1 工程概況
國家速滑館是北京 2022 年冬奧會北京賽區(qū)唯一的新建競賽場館，是北京 2022 年冬奧會的標(biāo)志性場館，冬奧會期間，國家速滑館承擔(dān)了速度滑冰項(xiàng)目的比賽和訓(xùn)練；冬奧會后，該館作為能夠舉辦滑冰、冰球和冰壺等國際賽事及大眾進(jìn)行冰上活動的多功能場館。
速滑館位于北京市朝陽區(qū)，中軸線北端，北京 2008 年奧運(yùn)會臨時場館（曲棍球、射箭場）原址上，奧林匹克森林公園西側(cè)，規(guī)劃用地約 17 公頃。建設(shè)場地南臨國家網(wǎng)球中心，西臨林萃路，東臨奧林西路。
國家速滑館工程及紅線內(nèi)配套設(shè)施建設(shè)，規(guī)劃總用地面積 166396 平方米，總體包含速滑館、東側(cè)地下停車場及西側(cè)地下停車場?？偨ㄖ娣e約 129800平方米，其中，地上建筑面積約 28925平方米、地下建筑面積約 100875平方米，國家速滑館建筑部分面積為 81038 平方米（其中，地上 28925 平方米、地下 52113 平方米）。
國家速滑館的屋蓋呈馬鞍形，外立面幕墻延續(xù)“冰絲帶”的設(shè)計理念，由 22 根“冰絲帶”隨外立面環(huán)繞而成，營造出冰與速度的完美結(jié)合。
國家速滑館外廓線投影大致呈橢圓形，南北長約 240m、東西寬約 174m，地下二層，地上四層，建筑高度為 33.8m，總坐席 12058 座。所有的觀眾席位于地上，普通觀眾坐席位于首層和三層，二層西側(cè)設(shè)有贊助商區(qū)域，東側(cè)設(shè)有奧林匹克大家庭區(qū)域。地下一層設(shè)置國際滑聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)大道速滑場地、媒體中心及場館管理區(qū)；地下二層設(shè)置運(yùn)動員、國際滑聯(lián)、中國滑冰協(xié)會及競賽管理用房。
國家速滑館建筑結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)+鋼結(jié)構(gòu)。機(jī)電專業(yè)包含給排水、通風(fēng)空調(diào)、建筑電氣、智能建筑、制冰、體育工藝及專業(yè)配套工程等。比賽大廳和觀眾集散大廳的空調(diào)系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，其他功能房間為風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)；觀眾集散大廳入口設(shè)置地板采暖系統(tǒng)；生活熱水利用制冰冷凝熱，冰場檢修時采用市政熱力；采用市政中水；制冰系統(tǒng)設(shè)置余熱回收系統(tǒng)。國家速滑館及其室外景觀成為奧林匹克森林公園景觀的延續(xù)，四周綠化環(huán)抱，賽時南側(cè)綠地內(nèi)設(shè)置安保區(qū)、廣播綜合區(qū)、貴賓停車區(qū)等功能區(qū)域，賽后恢復(fù)綠化及景觀。
國家速滑館內(nèi)部結(jié)構(gòu)
2 解決的關(guān)鍵問題
2.1 施工測量
（1）工期緊、任務(wù)重。各施工階段工期短、銜接緊湊。施工各階段對施工測量都提出較高要求。
（2）混凝土結(jié)構(gòu)的大區(qū)域、多流水段同時獨(dú)立施工，對施工控制網(wǎng)要求較高。且場館地下結(jié)構(gòu)和地下車庫結(jié)構(gòu)同時施工，對施工控制網(wǎng)的布設(shè)和滿足大區(qū)域、多流水段同時獨(dú)立施工提出了較高要求。
（3）混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等相互穿插或包圍，各施工階段銜接過程保證控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)的一致是難點(diǎn)。
（4）鋼結(jié)構(gòu)、索結(jié)構(gòu)和屋面曲面、曲線造型復(fù)雜，測量定位點(diǎn)數(shù)量多，精度要求高，測量控制難度大。
（5）屋面索網(wǎng)及膜結(jié)構(gòu)施工關(guān)系密切，控制索網(wǎng)的變形是關(guān)鍵，索網(wǎng)變形監(jiān)測工作量大、精度要求高、實(shí)時性要求強(qiáng)，測量難度大。
（6）施工過程受地質(zhì)因素、施工因素或冬夏氣候變化影響，控制網(wǎng)點(diǎn)的變動、損壞難以避免，保持控制網(wǎng)的完整性、穩(wěn)定性及現(xiàn)勢性是難點(diǎn)。
一級控制網(wǎng)點(diǎn)位示意圖
