卡塔尔世界杯中国元素盘点：世界杯上满满中国设计小巧思

　　2022年11月21日至12月18日，第二十二届世界杯足球赛将在卡塔尔举行。32支队伍64场巅峰对决将在8座世界级球场上演。其中，卢塞尔体育场是卡塔尔在2022年举办世界杯的主体育场，是卡塔尔地标性的体育建筑，将在本次世界杯中承担决赛、闭幕式等重要活动。

　　卢塞尔体育场外景

　　这座万众瞩目的体育场闪耀着“中国设计”元素。北京市建筑设计研究院有限公司复杂结构研究院设计团队在总工朱忠义带领下，承担了卢塞尔体育场的主体钢结构和屋顶索膜结构设计重任。而这次在世界杯主体育场贡献设计智慧，也是北京建院践行“走出去”战略、打造“中国设计”品牌迈出的重要且扎实的一步。

　　攻克复杂结构难点 解决关键技术问题

　　卢塞尔体育场是迄今为止中国在海外建造的规模最大、容纳人数最多的专业场馆，也是世界上同类型索网体系中跨度最大、悬挑距离最大的索网屋面单体建筑。体育场的顶点标高和屋顶悬挑尺寸都达到了76米，场内容纳的观众人数多达92400人。与此同时，恢弘而极具冲击力、细节处又不乏雕琢的建筑外观也是卢塞尔体育场的显著特点。从高处俯瞰，体育场的屋顶呈双曲抛物面造型，像起伏的马鞍在空间优雅展开，覆盖整个看台结构，而仔细观察大“马鞍”的细节，还可以发现屋顶规律性地设有大量的小突起，在整体上呈现出波涛滚滚的意象;从正面观察，体育场的外形酷似一个巨大的金碗，碗壁由上百个金色的三角形幕墙单元组成，金色的幕墙由下及上，一直延伸到体育场上部，与屋顶结构相连。

　　卢塞尔体育场壮观绚丽的建筑效果给人们带来了视觉上的享受，其结构设计也曾是一个巨大的挑战。如何为这座体育场打造一副安全、高效的“骨架”，在完美实现建筑外形和功能要求的同时，又兼顾结构体系自身的优雅?据北京建院设计团队介绍，卢塞尔体育场跨度达274米的马鞍形屋顶采用了由主索桁架、次索系和膜结构等组成的高效索膜结构体系。索膜结构具有简洁、受力效率高的特点，但由于在设计时需要进行“形态分析”，也就是寻找合适的预应力分布，既能使索、膜组成的柔性体系稳定在建筑造型所需要的位形上，又使结构具有足够承载能力和经济性，同时在设计中还要考虑非线性效应，因此被公认为设计难度最大的结构类型之一。对于卢塞尔体育场屋顶这样一个大型复杂索膜结构，其设计难度更是不言而喻。针对该项目，设计团队经过艰苦攻关，开发了一套综合形态分析方法，可以使索膜结构位形严格契合建筑要求，并通过进一步完成各种工况下的非线性计算分析，圆满解决了复杂索膜结构的关键技术问题。

　　灵活运用BIM技术 精确表达设计细节

　　卢塞尔体育场体型和体系复杂，其设计、加工和施工难度较大。为此，项目从设计之初到最终的建造，北京建院的结构工程师团队全程贯穿运用了BIM(建筑信息模型)技术进行正向设计。为了充分发挥BIM技术的优势，团队开发了BIM数据库及大量的自主研发程序，使得BIM的建模和出图效率较传统设计手段提高了80%以上。经过团队多轮的优化和细化，最终的BIM设计精度达到LOD350，接近于加工制造级别，实现了针对结构的各个细节精确表达。最终的设计成果不是传统的二维图纸，而是可视化三维BIM模型及其二维图纸同时交付。BIM技术的应用极大提高了设计团队的工作效率和设计质量，同时通过将BIM模型及信息成功地延续到加工制造和施工阶段，为设计、施工一体化提供了便利。

　　卢塞尔体育场主体钢结构由曲线V柱桁架、压环和幕墙桁架组成，是立面幕墙的主体支承结构，也是屋顶索膜结构的支承边界。针对复杂造型的空间结构设计难题，北京建院的结构设计团队开发了一套参数化建模程序，能够以极高的效率进行多方案研究。最终，设计团队提出了曲线V柱的结构方案，与压环、幕墙结构形成高效的空间结构，既取得了优雅的建筑效果、满足了功能要求，还降低用钢量12000吨，减少钢结构造价40%。

　　为了实现建筑造型，卢塞尔体育场钢结构采用了大量曲线构件，这给节点设计带来了巨大挑战。设计团队以安全可靠、构造简单、施工方便、简洁美观为原则，除采用了向心关节轴承、弹簧节点等新型节点形式外，还应用了国内常用但国外应用不多的节点，如加工简单、便于复杂构件现场连接的焊接球节点。由于国外没有相应的设计方法，团队结合中国设计方法和有限元分析的结果，不仅通过了业主的审核，还因为应用效果优异得到了各方赞誉，起到了推广国内特色技术和产品的效果。

　　针对性设计提高安全性能 “中国设计”获各方认可

　　作为世界杯主体育场，卢塞尔体育场设计时必须充分考虑恐怖袭击、火灾等突发因素对结构安全的影响，确保极端情况下的工程安全。为了实现这一目标，北京建院团队在设计过程中对结构防连续倒塌性能进行了模拟，直观地研究各关键部位构件在极端情况下发生破坏时，可能引起整体结构连续破坏的高风险区域。通过在设计时针对性地加强这些区域中的构件，可以在满足经济性的同时提高结构防连续倒塌性能，确保危险发生时不会因局部构件损坏导致结构整体倒塌，避免造成更大的人员、财产损失，提高体育场在突发情况下的安全性。

　　目前，国际上一流的工程项目基本被欧美知名的设计公司垄断。虽然近年来国内优秀的建筑工程不断涌现，但是在国际上还很少听到“中国设计”的声音。卢塞尔体育馆项目是中国工程师走出国门、真正与外国团队联合设计完成的超级工程，是一次破茧成蝶的过程。从投标开始，设计团队就提出了超过7种结构优化方案，并对每一种方案进行了详细计算，给业主和合作方留下了深刻的印象，最终帮助北京建院中标卢塞尔体育场复杂结构设计。

　　中标后，北京建院的工程师向外方展示他们曾设计的FAST、北京大兴国际机场等项目的同时，也在不停地刷新外方对“中国设计”的认识。水平高、经验多、守信用、效率高，这些都是外方一点一点贴给团队的标签。项目初期，为了尽快确定实施方案，北京建院团队充分利用多哈与国内5个小时的时差，北京和多哈两个小组全天24小时无间断接力持续工作了一个月，按时提交了各方均满意的方案。在解决难题的过程中，北京建院团队与外方的沟通日渐顺畅，像破冰一样，一点点掌握设计中的主动权和话语权。如今，所有重要的会议，卢塞尔体育场的业主们都要求北京建院出席，并且北京建院的专业意见都会被当作决策的重要依据。所有的辛勤努力终于开花结果，最终汇聚成了一个全新的“中国设计”形象。

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