中國基建有多牛？看看這屆世界杯就知道了
卡塔爾世界杯上有許多的中國元素亮相，被稱為中國制造的“軍團”。
其中非常有名的就是由中國企業承建的世界杯足球主體育館：盧賽爾體育場。
它是卡塔爾世界杯開閉式主會場，由中國鐵建興建，創下了中國乃至世界多項記錄。
它不僅被卡塔爾元首稱贊，還登上了卡塔爾貨幣的封面，成為卡塔爾的國家名片。
首先它是中國首次以設計和施工總承包的身份承建的世界杯賽場，打破了歐美壟斷，此外，它還是世界上規模最大、最先進，擁有最復雜系統體系的專業足球館。
當然，難度方面也是世界頂級，不僅擁有全球首個使用全生命周期建筑信息模型（BIM）的建筑，而且屋頂的索膜結構幾何尺度巨大、造型非常復雜，被中國工程院院士稱為“世界上最復雜的索膜結構體系”。
可以說這個主賽場讓全世界再次見識到“建筑狂魔”名號，不僅僅是速度快，還能造出世界級別難度的運動場館。
那么盧賽爾體育場的難度到底有多高，中企又是如何攻克這些困難的呢？今天熊貓就來說說這個被卡塔爾一致稱贊的足球館。
盧賽爾體育場在卡塔爾有著非凡的意義，這是因為卡塔爾國土面積只有1萬多平方公里，相當于中國北京那么大，而且人口不多，大約只有200萬左右，但是卡塔爾非常希望提升整個國家的形象。
所以在這些年卡塔爾一直在嘗試舉辦大型的國際體育活動，比如2006年的亞運會，2011年亞洲杯足球賽等，而足球是卡塔爾最受歡迎的體育賽事，2010年時，他們成功申請到了“2022年世界杯”的舉辦權，成為中東國家舉辦過的最大型的體育盛事。
不論從受歡迎程度，還是從國家整體形象角度來看，足球世界杯在卡塔爾的地位就相當于北京奧運會在中國的地位，因此他們對于世界杯非常的重視，而盧塞爾體育場作為開閉幕式的主體育場館自然也是萬眾矚目，甚至被很多人稱為“零號工程”。
當然這個體育場也創下了卡塔爾乃至世界多項記錄。
盧塞爾體育場的建筑面積高達19萬平方米，可容納9多名觀眾，它的結構很像一只“大金碗”，它的設計靈感來自卡塔爾傳統椰棗碗的形狀演化而來，屋頂是由索網和馬鞍型組成，至于外觀金色網狀紋路則來自于卡塔爾的傳統：法納爾燈籠的飾紋，整個“大金碗”完全融入卡塔爾的民族風情。
所以它一經面世就受到卡塔爾各界的喜愛，不僅登上了卡塔爾的貨幣，還有郵票、紀念幣等周邊產品上。
當然這樣的一個“金碗”可不好造，它的難度非常高，是全球上最復雜的世界杯主賽館，它的主體結構可以分為內外兩個部分，內部比較簡單就是常規的足球賽事看臺和比賽用地。
外部結構就非常復雜了，又可以分為球館屋頂和球館墻體兩部分，屋頂有膜系統、屋面的索網、墻壁V柱、桁架以及墻布，而屋頂和立面結構則由一圈壓環連接在一起，然后屋面的重物通過壓環，傳遞到V柱和桁架，再傳導到地面，環環相扣缺一不可。
雖然聽著簡單，但實際上卻非常復雜，為了方便理解，我們將盧賽爾球館也分成兩部分來科普。
其中球館墻壁里，V柱是最主要也是難度非常高的部分。
它相當于一座大樓的承重墻，支撐起整個盧塞爾體育場，因為是由兩根鋼結構組成，形狀像V字形狀，所以簡稱V柱。
整個球館有48個這樣的V柱。重量超過6000噸，最重的V柱可以達到147噸，相當于70多輛小汽車的重量，長度約48米，相當于15層樓的高度，至于頂部的寬度也達到15.5米，所以V柱的體型非常大，我們來看下這張圖：人站在它的下面抬頭仰望就像是在看摩天大樓，
不過V柱的建造并不難，難得是如何安裝。
盧塞爾體育場設計的是“大金碗”的造型，為了滿足外觀要求，這48個又重又大的V柱，必須做成形狀不規則的彎曲構件，像彎凸起的腰部。
