造措施，在梁柱节点断开一部分混凝土连接。(2)选用聚羧酸系减水剂，并用粉煤灰替代一部分水泥。(3)为降低混凝土初始温度，分别对搅拌用水泥、水、砂、石等采取了降温措施。(4)通过对拌合物温度的计算，对实际浇筑混凝土的出机温度限定为26℃，控制入泵温度在26-28℃，控制混凝土入模温度在3O℃以下。(5)避开夏季中午高温阶段，尽量安排在夜间低温阶段浇筑混凝土。(6)对顶板上表面已浇筑完的混凝土，应及时覆盖塑料布洒水养护，待混凝土终凝后，采用蓄水养护的措施，蓄水50mm高，养护15d。对混凝土侧面，采取带模养护的措施，混凝土初凝后对大梁侧模进行喷水养护，松开侧面对拉螺栓，但不拆除模板，利用原有模板起到保湿作用，在炎热及干燥气候条件下浇水湿润养护21d。3．2．2梁下脚手架支撑体系8根预应力大梁梁底距热身池底板约14m高，在施工中采用了满堂扣件式脚手架进行支撑(图5)。3．2．3梁中钢筋与波纹管、对拉螺杆位置设计调整(1)应用计算算机，根据据图纸和波波纹管曲线线走向对梁梁箍筋进行行CAD放样。(2)与设计协协商，对梁梁中局部箍箍筋与波纹纹管位置冲冲突处进行行箍筋间距距调整。(3)严格按照照规范计算算对拉螺杆杆的间距，根根据计算结结果进行对对拉螺杆定定位，并在在计算机制制图中再现现对拉螺杆杆的实际位位置，避免免现场施工工时波纹管管与对拉螺螺杆相碰。3．3泳池综合施工技技术3．3．1混凝土除运用了上述保保证耐久性性100年的施工工技术外，在在设计上还还采取了竞竞赛池底板板与大底板板脱开的方方法，中间间加砂滑动动层，以减减少因地震震或泳池注注水后两个个底板协调调变形而产产生的裂缝缝。同时在在墙体混凝凝土中加入入聚丙烯纤纤维，抑制制混凝土早早期塑性裂裂缝的产生生。3．3．2防水本工程泳池选用用一种新型型的“薄法”施工体系——雷帝泳池池防水及饰饰面层施工工系统。整整个系统由由以下5个构造层层次组成：：(1)厚底专用用3701乳液与其其配套的226预拌砂浆浆混合，构构成厚底砂砂浆垫层(约5mm)；(2)42377乳液与其其配套211预拌砂浆浆混合，构构成打底胶胶粘剂层(1mm)；(3)92355高分子防防水膜与胎胎体增强材材料一起，构构成防水涂涂膜层(0．7mm)；(4)薄底专用用4237乳液与其其配套的211预拌砂浆浆混合，构构成瓷砖胶胶粘层(3mm)；(5)17766乳液与其其配套的1600粉剂混合合，构成瓷瓷砖石材填填缝剂。3．3．3泳池砖粘贴由于采用了雷帝帝的薄贴体体系，粘贴贴层只有3-5mmm。国际泳泳联对泳池池的精确度度要求极高高，因此在在墙体抹灰灰、防水、贴贴砖等各个个阶段均需需要反复严严格测量，并并布设控制制线，尤其其是泳道线线部位。贴砖前需要提前前排砖，定定出异型砖砖的种类和和数量以及及各种比赛赛设施的预预留预埋位位置，以保保证安装孔孔均在四个个砖交叉位位置。3．3．4水处理本工程设置游泳泳比赛池、热热身池、跳跳水比赛池池(包括跳水水暖身池)各一座。水水处理系统统主要包括括：池水循循环系统、池池水净化系系统、池水水的加药和和水质平衡衡、池水消消毒、池水水加热、水水质监测和和系统控制制、排水系系统及池水水净化设备备机房八大大部分。北京**游泳中心在水处处理方面有有以下创新新：(1)国内游泳泳池水处理理系统首次次比较完整整地采用先先进的DCS智能控制制系统(图6)；(2)在国内标标准游泳池池水处理管管路系统中中创新性地地首次采用用CPVC先进工业业管路系统统；(3)游泳池水水处理系统统采用以臭臭氧消毒为为主、常规规氯消毒为为辅的消毒毒方式，最最大限度地地保证出水水水质的品品质；(4)游泳池水水处理系统统过滤设备备反冲洗水水回用技术术；(5)游泳池均均衡水箱水水位控制技技术；(6)游泳池稳稳定分流换换热系统。