距离北京2022年冬奥会开幕还有不到一个月时间，非常关注的冬奥场馆国家速滑馆“冰丝带”已准备好。国家速滑馆玻璃幕墙有三种面材，分别是弯弧玻璃、平板玻璃和圆管玻璃灯带。玻璃幕墙外立面由22根“冰丝带”环绕，这22根“冰丝带”实际是22根透明圆管玻璃，水平缠绕在幕墙表面，并在玻璃隆起的地方相对密集，形成疏密有致的水平线。

  玻璃幕墙背后有哪些科技支撑？负责科技冬奥专项研发国家速滑馆曲面玻璃测试工作的北京交通大学建筑与艺术学院副教授杜晓辉日前接受了本报专访。

  杜晓辉：在项目开始之前，首先，科研团队尽快熟悉测试任务的相关背景，获取与测试任务相关的信息资料，例如对涉及的图纸做了详细研究，对国家速滑馆外幕墙结构体系、曲面玻璃展开面积、几何构成、板块构成等进行统计分析；其次，通过参数化软件，对国家速滑馆的曲面幕墙进行计算机建模，落实清楚曲面玻璃与其他幕墙材料的结合方式；再次，就是对有关标准条款进一步明确，例如中国建筑玻璃与工业玻璃协会团体标准、建筑幕墙有关标准、平板玻璃及中空玻璃标准等，了解玻璃质量的控制细则与注意事项。

  这次测试项目是一次非常珍贵的科研实践。在整个测试活动中，科研团队对整个测试技术系统从规划部署到组织模式进行统筹安排，并与有关技术团队做沟通，确保高效率、高质量地完成科研任务。

  我们从之前的相关报道得知，“冰丝带”曲面玻璃半径尺寸为175mm，为什么选择这个半径尺寸的玻璃呢？

  杜晓辉：这部分工作是与天津北玻玻璃工业技术有限公司合作开展的试验测试与分析研究的。

  国家速滑馆玻璃幕墙有三种面材，分别是弯弧玻璃、平板玻璃和圆管玻璃灯带。弯弧玻璃半径为1500mm，而圆管玻璃灯带半径选择的则是175mm。玻璃幕墙外立面由22根“冰丝带”环绕，这22根“冰丝带”实际是22根透明圆管玻璃，水平缠绕在幕墙表面，并在玻璃隆起的地方相对密集，形成疏密有致的水平线。圆管玻璃内置线性LED灯，与曲面幕墙及内透光照明形成景观效果。这种方式将会是夜景照明发展的新趋势之一。

  因此，22根透明圆管玻璃的半径及外观品质就显得很重要。圆管玻璃工艺上使用的是超白彩釉热弯钢化玻璃，测试样品有6种，分别是尺寸半径为120mm的夹层玻璃与单片玻璃，尺寸半径为150mm的夹层玻璃与单片玻璃，尺寸半径175mm的夹层玻璃与单片玻璃。测试中还要关注外观品质及材料性能。测试则依据有关标准规范进行，主要进行了单片玻璃边部加工、厚度偏差、叠差、弯弧玻璃吻合度等12项检测项目。

  第一，从厚度偏差检测结果来看，夹层玻璃优于单片玻璃，而结合叠差检测结果来看，尺寸半径175mm的夹层玻璃优于尺寸半径120mm的夹层玻璃，并且，弯弧玻璃的相对吻合度最好。

  第二，半径120mm的夹层玻璃，先热弯后钢化加工工艺，因为热弯加工的温度为610℃，弯弧成型时间长，表面变形较大，弧度变形较大，再加上设计“冰丝带”的特殊安装方法，外片边部存在严重的压杠痕迹。

  尺寸半径150mm相比尺寸半径120mm的弯弧玻璃，同样的加热温度，加热时间相对较短，弧度合格，由于半径比较小，玻璃表面存在麻点缺陷，变形相对较差，成型较难控制。

  对于尺寸半径175mm的夹层玻璃样品，采用同样的温度，加热时间最短，玻璃外观及视觉影像较好，较好的弯弧成型，弧度偏差最小。根据项目的设计的基本要求，多台设备同时加工，可批量加工性较强。采取了专用设备，每天（24h计算）可做46对成品，能够完全满足项目进度和要货计划需求。