高程控制網(wǎng)布設(shè)示意圖
2.2 地坪平整度測量
地坪平整度是描述地坪一定大小的區(qū)域內(nèi)表面高低起伏的程度的參數(shù)，是評價地坪質(zhì)量的重要指標(biāo)，不僅影響地坪的外觀，更關(guān)系到地坪的功能性。隨著大型倉庫、大型運(yùn)動場館的建設(shè)與發(fā)展，室內(nèi)水泥地坪的面積越來越大，也對地坪平整度提出了更高要求。例如，新建的2022年北京冬奧會國家速滑館中單塊現(xiàn)場澆筑的冰層基底水泥地坪面積達(dá)到了數(shù)千平方米，地面平整度要求任意5m區(qū)域內(nèi)高差在±3mm之內(nèi)。
在地坪的施工期、竣工期都需要對平整度進(jìn)行評估。為了更好地保證工程質(zhì)量，在施工期進(jìn)行平整度測量可以在混凝土完全凝固之前及時評估施工情況，指導(dǎo)地坪施工。而在竣工期，主要是通過對平整度的測量來評估地坪是否能夠滿足功能需求。因此，快速、高精度、精細(xì)的地坪平整度測量是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量地坪建造和地坪運(yùn)維評估的基礎(chǔ)。
地坪平整度測量方法可分為接觸式與非接觸式兩類。接觸式測量方法是指儀器通過直接接觸地面采集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括靠尺法、水準(zhǔn)儀法等，存在重復(fù)性差、精度與效率不高、只能抽樣檢測、自動化程度低等不足；非接觸式測量方法是指儀器通過圖像、激光等方式進(jìn)行測量，包括圖像處理、攝影測量、三維激光掃描等，存在測量范圍有限等不足?？傊F(xiàn)有方法不能同時滿足超大地坪的精準(zhǔn)、快速、精細(xì)的檢測需求，對以下幾點(diǎn)關(guān)鍵問題尚不能解決。
（1）如何做到測量區(qū)域全覆蓋。待測區(qū)域長180m，東西寬35m，常規(guī)測量儀器無法覆蓋如此巨大的范圍，而轉(zhuǎn)站又要耗費(fèi)巨量的時間大幅降低效率，需要尋找能夠方便快捷地覆蓋整個待測區(qū)域的測量儀器與測量方法。
（2）如何高精度測量地坪形狀。常規(guī)的接觸式測量方法存在精度不高、采樣率低的不足，需要尋找數(shù)據(jù)量大、測量精度高的儀器與方法，對地坪形狀的三維坐標(biāo)進(jìn)行高精度快速測量。
（3）如何計算地坪平整度。需要提出能夠準(zhǔn)確描述“任意L m區(qū)域內(nèi)高差在±σmm之內(nèi)”平整度要求的指標(biāo)，并且可以根據(jù)地坪形狀的三維坐標(biāo)計算出來。
（4）如何進(jìn)行系統(tǒng)絕對定位。國家速滑館冰層混凝土基底全部位于室內(nèi)空間，由于穹頂?shù)恼趽?，GNSS信號非常微弱，因此需要通過其他方式對測量系統(tǒng)進(jìn)行絕對定位。
（5）如何檢測和定位平整度不合格區(qū)域。需要對平整度不合格做出明確的定義，從測量結(jié)果中篩選出不合格的區(qū)域，并明確指出不合格區(qū)域所在的位置。
（6）如何復(fù)檢。對于篩選出的平整度不合格的區(qū)域，需要采取其他方法進(jìn)行復(fù)核，驗(yàn)證平整度檢測的正確性，提高外符合精度。
基于全站儀/INS組合的平整度測量原理圖
(a)結(jié)構(gòu)圖
(b)實(shí)拍圖
平板式慣性測量裝備圖
3 展望
國家速滑館是典型的特大異型現(xiàn)代建筑，其順利施工完成，離不開精密的組織與測繪技術(shù)的支持，是現(xiàn)代科技水平的有力見證。整個工程既解決了一系列的施工難題，也樹立了一項(xiàng)針對特大異型復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的典范，這其中涌現(xiàn)的鋼結(jié)構(gòu)拼裝及質(zhì)量管理技術(shù)為2022北京冬奧后期國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑蓬勃發(fā)展起到了很好的推動作用。
施工測量主要是為工程建設(shè)提供技術(shù)成果和技術(shù)服務(wù)。施工測量的水平與質(zhì)量直接影響整個工程建設(shè)的安全和質(zhì)量，為此在工程建設(shè)中，施工測量在以下方面做出努力：
（1）應(yīng)用衛(wèi)星定位系統(tǒng)、全站儀及數(shù)字水準(zhǔn)儀快速建立高精度三維工程控制網(wǎng)，采用先進(jìn)實(shí)用的測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)，大力提高工程控制測量的成果質(zhì)量與作業(yè)效率。