3．4新型多面体空间间刚架结构构施工技术术3．4．1多面体空间刚架架结构安装装技术本工程钢结构是是国内外第第一座多面面体空间刚刚架结构体体系，整个个结构是基基于泡沫理理念：“在一个空空间里，由由上千个十十二面体和和十四面体体组合起来来，经过旋旋转、切割割形成其结结构体系”。设计独独特、新颖颖，结构杆杆件、节点点空间布置置极其复杂杂，其加工工制作、安安装、高强强钢材焊接接(Q420CC)和安装卸卸载支撑体体系的设计计均具有相相当的难度度，是一个个很大的挑挑战。要将将总计305113个空间分分布规律性性极差的杆杆件和球拼拼装成上千千个多面体体，在国内内尚属首例例。安装中中研究解决决了两方面面的难题。(1)应用强大大的计算机机分析计算算能力，模模拟分析了了钢结构工工程不同安安装方案的的受力与变变形，对这这一复杂空空间结构在在不同工况况下的受力力有了充分分的理解，为为安装和卸卸载支撑体体系的设计计提供了依依据。(2)针对这一一构造复杂杂、规律性性差的结构构体系的安安装方案，经经过方案论论证、现场场摸索试验验，最终形形成了“单杆+单球地面面组装、空空中拼装”的总体安安装方案，确定了最佳的墙体与屋面杆件的安装顺序。3．4．2多面体空间刚架架结构快速速空间测量量系统多面体空间刚架架结构空间间分布规律律性极差，寻寻求一种适适合于本工工程的快速速高效的空空间定位测测量方法是是又一难点点。通过方方案论证，现现场摸索试试验，形成成一套从内内业数据计计算到外业业施测的空空间节点快快速定位测测量系统。具具体要点如如下：(1)将大量的的空间分布布极不规则则的空间球球节点三维维坐标分解解为平面二二维坐标+高程，将将节点二维维坐标提前前投设至可可靠的安装装作业平台台上，大大大简化了空空间球节点点的定位难难度，提高高了安装效效率；(2)计算各放放样点坐标标存入全站站仪内存，采采用高精度度全站仪对对节点进行行平面定位位测量；(3)在节点球球上标出记记号，按节节点球上标标记安装杆杆件，保证证杆件中心心线过球中中心。上述快速定位测测量系统设设备投入少少，经济适适用，操作作简捷，对对复杂的多多面体空间间刚架结构构高质如期期完成提供供了良好的的技术保障障。3．4．3Q420C高高强钢板焊焊接技术本工程大量使用用了Q420CC级钢材，其其含碳量高高，冷裂敏敏感性大，常常温、负温温焊接参数数及焊前预预热、层间间温度控制制、焊后保保温等现行行国家标准准中尚没有有技术参数数，此前也也未发现在在工程中大大量采用的的应用案例例，需要工工程实践中中研究确定定。针对Q420C级钢板板焊接技术术难点，对对其在常温温与负温条条件下的焊焊接、焊接接层间温度度控制及杆杆件组对焊焊接工艺等等进行了一一系列试验验，探索专专门的工艺艺参数，制制定了适用用于该特殊殊高强钢板板的焊接工工艺评定质质量标准。该该工艺标准准可为Q420CC级高强钢钢板在工程程中推广应应用提供有有益的借鉴鉴。3．4．4大跨度钢结构多多点等距同同步卸载技技术本工程屋面结构构平面尺寸寸177m×177mm，最大净净跨1377m。在卸卸载支承点点设计布置置上，经过过计算机模模拟分析计计算，设置置135个卸载支支承点。采用计算机控制制液压油缸缸实现多点点等距同步步卸载在国国内大型钢钢结构工程程中已有诸诸多成功的的案例。