  根据试验数据对比和现场视觉大样评估，通过对加工难度评估、工艺流程中存在的质量缺陷对比、外观品质检查、不同半径产品的加工效率等方面做分析和批量加工的可行性评估，认为：尺寸半径为175mm的“冰丝带”夹层玻璃质量相对较好，方案可行性最优，推荐其应用于国家速滑馆“冰丝带”。

  除了小半径长度以外，此次项目的曲面玻璃与传统曲面玻璃相比还有哪些不同呢？

  一是幕墙由平板玻璃、铝板幕墙及曲面玻璃一起，拟合自由曲面，而且曲面玻璃的每块尺寸均不完全一样，为了建筑外观效果，需要仔细考虑平曲玻璃耦合技术，降低曲面玻璃数量，设计难度较大。因此，对曲面幕墙进行BIM整体建模，保证模型和施工图同步进行，协调设计，调整优化幕墙形状，在保证外观的前提下，合并面材相似尺寸，降低加工难度。需要考虑曲面玻璃的加工工艺和工程建造周期、成本。

  二是小半径弯弧玻璃与大规模线性LED照明一体化构造、配电系统模块设计，以及夏季玻璃腔内温度偏高对LED灯色温及显色性的影响等，怎么来实现立面照明的安全可靠和常规使用的寿命长等目标是项目难点之一。

  三是玻璃加工困难，幕墙除了“冰丝带”弯弧玻璃，还有半径1500mm的曲面玻璃，由于加工尺寸均不相同，无法流水线生产大面弯弧，采用定制化磨具，幕墙安装精度在毫米级，所以对玻璃，尤其是弯弧玻璃的加工精度要求很高。同时，安装复杂，因为国家速滑馆平立面均不规则，标高控制点复杂，受外部环境影响。例如，风荷载温度变形影响较大，所以为保证玻璃幕墙每块玻璃安装质量精良，接缝横平竖直，并要满足气密性水密性等要求。

  “冰丝带”曲面玻璃经过了哪些测试？测试中发现的难题有哪些？又是怎样克服的？

  杜晓辉：“冰丝带”曲面玻璃主要测试内容，一种原因是关于曲面玻璃的面积占比测量。测量分三个阶段，分别是方案概念阶段、设计阶段与施工现场阶段。前两个阶段是通过参数化建模做测量，难点主要是建模难度，这个没什么简单办法，就是严格根据图纸，一点点建模，每一块曲面玻璃都要精细化建模。因为是椭圆形平面，按图纸将曲面玻璃幕墙划分为4部分，每部分按照轴号区域做测量。每个区域有平板玻璃，有金属幕墙，也有曲面玻璃，先将曲面玻璃标识出来，然后在计算机模型中测试每块曲面玻璃尺寸，形成该区域曲面玻璃面积，以此类推，算出整个立面上所有曲面玻璃的面积。整一个完整的过程较为繁琐，需要非常耐心细致地进行。

  另一方面是关于曲面幕墙热工性能的测试，主要是传热系数。玻璃幕墙作为国家速滑馆建筑的外围护结构，占据速滑馆外表面大部分面积，是建筑物热交换、热传导最活跃的部位，也是建筑节能的薄弱环节，其热工性能尤其是传热系数的大小，直接影响建筑能耗，所以进行幕墙传热系数的检测是判断建筑能耗的重要部分。

  首先是进行实验室测试，检测结果为建筑幕墙传热系数K为1.9W/（㎡·K），属第6级，试件热侧表面及玻璃夹层无结露及结霜现象。其次是现场测试，由于检测时间最好选在最冷月，当时测试时间是2020年12月，包括屋顶的传热系数测试，所以现场测试工作比较辛苦。现场测试还有许多需要注意的几点，否则会影响数据精确度，如需要按照有关标准进行设备仪器的布点来测试。测点要有代表性，测点位置不应靠近热桥、裂缝和有空气渗漏的部位，不应受加热、制冷装置和风扇的直接影响，且避免阳光直射。热流计片与被测表面应充分接触等。

  课题组在2020年12月，对国家速滑馆北侧曲面玻璃传热系数进行现场测试，每隔2分钟记录1次。传热系数平均值为1.41W/（㎡·K）。该实测值比实验室测试值1.92W/（㎡·K）略小。根据《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）甲类公共建筑围护结构热工性能要求，国家速滑馆曲面玻璃幕墙热工性能完全满足节能设计标准。

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