（2）開發(fā)和應(yīng)用基于智能全站儀、激光和通信等技術(shù)的集成式精密空間放樣測設(shè)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜工程設(shè)施快速、準(zhǔn)確地空間放樣測設(shè)。
（3）應(yīng)用激光掃描等技術(shù)對大型或特殊工程設(shè)施的空間形態(tài)進(jìn)行實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時的精確檢測和完整記錄，進(jìn)一步研究開發(fā)對大型或特殊工程實(shí)施動態(tài)與靜態(tài)變形監(jiān)測的自動化技術(shù)和方法。
（4）健全各種工程測量項(xiàng)目的質(zhì)量安全體系，建立大型和特殊工程測量項(xiàng)目的監(jiān)督制度，確保工程測量成果的可靠性與完整性。
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，建筑的設(shè)計越來越新穎，結(jié)構(gòu)愈發(fā)精密與復(fù)雜，給建筑的施工、安裝與檢測等帶來的困難也越多。雖然在整個過程中仍然存在許多問題，但是一種新生的技術(shù)一定要經(jīng)歷一定的過程才能夠逐步走向成熟，隨著人們的不斷研究，一定能在數(shù)據(jù)處理的自動化、精度及穩(wěn)定性等方面不斷成熟，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足。
國家速滑館是作為2022年冬奧會場館之一而建造的，它是中國速滑運(yùn)動的代表性地標(biāo)之一，也是當(dāng)代建筑界的杰出之作。國家速滑館的設(shè)計靈感源于“冰絲帶”，建筑外形呈曲線狀，緊湊而獨(dú)特，是極佳的設(shè)計，因此也帶來了極高的建設(shè)難度。
速滑館內(nèi)部的運(yùn)動場地采用了全冰面設(shè)計，具有超大的1.2萬平方米的冰面，這對冰層基底提出了很高的建設(shè)要求。傳統(tǒng)的地坪平整度測量方法難以滿足超大地坪的精準(zhǔn)、快速、精細(xì)的檢測需求，因此，提出了一種基于輔助INS的地坪平整度快速測量方法，具體工作內(nèi)容包括：
（1）根據(jù)冰層混凝土基底不同的建設(shè)階段，研制出適用于不同時期的平整度測量裝備，即適用于施工期的平板式裝備和適用于竣工期的輪式裝備，搭載INS或INS+里程計，高精度測量地坪三維形狀；
（2）利用控制點(diǎn)對全站儀設(shè)站，使用全站儀全程跟蹤測量平整度測量裝備的三維坐標(biāo)，獲取平整度測量裝備的絕對坐標(biāo)，并用于抑制INS的發(fā)散；
（3）研發(fā)基于卡爾曼濾波的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法，利用INS+全站儀或INS+里程計+全站儀的數(shù)據(jù)解算測量路線的三維坐標(biāo)；
（4）根據(jù)建設(shè)要求提出平整度指標(biāo)的定義，通過測量路線三維坐標(biāo)計算冰層混凝土基底的平整度指標(biāo)平面地圖，從而直觀地查看全場平整度狀況；
（5）對平整度不合格區(qū)域進(jìn)行定位，明確哪些位置的平整度仍存在問題，以及存在何種程度的問題，從而進(jìn)行有針對性的修復(fù)與完善；
（6）利用靠尺和塞尺對平整度不合格位置進(jìn)行復(fù)檢，確認(rèn)不合格的真實(shí)性。
經(jīng)過4年建設(shè)，國家速滑館主體工程于2020年12月25日完工。2021年1月22日，國家速滑館首次制冰順利實(shí)施，成功制出速度滑冰賽道。2022年2月5日至19日，國家速滑館舉行了北京冬季奧林匹克運(yùn)動會速度滑冰比賽，總共產(chǎn)生了14枚金牌，在冬奧會中扮演重要角色。
國家速滑館的成功建設(shè)，填補(bǔ)了我國冰雪運(yùn)動場館建設(shè)的一大空白，不僅是中國速滑運(yùn)動現(xiàn)代化發(fā)展歷程中里程碑式的建筑，也標(biāo)志著中國在建筑設(shè)計和智能技術(shù)方面具有了世界領(lǐng)先水平，成為中國建筑的新標(biāo)桿，這對中國整個建筑界和體育界的影響都是深遠(yuǎn)的。
參考文獻(xiàn)：大國工程測量技術(shù)，第二部/宋超智，陳翰新，李清泉，西安：西安地圖出版社，2024.8
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