考考虑本工程程卸载支承承点设置数数量多，采采用该技术术成本高(120万元)，为此借借鉴此前在在其他中小小型工程中中采用的螺螺旋千斤顶顶支撑等距距同步卸载载技术，在在本工程中中大范围应应用，一次次卸载支承承点多达9O个，这在在此前的工工程中尚无无先例。经过精心的卸载载方案论证证，应用先先进的计算算机模拟分分析计算和和检测技术术，最终确确定本工程程钢屋面卸卸载分两次次进行：第第一次卸载载点45个，跨度度40m；在在此经验基基础上进行行第二次卸卸载，卸载载点高达90个，跨度度137mm。对钢结构屋面应应用人工手手动螺旋千千斤顶实现现了多点等等距同步卸卸载，卸载载中杆件应应力变化平平缓，最终终变形值(197mmm)小于设计给给定值(245mmm)，取得了了圆满成功功。与采用用计算机控控制液压油油缸卸载相相比，节约约费用100万元，具具有良好的的实用经济济价值。3．4．5脚手架工程设计计与实施本工程需搭设的的脚手架空空间体积达达到100万m3，最大高高度40mm。屋面结结构安装中中的节点集集中荷载在在4～9t，数量高高达1474个，卸载载支撑点135个，最大大荷载32t。若采用用专用支撑撑架费用昂昂贵，因此此，要达到到既满足结结构安装与与卸载要求求，投入费费用又尽量量低是本工工程脚手架架设计需解解决的重要要问题。经过对多种方案案的分析对对比，并对对节点塔架架进行了一一系列的试试验，安装装用脚手架架最终选择择目前常用用的扣件式式钢管脚手手架．节点点集中荷载载划分为4t,99t、32t三种规格格，单独搭搭设成1．2m×1．2m独立塔塔架，与整整体脚手架架进行拉结结。为确保集中荷载载脚手架设设计依据充充分，理论论正确，对对9t、32t两种集中中荷载下塔塔式脚手架架进行了1：1模型试验验，试验为为设计提供供了可靠的的理论依据据，确保了了脚手架工工程的安全全和经济。该该试验成果果可为现行行规范今后后修改完善善提供参考考．为今后后类似脚手手架工程设设计提供借借鉴。3．5ETFE装配配系统综合合技术ETFE充气膜膜在国内尚尚属首次应应用，本工工程ETFE充气膜结结构在引进进消化国外外原有技术术基础上进进行了大胆胆的自主创创新，从设设计到施工工解决了许许多国内外外前所未有有的课题，填填补了多项项国内外空空白，形成成了从设计计、施工到到监控、验验收标准的的一整套完完整技术。3．5．1建筑效果设计及及技术措施施水立方外表面由由多个不同同形状、不不同大小、不不同矢高的的ETFE气枕组成成，内层镀镀点膜与外外层浅蓝膜膜在阳光下下形成两个个高光，使使ETFE气枕体现现出了近似似水泡的特特征。独特特的对光线线的控制形形成了水立立方所特有有的整体建建筑艺术效效果。不同同大小的气气枕矢高均均控制在跨跨度的12％～15％，整体体效果此起起彼伏，充充满立体感感，建筑具具有丰富的的表现力。铝铝合金扣盖盖的双弧线线设计与气气枕充气后后的弧面交交相呼应。水水立方的建建筑艺术效效果是在巧巧妙构思的的基础上，通通过多次视视觉测试确确认的最终终设计形象象。ETFE气枕所所受风荷载载较大，局局部区域负负风压达到到3．0kN／m2。本工程程采取了在在部分ETFE充气膜外外侧增加一一层厚250μm附加膜的的方法，增增加ETFE充气膜的的抗风压性性能，同时时确保整体体建筑的外外视效果。本工程单个气枕枕的最大跨跨度近111m，而ETFE膜材的实实际幅宽是是有限的，因因此单个气气枕必然由由多条膜材材拼接而成成。