因為是不規則的構件，所以它在吊裝時難度就凸顯出來了，一個是重心很難控制，還有一個是對于精度的控制也很難。
這個道理也很簡單，就像平時我們吊起一個方形重物時是很簡單的，但是吊起一塊圓形或者不規則的重物時，難度就非常大了，不僅需要準備判斷它的重心，還要有特殊的“綁法”，而且尺寸和重量越大，起吊的難度也就越高。
而V柱更是如此，它不僅體積大重量重，而且為了和頂部的壓環精準對接，它在吊裝時需要用超大型起重機吊起來，在空中完成翻身后，讓V柱的兩根圓柱朝上，才能與頂部的壓環精準對接。
這個精準度的要求非常高，根據結構測試，V柱的兩個管口誤差需要小于或者等于3mm，大概就像一個筆芯的直徑大小；管口對接間隙誤差也要控制在20mm以內，還不到一根手指頭的粗細，而這一切，還是在70m的高空進行操作的，難度非常大，單純靠人為控制，根本難以完成。
為了解決這一難題，施工人員先是在軟件中，對所有構件進行模擬，找出所有構件的重心；然后通過重心位置和幾何尺寸確定了幾個繩索固定的吊點，但是這個吊點還不夠精確，因為在吊裝過程中，V柱會受到外界風速的影響，雖然它不影響起吊，但是會影響精準度，所以也需要再次調整。
現場施工人員會對這幾個吊點進行多次的嘗試，同時還需要技術員實時地對4套千斤頂和吊索的受力情況進行調控，保證幾個吊點的索力值偏差在15%以內，只有這樣多重保證才能確保整個構件穩穩地安裝到位。
最終項目組花費了整整18個小時才完成單個V柱的搭建，所有V柱結構吊裝整整花費了4個月時間才完成。
V柱之后，就是建造主體的桁架，它相當于大樓的普通墻，難度并不高，只要填充好就行，這邊不展開講了，倒是桁架的外面幕墻難度非常大。
幕墻就是盧賽爾體育場墻壁的最外層，相當于一棟房子外墻裝飾，不過這里的幕墻被設計成卡塔爾的燈籠紋飾，所以它是由金色三角形鋁板拼裝在主體鋼結構上，因為鋼結構是弧形的，所以三角形鋁板被設計成有弧度的雙曲面。
體育場幕墻大概有6萬平方米，需要4000多個三角形單元鋁板才能鋪滿。
因為數量眾多，如何精準地結合就成了問題，而且這個三角形鋁板只有薄薄的一片，是沒辦法直接與主體結構焊接的，而是需要特殊的連接件作為底板，大概長這樣。
根據統計，整個幕墻同樣需要4672個連接件，這些連接件不能有絲毫偏差，而且這還不是幕墻的最大難點，由于主體是鋼結構，它受到溫度和重量等因素的影響會發生形變，而連接件和鋁板也是有重量的，也就是說在安裝外幕墻的過程中，主體鋼結構會因為幕墻本身的重量，隨時隨地的發生動態形變。
這樣就會出現很嚴重的問題：當你前面的連接件和鋁板安裝完了，后面因為形變就可能會導致前面排版好的形狀發生變形。
所以4672個連接件和4000多個鋁板需要在動態中進行精準定位，難度非常高，這個難題在以往幾乎是很難解決的。
但是施工團隊利用了模擬技術，在不同的施工階段，對鋼結構的形變等進行精準分析，設定控制坐標、以及預留一定余量，解決了這個難題。
這個模擬技術也是世界建筑史上的一次重大突破，我后面再給大家講解。
幕墻難題攻克后，盧賽爾體育場的主體才算完成任務，然后就是體育館屋頂部分了，屋面采用的是索網和膜面系統組成。
其中屋面索網又分為索網主結構和次結構，主結構的作用是充當屋頂主要的受力結構，支撐起索網次結構和膜系統，將它們的重力傳導給壓環和V柱，就像古代屋頂的梁柱一樣。
而此結構是由小拱等做成的，它比鋼索更密集，作為框架的補充，就像梁柱上方的木條，方便膜系統覆蓋，而膜系統則相當于瓦片裝飾。
這些結構組合起來的難度，相比于盧賽爾體育場主體建設的難度而言，簡直就是有過之而無不及，被工程院院士稱為“世界上最復雜的索膜結構體系”。
那么它到底難在哪里呢?
