中国设计走出国门 北京国企打造世界杯主体育场“骨架”

2022年卡塔尔世界杯即将开赛，8座世界级球场上演64场巅峰对决。记者获悉，本届世界杯主体育场卢赛尔体育场的主体钢结构和屋顶索膜结构由北京市建筑设计研究院有限公司设计。这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。

卢赛尔体育场是卡塔尔地标性体育建筑和世界杯遗产，将在本届世界杯中承担决赛、闭幕式等重要活动。从正面看，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，幕墙由下及上，一直延伸到体育场上部，与屋顶结构相连。“体育场的顶点标高和屋顶悬挑尺寸都达到了76米，场内可容纳观众多达92400人。”全国工程勘察设计大师、北京建院结构总工程师朱忠义介绍，卢赛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。

“恢弘而极具冲击力、细节处不乏雕琢的建筑外形是卢赛尔体育场的显著特点。”朱忠义进一步介绍，从高处俯瞰，体育场的屋顶呈双曲抛物面造型，像起伏的马鞍一样在空间中优雅展开，覆盖整个看台结构；仔细观察“马鞍”的细节，还可以发现屋顶规律性地设有大量的小突起，呈现出波涛滚滚的意境。

体育场壮观绚丽的建筑效果带来视觉上的享受，却给结构设计带来巨大挑战。如何为体育场打造安全高效的“骨架”？朱忠义团队从投标开始，就提出了超过7种结构优化方案，并对每一种方案进行详细计算。

据了解，跨度达274米的体育场大跨度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。这样的大型复杂索膜结构，被公认为设计难度最大的结构类型之一。“这种索膜结构受力效率高、布置简洁，但设计时需要进行形态分析，既要使索、膜组成的柔性体系稳定在建筑造型所需要的位形上，又要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曲面带来的非线性效应。”朱忠义介绍，团队为此开发了一套综合形态分析方法，圆满解决了复杂索膜结构的关键技术问题，让“马鞍”优雅而稳固。

针对卢赛尔体育场的主体钢结构，设计团队还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，最终在取得优雅建筑效果的同时，满足功能要求，还降低了12000吨的用钢量，缩减了40%的钢结构造价。

此外，从设计之初到施工阶段，数字化技术全程运用于项目之中。“我们提供的最终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。”朱忠义介绍，BIM技术即为建筑信息模型，团队开发了BIM数据库及大量自主研发程序，使得BIM的建模和出图效率较传统设计手段提高了80%以上，为设计、施工一体化提供便利。

“目前，国际上一流的工程项目往往被欧美知名的设计公司垄断。虽然近年国内优秀的建筑工程不断涌现，但在国际上还是很少听到‘中国设计’的声音。”业内专家表示，卢赛尔体育场项目凸显出“中国设计”走向海外的主动权。