最大的“如意”，最长的赛道！国家跳台滑雪中心BIM应用分享（跳台滑雪3D）

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键词：北京冬奥会国家跳台滑雪中心

前言Preface

这两日，因为两位天才滑雪新星谷爱凌和苏翊鸣的精彩比赛，不仅为国争光，也让北京赛区唯一滑雪场地-首钢滑雪大跳台（简称“水晶鞋”）成了媒体聚焦地。此次冬奥会，除去北京赛区外的其它两个赛区还有5个比赛场所。今日，某短视频网站上出现“多国运动员赞扬此次冬奥会室外高山滑雪的防风高科技”的视频，让远在张家口赛区的北京冬奥会国家跳台滑雪中心（以下简称：“雪如意”）也成功上了热搜。

“雪如意”作为世界上首个在顶部出发区设置大型悬挑建筑物的跳台滑雪场馆，拥有世界上最长的跳台滑雪赛道。今天小编就给各位带来北京冬奥会-国家跳台滑雪中心BIM应用分享。让我们一起了解这个“大如意”背后的智能建造技术。

北京冬奥会场馆“雪如意”项目简介

△“雪如意”效果图

北京冬奥会国家跳台滑雪中心（以下简称“雪如意”）由清华大学建筑学院/建筑设计院张利教授团队主持建筑设计。“雪如意”位于张家口市崇礼区古杨树村。跳台由顶部的顶峰俱乐部、中部的大跳台、标准跳台及裁判塔，底部的看台区组成。标准跳台出发区高程为1749.7米，结束区高程为1635米，落差114.7米。夜晚灯光炫彩夺目，勾勒出国家跳台滑雪中心的轮廓，与中国传统吉祥物“如意”的曲线完美融合。

FIRST 中国传统吉祥符号依山而建

国家跳台滑雪中心的主赛道呈S形曲线，在视觉上具有非常明显的识别性。而中国文化符号中与S形赛道最契合的就是如意。“如意”是中国传统的吉祥之物，外形和灵芝相似，象征着顺心如意。这也是“雪如意”的由来。

远远望去，“雪如意”的中间柄身部分是赛道，赛道侧面的边用于防风。跳台滑雪怕侧向风，侧向风一旦把运动员吹出底下有承接面的赛道，就容易出事故，所以侧向需要防风。防风设施是一项昂贵的构筑，索契冬奥会修了400米防风网，平昌冬奥会修了近700米，国家跳台滑雪中心因为有了“如意”的两边，只需在山脊背侧增加100余米防风网就可以了。

在“雪如意”栈道下与其它两个场馆连接着的是一个十分漂亮的设施——“漫步大道”步行平台。这个C形架空平台还有个好听的名字，叫“冰玉环”，恰好与“雪如意”相呼应，构成“冰玉环雪如意”，充满中国风。冰玉环平台平均高度为8米。赛时，漫步大道可以连接各个场馆；赛后，可以对漫步大道进行改造，用于娱乐，餐饮，演艺，休息，展览等功能。

SECOND “雪如意”的智能建造与BIM应用

“雪如意”项目由主体建筑、训练跳台以及综合区组成，占地约62公顷。主体建筑由山上顶峰俱乐部、山下体育场以及二者之间的竞赛区组成。其中顶峰俱乐部设置三个主要楼层即标准跳台出发层、大跳台出发层、观光及会议功能楼层，采用异型钢框架结构，顶部圆环直径80米，计算总用钢量约1800吨。

作为依山而建的运动赛道，异形结构较多，通过传统CAD设计并利用二维图纸审图的方式，无法有效直观地表达出各构件之间的空间关系。然而将BIM技术引入工程设计阶段，利用BIM相关软件可减少图纸修改对于项目进度造成的影响。通过生化设计、加工、施工阶段应用BIM技术，实现工程精准、高效建造。BIM三维可视化交底，可实现现有进度与计划进度实时对比、多层级进度信息展示、关键线路及里程碑节点管控、轻量化三维模型施工进度管理。