我們來逐個分析一下。
首先屋面索網的最高處為76.6米，相當于25層樓高，南北兩側是馬鞍面的低點，但是高度也達到了61米左右，有20層樓高那么高，其中屋面索網跨度達到了274m，比十二車道的大馬路還要寬，創下了世界紀錄。
在盧塞爾體育場之前，世界上跨度最大的索網結構屋面，也是由中國承建的，它就是中國國家速滑館“冰絲帶”，不過它的跨度也才198米，遠低于盧賽爾體育場。
所以索網的鋼索在建設時候的難度就非常高。
除此之外，為盧塞爾體育場為了展現卡塔爾特有的椰棗碗形狀，所以索網布局并沒有像中國“冰絲帶”那樣橫平豎直，而是呈現出略微彎曲弧度，像魚尾一樣的兩根鋼索交叉在一起。
也就是說，既要跨越世界級的長度，還要保證一定的弧形，那么就對索網的受力情況提出了非常高的要求。
但是這還沒完，因為鋼索是在70米的空中牽拉受力，而它本身的重量和次結構以及膜的重量都會對索網的受力產生影響，這樣難度和操作空間就無限增加了，成為工程中難度最高的項目之一。
為了完成這個任務，設計師將它設計成承受能力更強的菱格索網，索網主結構用由96根主索構成，它一頭連接了壓環，另外一頭鏈接上下兩層的索環，就是這樣的（見下圖）。然后次網由更密集的小拱鋼索等做補充。
最終整個索網用了拱桿624根，水平膜索1152根，支撐起5萬多平方的膜面。
這種設計結構復雜，難度就增加很多，因為要撐起整個屋頂，所以它需要固定在精準的位置上。每根鋼索的位置都只能有毫米級的誤差，而且在安裝過程中，索網之間的相互受力，以及屋頂材料的壓力，都會導致鋼索變形，稍有不慎，甚至會導致屋頂材料的掉落、損傷。
于是項目團隊采用了大量的傳感器，它可以精準地監控和傳遞索網的受力情況，團隊可以在建設的過程中精細、智能化的施工。
當然這些還只是施工的難度，中國企業在國外承建世界級賽館遇到的問題，遠比我們說的要多得多。
比如施工方面。盧賽爾體育場的要求非常高，它要滿足三個重要規范：第一個就是卡塔爾當地規范、第二個是歐美規范、第三個是國際足聯規范。
所以施工團隊包含世界各國的知名建筑團隊，比如澳大利亞Aurecon、英國AFL、越南Aurecon公司等幾十家第三方企業參與，堪稱一次建筑施工領域的世界杯大賽。
而中國鐵建作為總承包商，在項目建設期間，需要統籌協調來自全球15個國家的110家大型分包企業，4600多名中外建設者共同協作，其中帶來的溝通問題、技術規范沖突等等，挑戰非常大，而且還不幸遇到了疫情問題，各國的企業在不同時段受到了不同的沖擊。
不過中企作為總承包商得到的經驗和成長也非常多，進一步了解歐美規范和國際賽場的規范，為以后進軍歐美打下基礎。
除此之外，本次賽場還創下一個記錄，那就是全生命周期使用“BIM”技術，BIM是建筑信息模型的意思，是世界建筑行業非常頂尖的技術，號稱可以引領世界建筑設計領域的變革。
因為現在的建筑越來越復雜，不僅要求環保，還要符合各種當地的人文風格、以及面向未來的智能化，導致一般設計師已經很難通過簡單的軟件設計出來。
所以有人就希望通過建立一個三維的數字化模型，它將建筑項目的所有信息納入到這個模型中，而且這個模型不是靜態的，而是隨著建筑生命周期的不斷發展而逐步發生變化，乃至自行演進。
比如前期的方案、詳細的設計、施工圖、建造和運營等等，可以不斷地將各項信息集成到模型中，因此可以說BIM模型就是真實建筑物在電腦中的數字化記錄。
有了它，就可以將建筑工程進行可視化和量化分析，提高工程建設效率，再說得簡單點，就是以前那么多數據看著就頭疼，但是有了這個模型，就可以將它變成一長串的數據甚至圖案，我們看一眼就知道應該建成啥樣的，多大的等等。
這個先進的技術是美國BIM之父Chuck Eastman教授在1975年提出來的，后來經過幾十年的發展已經成為發達國家乃至世界上先進的技術，很多場館都采用了這項技術。
這次的盧賽爾球館也是如此，它由中國、英國等設計團隊共同負責設計，整個設計過程充分采用BIM的技術，而且不僅如此，中國團隊為了協助鐵建順利完成任務，全程利用BIM進行跟蹤和指導，不僅可以檢測各類碰撞、提前發現問題、解決問題，還能實現協同作業，可以說參與了整個建設過程。
其中屋頂索網、幕墻等超高難度的項目都有它的參與，盧賽爾也成為世界上首個全BIM生命周期的體育場，并且連續4次獲得國內BIM大賽的獎項。
可以說盧賽爾凝聚了中國建筑的心血，也是中國基建走向世界的又一次壯舉。而BIM、傳感器等先進技術的應用，則幫助中國建筑邁向全面高端化的重要一步。
我們也祝福卡塔爾世界杯圓滿結束，祝我們的基建狂魔走向更多的國家，給他們點贊支持吧。
好了，我是熊貓，我們下期見！