为确保保建筑外观观效果，北北京**游泳中心立立面ETFE气枕焊缝缝位置自上上至下贯穿穿一线，本本工程采用用的ETFE气枕剪裁裁及焊接技技术对此提提供了强有有力的保障障。在对ETFE膜材进行行剪裁时，运运用了ETFE气枕找形形测试架及及气枕预成成型技术。在在对ETFE膜材进行行焊接时，运运用了直线线焊接技术术．其优点点在于焊接接精度高、焊焊接强度好好、焊接效效率高。对对于超大型型气枕还使使用了特制制的加长焊焊接设备。3．5．2ETFE气枕枕构造及密密封系统设设计ETFE充气膜膜结构体系系由内侧钢钢结构支撑撑框架、铝铝合金固定定夹具、ETFE气枕、充充气系统等等部分组成成(图9)。墙面ETFE装配系系统采用ETFE气枕的夹夹具、夹具具定座、夹夹具扣板、密密封胶条、衬衬垫和连接接的组合装装配。气枕枕边缘的绳绳索夹在铝铝合金夹具具中，夹具具被设计成成互锁的结结构，夹具具底座直接接连接固定定到主结构构上，铝合合金夹具扣扣盖与夹具具底座是立立面气枕夹夹具的密封封盖、装饰饰盖，同时时与夹具底底座一起固固定气枕，以以提供气枕枕边缘的夹夹扣压力，并并作为整体体夹具组合合的密封盖盖。屋面ETFE装配系统统次龙骨采采用“钢天沟+防水保温温层”形式，ETFE膜夹具勾勾挂在钢天天沟边沿，钢钢天沟作为为主要受力力构件，螺螺栓连接组组件仅起到到固定作用用，使该部部位的受力力更加合理理。天沟内内采用优质质防水及保保温材料。ETFE气枕固固定连接部部位的防水水是设计时时考虑的重重要问题。水水立方采用用了多重密密封防水构构造，具有有良好的密密封性。墙墙面密封系系统采用“铝型材+复合胶条”形式，在在气枕连接接处形成三三道密封、两两个等压腔腔。复合胶胶条由三元元乙丙实体体和海绵体体复合而成成，采用复复合胶条，很很好地解决决了水密问问题，同时时优化了外外观效果，使使现场安装装更加方便便、快捷，并并在建筑的的外表面形形成了连续续的防水屏屏障。同时时气枕夹具具设有内部部排水系统统，使渗入入到夹具内内的水通过过排水通道道排到室外外。在内立立面，设置置了系统的的排水通道道，使空腔腔(内外立面面之间)结露水通通过排水槽槽排走，从从而阻止了了结露水进进入建筑内内部。屋面面ETFE气枕同墙墙体一样采采用特定复复合胶条，使使雨水很难难渗漏到室室内，同时时，螺栓连连接组件暴暴露于室外外，即使钉钉孔处渗水水，水滴最最终仍会流流到室外。天天沟内采用用优质防水水及保温材材料，并与与虹吸排水水系统紧密密联系。此此种结构形形式的采用用，使屋面面更好发挥挥其防水功功能。3．5．3热工、声学及光光学性能设设计本工程是ETFFE材料在我我国的首次次大面积应应用，没有有可遵循的的规范和标标准。为了了检验ETFE材料是否否能够满足足工程热工工方面的要要求，施工工前参照国国家标准GB84484—2002《建筑外外窗保温性性能分级及及检测方法法》、GB100294—1988《绝热材材料稳态热热阻及有关关特性的测测定防护热热板法》及及国际标准准ISO88990：19944((绝热一稳稳态热性能能的确定一一标定和防防护热箱法法》进行了了ETFE膜试件热热工性能检检测试验。试试验测得了了ETFE膜两层膜膜、三层膜膜、四层膜膜的传热系系数，并以以此为依据据合理确定定了实际工工程中外立立面气枕、内内立面气枕枕、室内隔隔墙气枕、外外屋面气枕枕以及室内内顶棚气枕枕的结构形形式。综合合分析表明明，屋面及及墙面ETFE膜结构的的隔热组合合提供了充充分的隔热热性能，热热工性能满满足建筑功功能设计要要求。