01.项目的BIM应用

“雪如意”主要由顶峰俱乐部、竞赛区以及看台组成，也是全球首个在顶部出发区设置大型建筑物的跳台滑雪场地。顶峰俱乐部形似“雪如意”顶端的祥云，采用异型钢框架结构、双层网壳结构圆环直径达80米，四周均为悬挑高度37.5米，作业面及其狭小。项目团队经过大量理论论证，前期采用BIM技术模拟施工，将每个大轴线分成若个小轴线来控制曲面的高度及弧度。同时将BIM深化延伸到工程预制件加工以及现场实际操作中，全力确保施工精度和质量。

1）确定赛道工程BIM建模标准

北京冬奥会申办之前，我国尚无赛道类工程数字化模型标准。面赛道工程从设计、建造到运维各项工作中的信息集成数据大部分来源于数字化模型，为保证模型质量，实现BIM技术应用效果，在应用中必须遵守一定的建模原则及标准。制定了《国家跳台滑雪中心数字化建模标准》，主要包括赛道建模基本规定、模型细度、模型文件命名规则、色彩规定、BIM成果创建标准等信息；细化本项目的数字化模型的交付标准，制定赛道工程的竣工模型信息交付标准等。

2）利用BIM山地模型建立

山区赛道工程不同于其他房屋建筑工程，国家跳台滑雪中心主体建筑结构建于山坡之上，赛道线型设计和施工受山体地形及周边环境因素影响。由于地形复杂，山体间存在复杂性和不确定性因素，设计人员往往无法准确掌握实际环境信息，导致赛道设计可能存在未发现的问题，直到现场施工时才会发现结构构件之间存在的冲突。运用 Revit软件将山体地形图纸按照1：100比例进行缩放，导入软件平面视图中，如图3-8所示，根据国家跳台滑雪中心所处地形区域及底部高程位置，结合地形图中所给高程点确定山体各地势层标高。

3）利用BIM建立构件参数统计

整个滑雪跳台依山而建，异形结构较多，滑道区主体结构的梁、柱大多是异形构件， Revit 软件中自带的常规族库已无法满足建模需求。对于截面不同并带有角度的斜梁，通过新建族文件，将CAD图纸导人Revit 软件中，利用“放样”命令先设置一个新的工作平面，通过拾取一个立面，在立面视图中根据导人的 CAD 图纸按照不同梁截面尺寸分别绘制构件路径及截面。再通过编辑梁的属性族类别，添加材质、截面尺寸等参数，根据特定命名规则，以“S-KL1-bxh-C-梁”的形式进行命名保存。

将图纸中所需要的异形构件，通过新建族的方式进行绘制，建立参数化族库，对于截面相同的构件通过改变参数减少重复性建模，实现构件模型批量修改、一模多用，提高建模效率。绘制滑道模型时，通过载人族的方式，从新建参数化族库中选取相对应的构件将其载入到模型中。

4）BIM技术进行复杂节点深化设计

本工程滑道区采用混凝土和钢结构组合体系，空间结构复杂。传统二维图纸可视化程度低，使设计人员的设计意图无法有效直观地表达出来。利用BIM技术三维可视化特点，将复杂节点的空间结构通过三维模型、动态模拟展示出来，有效传递图纸的设计意图，使现场施工人员清晰明了。

5）BIM工程量统计

BIM工程量统计是指在项目BIM应用过程中,对BIM基础模型适度深化和补充相关构件属性，输出符合大概预算需求工程量的过程。应用BIM技术进行工程量统计，不仅可提高工程量统计的精准度，还有助于设计人通过输出的明细表并结合设计图纸，对工程量存有疑问的构件实现快速定位。在施工前根据输出的报表对工程进度、工程材料的选用预先判断做出最优方案，能够节约工程成本，减少不必要的浪费，提高工程效率。

THIRD “雪如意”智能建造科技应用

“雪如意”作为我国首座符合国际标准的跳台滑雪场馆，也是北京2022年冬奥会张家口赛区工程量最大、技术难度最高的竞赛场馆。在“十三五”国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术”项目的支持下，依托这一工程实践，我国首次掌握符合国际标准跳台的设计方法与建造技术。国家跳台滑雪中心建立了运维云平台统筹设计施工，实现自下而上的信息化集成和智能分析，同时研发了助滑道冰面准分布式智能监测系统和铺面平整性智能检测车，使得助滑道冰面精度与着陆坡表面达到厘米级精度，助滑道冰面温度监测误差小于0.5℃，填补了国际空白。

