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清华院杨霄:冬奥首钢大跳台可变剖面赛道转换技术巧思

清华院杨霄:冬奥首钢大跳台可变剖面赛道转换技术巧思

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Q


模块化的赛道转换体系,提出了一种新型正四面体模块,这种模块的灵感来源于哪里?


准确地说,设计灵感是来自于金刚石的分子式,大家都知道,金刚石是已知自然界中最硬的物质,它的主要的原因就是来源于分子的正四面体排列。因为我是一个结构师,从结构几何的角度,平面上三角形是最稳定的,但在空间上四面体是最稳定的。为什么是“正”四面体呢?就是考虑到模块化的一个延伸,正四面体可以从平面上和空间上随意的延展,达到我们所需要的状态,就好像魔尺一样,哪怕就是一个三角形的块儿,各种模块组合在一起,可以拼成各种形状。



Q


方案设计之初,赛道转换为什么没有考虑类似于舞台升降的方式?是否是因为现在这个转换方案更加迅速、更加快捷?


准确地说,我们首先考虑的就是升降舞台这种方式,这种方式很快、很迅速,但是还有一些客观的因素在制约。首先就是这种技术很容易实现,它并没有太多难度,就像中央电视台大家关注的春晚一样,那个特别炫酷,转换特别迅速,想要什么样的状态都可以。而且大家可能记忆犹新的是2008年夏奥会的时候开幕式升起的地球,就是用升降的方式。升降的方式有它本身的特点,大家都知道,它属于室内的一个状态,需要用机械的方式,需要用电源,在室内的时候,它的温度、湿度还有尘土这些都是可控的,但是首钢大跳台是一个室外工程,它的降雨、刮风还有尘土对这个机械部件的使用影响都特别大,同时跳台不像机械舞台的方式,机械舞台的转换频率很高,有可能一场演出转换几十次甚至上百次,但是跳台的转换频率相对于舞台来说特别低,每年有可能就转换一次,在这样极低的频率下,又是室外的这种自然环境下,可靠性就变得比较低。从造价的角度,升降舞台造价特别高,甚至是上亿的造价,与我们科技办奥、绿色办奥的理念是不相符的,所以从客观条件、造价各个方面的考虑,这种模块化的转换方式是最适合的。



Q


在赛道转换、共享的设计研究过程中遇到了哪些问题,是如何解决的呢?


首钢单板大跳台是世界上第一个固定跳台,同时也是第一个实现了Big Air和Aerials两项运动共享剖面转换的跳台。在建造,转换模块体系的设计、研发的过程中遇到的问题比较多,首先就是四面体模块在应用的过程中,虽然模块用到了四面体,但是四面体和四面体如何连接,这个节点的设计,还有包括四面体本身构件的组成,它是由六个角钢组成,但这个角钢的角度不是说我们目前市场上常见到的90度角钢,这个角钢的角度近似是70.5度。为什么是70.5度?就是因为只有这个角度的角钢按照这种方式组合在一起,各个面才是共面的,其他的角度就没有这么和谐。这种类型的角钢市场上很难采购到,所以我们在模块的试制过程中遇到了很多困难,包括生产上都需要为它去研发专用的工具和设备。另外就是这个节点设计,节点设计应该是模块和模块连接的关键,我也遇到了很多的困难。



Q


模块和模块之间是如何保证可靠的连接的呢?节点设计有什么特殊之处?


这是我刚才提到的,模块和模块之间的连接是一个关键。其实大家都知道,钢结构的设计最主要的是节点设计,如果节点设计不可靠的话,那整个结构设计都是失败的。四面体模块和模块之间的连接,这个节点我们考虑了很多种方案,也是迭代到最后这种方案的。最开始我们考虑过扣件式,还考虑过球形节点、螺栓球节点。因为我们需要组装还需要拆卸,所以不能用焊接的方式,只能用机械的方式。后来发现,就这几种节点方式虽然可行,但是可靠度,还有施工难度,包括安装速度都比较慢,所以在我们不断的研发过程中,采用了这种和模块同样体型的正四面体的节点。同时为了把模块节点设计轻量化,这个四面体节点是用四块钢板拼接而成,中部是空的,而且模块和节点的连接采用的是高强螺栓,高强螺栓预应力的施加方式,采用了一种自己研发的工具,特别的一个工具来进行施工,当然如果随着后期模块能够推广应用的话,这个工具制造起来并不困难,只是说目前市场上采购不到这种工具。从安全度的角度,节点的安全度是比较高的,从目前节点的承载能力和它所需要的受力来讲,应该是两倍的关系,也就是我安全系数可以达到2.0以上。



Q


这个四面体模块未来还有其他的应用场景吗?


当然是。正四面体模块从研发的本身,可能是为了可变剖面来进行设计的,但实际上这种模块以它的坚固性、可靠性还有易延展性这几点性质来讲,它可以广泛的运用到很多临时舞台,包括网架,还有包括高压线塔,甚至儿童玩具。毫不隐晦地说,目前已经有个别的公司或者团体在跟我接洽后期正四面体模块的推广的一个合作。



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(编辑:奚雅青)



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