北京**游泳中心作为奥奥运比赛场场馆，对吸吸声降噪及及室内混响响，特别是是雨噪声降降噪的要求求很高。由由于声学要要求的特殊殊性，本工工程对ETFE膜系统进进行了多种种声学测试试，根据测测试结果选选定了各部部位ETFE膜系统的的最优方案案(图10)。ETFE膜材料料本身具有有较高的透透光率，可可以满足建建筑的采光光要求，但但光线太强强也会影响响建筑物的的局部遮阳阳。为满足足北京**游泳中心局局部遮阳的的要求，针针对具体部部位在相应应位置ETFE气枕膜上上设置了不不同大小、不不同密度的的镀点，对对光线进行行有效控制制。通过4次视觉模模型测试，在在确定外观观效果的同同时，选定定了膜材颜颜色，并确确定了不同同区域的镀镀点大小和和密度。3．5．4ETFE系统统施工关键键技术本工程ETFEE气枕的安安装施工，在在引进消化化国外原有有技术基础础上进行大大胆的自主主创新，解解决了一系系列关键技技术问题。(1)本工程EETFE气枕形状状复杂，大大小不一，导导致个别部部位易产生生褶皱，因因此在气枕枕的充气调调试时，采采用了热熨熨、调腔压压等除皱工工艺，避免免褶皱的产产生，满足足外饰效果果的需求：：(2)ETFEE气枕采用用嵌入式自自锁构造，安安装方便快快捷；(3)对于顶棚棚ETFE气枕，施施工过程中中采用了滑滑移式脚手手架：(4)对于立面面ETFE气枕，施施工过程中中采用了液液压爬升式式垂直升降降平台及悬悬挑伸缩式式脚手架。3．5．5电子监控系统(1)压力自动动补偿系统统本工程共有188个充气单单元(气泵)给所有气气枕供气，每每个充气单单元负责一一定区域气气枕的充气气任务。在在该区域指指定一个气气枕作为气气压感应气气枕，该气气枕与气泵泵之间由一一个传感器器进行连接接。当气压压感应气枕枕的内部气气压达到额额定气压时时，传感器器会向气泵泵传出信号号，气泵得得到信号后后自动降频频或停机；；当气压感感应气枕的的内部气压压不足额定定气压时，传传感器向气气泵传出信信号，气泵泵得到信号号后自动开开机或增频频。(2)雪情监控控系统屋面共有5个充充气单元，指指定5个气枕作作为雪情监监控气枕，该该气枕与相相应的充气气单元由传传感器进行行连接。为为防止冬季季下雪对屋屋面气枕造造成不利影影响，当雪雪荷载到达达额定设计计值时，传传感器会传传出一组雪雪情报警信信号给气泵泵，气泵会会自动提高高气压并报报警。(3)断电保护护系统当遇到停电等特特殊情况、气气泵无法工工作时，在在气泵充气气管道出口口处的止回回阀自动关关闭，阻止止气枕内部部的空气向向气泵回灌灌，从而延延长气枕保保留气压的的时间。(4)过载保护护系统当传感器意外失失灵或气压压感应气枕枕意外受损损时，传感感器传回的的信号会误误导气泵不不断地向l气枕充气气，当气压压超过过载载保护设计计值时，充充气管道内内的过载保保护装置自自动启动，可可将充气泵泵充出的空空气自动导导出而不充充进气枕内内部，确保保气枕不因因气压过载载而受到损损伤。3．5．6工程技术及施工工质量验收收标准ETFE装配系系统是一种种全新的材材料和技术术，在我国国还没有相相应的标准准和规定。为为使工程设设计、采购购、加工制制作及现场场安装等全全过程的技技术和质量量得到充分分有效的控控制，本工工程专门制制定了《北北京**游泳中心屋屋面及墙面面ETFE装配系统统工程技术术及施工质质量验收标标准》。该该技术标准准已通过有有关权威专专家的评审审，为北京**游泳中心ETFE气枕系统统的工程技技术及施工工质量验收收提供了科科学依据。