01.“雪如意”的绿色低碳

“雪如意”场馆建设执行绿色雪上运动场馆三星标准，采用了可再生能源的风电利用、山体生态修复、建筑自然采光自然通风加外遮阳设计、市政管线集中于地下管廊设置、利用透气防渗材料实现水体净化等新技术。为最大限度地减小对山谷生态的影响，“雪如意”建设过程中还尽可能使用可再生材料和环境友好工法，赛道部分以支桥的方式架设，保证了原地表泾流路线与生态廊道不被阻断。周边山体植被也将进行恢复。

地表水收集技术，让积雪融化形成的雪水可以被用来重复造雪。在春季的时候，赛道上大量的积雪会融化成水，并沿山势形成溪流。通过场地高差，积雪融水将被汇集到在附近建设的一个容量达20万立方米的蓄水池。地下建有硅砂蜂巢雨水自净化系统，积雪融水和雨水净化后，可以再回用于场馆及其周边的日常用水，比如浇树、冲洗厕所等，甚至下一个冬天还可以用来造雪。

02.“雪如意”的智能精度定位

中国电子科技集团公司第五十四研究所在国家重点研发计划“室内智能混合定位与室内GIS技术”项目成果的基础上，承担了“北京冬奥会北斗微基站室内混合定位系统关键技术研发及应用”项目是科技冬奥专项课题，在奥运赛事期间为“雪如意”冬奥场馆工作人员和移动车辆提供室内外无缝连续的亚米级高精度实时定位和位置服务。

亚米级精度，简单来说，就是测量精度可以精确到分米、厘米甚至是毫米该项目首次打通了室内室外的北斗卫星导航连续覆盖定位，针对不同室内环境建筑结构特点实现了全场馆可达区域内无死角快速定位。在人员密集的室内开阔区域，可实现静态定位优于0.1米、动态定位优于0.5米的高精度定位，在室内外交替区域，能够实现室内北斗微基站信号与室外空间北斗信号的自适应无缝接收切换，室内外连续定位精度优于1米。

03.“雪如意”的智慧照明

“雪如意”灯光项目团队通过高科技，使红、绿、蓝三种颜色均具有256级灰度并任意混合，即可产生一千多万种颜色，实现丰富多彩的动态变化效果。国家跳台滑雪中心采用了防水光束灯、染色灯、洗墙灯、投光灯等将近10万个灯具和投影设备。灯具全部采用节能环保的LED灯，白天灯具外形不会影响建筑物及景观的整体性，晚上也不会对绿植及夜空造成紫外线伤害。每一个LED灯都有红、绿、蓝三种基准色。普通的灯一般只呈现一种或者几种颜色，“雪如意”灯光项目团队通过高科技，使这三种颜色均具有256级灰度并任意混合，即可产生一千多万种颜色，实现丰富多彩的动态变化效果。

04.“雪如意”的气象数学模型分析

除了借势天然屏障避风，“雪如意”设计团队也为“驭”风做足了努力。为挡住变幻莫测的风，经国际雪联推荐，设计团队邀请奥地利防风网领域的专家们为“雪如意”制定了防风计划。团队经过数学模型分析模拟出“雪如意”的风环境，最终在跳台的南侧山顶上立了五根柱子用于安装和固定防风网。“雪如意”的两条赛道也进行了位置互换，使得大跳台成为了标准跳台的防风屏障。天然屏障优势结合防风网有效防风，赛时这里可以将风速降到每秒2米以下，为运动员提供了有利的比赛条件。

05.VR技术助力“雪如意”施工

工程技术人员能够通过VR技术，360度融入“模板支撑架现场安装施工”过程中，如图4-18所示，提前发现模架搭设过程中可能存在的问题，对施工方案进行优化。相比于以往通过施工方案对现场工人的讲解，形成模架3D施工图表，进行施工技术交底，其可视化程度高，现场工人能够更加直观形象地理解支撑架搭设过程，进而加快滑道区模板工程建设进度，提高模板支撑架搭设过程安全性。科研团队还利用VR虚拟现实技术研发了一套互动装置，游客可以体验模拟运动员从跳台跃下。

参考文献及媒体报道