该标准还填补了了国内空白白，可供ETFE膜结构工工程的设计计与施工参参考，也为为相关行业业标准的制制订奠定了了基础。3．6机电工程新技术术的应用3．6．1HDP彩钢板板风管的应应用为解决泳池环境境中的风管管防腐问题题，本工程程泳池环境境下的永久久性空调风风管采用高高耐候聚酯酯涂料(HDPP)彩钢板，彩彩钢板总用用量170000m2。此种材材料的采用用彻底解决决了普通镀镀锌钢板在在游泳馆中中使用寿命命不超过5年的问题题，使用此此材料13D77-成的风管管。其使用用寿命可超超过15年。3.6.2数控控消防水炮炮系统(大空间智智能化自动动扫描射水水灭火系统统)的应用本工程在室内大大空间均采采用消防水水炮作为灭灭火装备，系系统由一组组水炮泵加加压供给。消消防水炮安安装于屋顶顶跑马廊，保保证两支水水炮同时到到达比赛大大厅任何部部位，系统统管道在地地下二层水水平成环。水水炮泵设于于地下二层层水泵房内内。系统设设地下式水水泵接合器器，并与火火灾安全监监控系统联联合采用。3．6．3虹吸雨水系统的的应用本工程屋面为1177m×177mm的平屋顶顶，屋面总总汇水面积积达到311344mm2，为保证证下雨时雨雨水能快速速顺利排出出室外，采采用了虹吸吸系统。落在屋面膜结构构的雨水汇汇集到膜周周边的钢天天沟内，在在天沟内留留有孔洞的的球节点上上布置虹吸吸雨水斗，雨雨水经虹吸吸雨水斗、悬悬吊管、立立管、水平平干管排至至室外。设设计选用YG50AA型虹吸式式压力流雨雨水斗共245个。雨水水斗布置在在深天沟内内钢结构留留孔洞的球球节点上，连连接管穿过过球节点фф90孔洞与系系统连接。雨雨水斗与钢钢天沟焊接接，确保不不渗不漏。位于屋面下的雨雨水悬吊管管和敷设在在地下一层层的雨水横横管采取管管外壁包吸吸声层的技技术措施。吸吸声层采用用橡塑材料料，厚度约约20mmm。雨水立立管敷设在在管道井内内，管道井井应是封闭闭的，管道道井的检修修门为隔声声门。因此此雨水立管管本身不需需要采取消消声措施。吸吸声层与防防结露层的的材料和结结构相同，既既有吸声的的功能又有有防结露的的功能。3．6．4旋流风口及球形形喷口的应应用大空间空调最大大的难题是是既要保证证大厅气流流组织均匀匀，又不能能使大厅内内空气流速速过大。球球形喷口与与旋流风口口的配合使使用，既解解决了大空空间的空调调气流组织织均匀的难难题，又可可保证座椅椅处的空调调温度及人人的舒适性性。3．6．5地板辐射采暖系系统应用技技术整个建筑为全封封闭结构，中中央空调供供暖、制冷冷。为脚感感舒适度考考虑，泳池池周边地带带、更衣室室、淋浴房房等区域，采采用地板辐辐射采暖技技术进行地地板加热，以以使运动员员活动区的的温度让运运动员感到到舒适。采采暖区域总总地板采暖暖面积为6705．5m，供热热水管弓1至各个地地板采暖区区域。3．6．6室内空气净化设设备(电子除尘尘过滤器设设备)空调机组及新风风机组均安安装电子除除尘过滤器器设备，电电子除尘过过滤器设备备采用蜂巢巢针棒状三三区静电电电场，由等等离子灭菌菌区、集尘尘区、回压压区组成。该设备每平方米米净化模块块消耗功率率小于50W；电源电电控箱30W，与空调调机组同步步控制，每每个模块有有自动清洗洗提示和故故障显示功功能，可迅迅速找到故故障点并及及时解决。其其优点为：：风阻小，约15Pa；集尘量大，正负极间距11mm；清洗周期长，不少于12个月；对捕获物进行烧结，断电后或高风速下不会造成二次污染；清洗简便，集尘后的模块可直接用自来水冲洗干净。3．6．7智能救生系统本系统属