中国建造概论：国家体育场鸟巢–让您惊叹！

1）项目简介

国家体育场为2008 年北京奥运会主体育场，位于奥林匹克公园中心区南部，占地20.4 公顷、建筑面积25.8 万m2、建筑高度67m。体育场的主体钢结构为薄壁箱型全焊接钢结构，形成巨型大跨度钢桁架编织式“鸟巢”结构。体育场坐落在缓缓坡起的基座平台上，道路延续了建筑的结构肌理。基座北侧为下沉式的热身场地，附属功能安排在升起地面之下，使不同人流进入的方式更加合理，同时保持了主体建筑外观的清晰完整。看台为混凝土碗形结构，与钢结构体系脱开，分为上、中、下三层，中下层看台之间设有包厢层。开敞的钢结构网格包围着宽阔的集散大厅，设有快餐、商店、休息区和贵宾接待区。通往上层看台的大楼梯与钢结构编织在一起成为立面的构成要素。屋顶维护结构则为覆盖ETFE膜和PTFE 膜的钢结构。

国家体育场（鸟巢）举行了奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。举办奥运会，是民族凝聚力的一次大检阅，是坚持人民当家做主，密切联系群众，紧紧依靠人民推动国家发展社会主义制度的显著优势体现。在奥运会筹备过程中积累和提升了五种“奥运精神”：为国争光的爱国精神、艰苦奋斗的奉献精神、精益求精的敬业精神、勇攀高峰的创新精神和团结协作的团队精神，蕴含着巨大的民族自尊心、自信心、自豪感和凝聚力，振奋民族精神，弘扬爱国主义。举办奥运会，不仅给中国留下了宝贵的物质遗产，更是在提升国家“软实力”方面留下了更为珍贵的精神遗产。自强不息，战胜自我、超越自我，奥运精神激励一代又一代人奋勇向前，敢于追求，战胜困难，勇攀高峰。

“鸟巢”是由2001 年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师合作完成的巨型体育场设计的。外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24 根桁架柱。主体结构设计使用年限100 年，耐火等级为一级，抗震设防烈度8 度，地下工程防水等级1 级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333m、东西宽294m、高69m 的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2 万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1 层，地上7 层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构。许多看过“鸟巢”设计模型的人这样形容：那是一个用树枝般的钢网把一个可容纳10 万人的体育场编织成的一个温馨鸟巢，是用来孕育与呵护生命的摇篮（图2-1）。

图2-1　“鸟巢”全景

（1）设计理念

①绿色设计。国家体育场设计大纲要求“国家体育场的设计应充分体现可持续发展的思想，采用世界先进可行的环保技术和建材，最大限度地利用自然通风和自然采光，在节省能源和资源、固体废弃物处理、电磁辐射及光污染的防护和消耗臭氧层物质（ODS）替代产品的应用等方面符合奥运工程环保指南的要求，部分要求达到国际先进水平，树立环保典范。”通过环境管理体系的建立和执行，改进国家体育场的建筑功能和性能，持久地贯彻“绿色奥运”的概念。国家体育场在建设中采用了先进的节能设计和环保措施，比如良好的自然通风和自然采光、雨水的全面回收、可再生地热能源的利用、太阳能光伏发电技术的应用等。“鸟巢”的外观之所以独创为一个没有完全密封的鸟巢状，就是考虑既能使观众享受自然流通的空气和光线，又尽量减少人工的机械通风和人工光源带来的能源消耗。“鸟巢”内使用的光源，都是各类高效节能型环保光源。在行人广场等室外照明中也尽可能地采用太阳能发电照明系统。在“鸟巢”足球场地的下面是312 口地源热泵系统井。它通过地埋换热管，冬季吸收土壤中蕴含的热量为“鸟巢”供热；夏季吸收土壤中存贮的冷量向“鸟巢”供冷，能节省不少电力资源。在“鸟巢”的顶部装有专门的雨水回收系统，被收集起来的雨水最终变成了可以用来绿化、冲厕、消防甚至是冲洗跑道的回收水。诸多先进的绿色环保措施使国家体育场成了名副其实的大型“绿色建筑”。

②科技设计。国家体育场设计大纲要求：“国家体育场的设计应充分考虑以信息技术为代表的，包括新材料和环保等技术的高新技术。在建筑、结构、建材、环保、节能、智能化、通信、信息和景观环境等方面，通过采用可靠、成熟、先进的高新技术成果，将国家体育场建设成为一个具有以人为本的信息服务、方便可靠的通信手段、先进舒适的比赛环境和坚实可靠的安全保障的特点的新型场馆。在设计中体现奥运场馆的时代性和科技先进性，使其成为展示中国高新技术成果和创新实力的一个窗口。”

抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来。适应和引领我国经济发展新常态，关键是要依靠科技创新转换发展动力。国家体育场设计和施工阶段在科技攻关和成熟技术上应用了一批建筑结构、节能环保、智能建筑的科技成果，并针对结构特点带来的设计和施工难点实施科研课题的攻关，这是创新理念的高度体现。

以国家体育场建设对科技的需求为出发点，提高体育场建设科技创新能力，积累高科技应用于体育场的经验，使科技创新成为动力和保障。在设计和施工过程中，针对国家体育场建设过程中的若干瓶颈和焦点问题，重点安排一批科研攻关项目和课题，解决设计和建设中的难题。在各专业设计上重点应用较成熟并具有科技含量的技术，使体育场体现一流的建设和运营的科技水平。

③人文设计。国家体育场设计大纲要求“国家体育场的设计应有利于普及奥林匹克精神、弘扬中华民族的优秀传统文化，并应充分考虑各类人员（包括残疾人和有行动障碍人员）的需求，建立适宜的人文环境。”设计对建筑功能、运营使用上做了细部设计以体现人文关怀。鸟巢设计碗状座席环抱着赛场的收拢结构，上下层之间错落有致，无论观众坐在哪个位置，和赛场中心点之间的视线距离都在140m 左右。“鸟巢”的观众席里，还为残障人士设置了200 多个轮椅座席。这些轮椅座席比普通座席稍高，以保证残障人士和普通观众拥有一样的视野。赛时，场内还将提供助听器并设置无线广播系统，为有听力和视力障碍的人提供个性化的服务。

（2）建设过程

建设开工时间：2003 年12 月24 日；完工时间：2008 年3 月。

2002 年7 月2 日：收到89 个规划设计方案；

2003 年1 至2 月：确定5 名国家体育场项目合格申请人进入招标第二阶段；

2003 年3 月19—25 日：评审委员会投票，“鸟巢”方案压倒性胜出；

2003 年12 月24 日：北京2008 年奥运会国家体育场各项开工准备工作就绪，举行了开工奠基仪式；

2004 年2 月：国家体育场百根基础桩完成，“鸟巢”工程开始实质性结构建设；

2004 年7 月30 日：奥运场馆的安全性、经济性问题成为焦点，7 月30 日“鸟巢”全面停工；

2004 年8 月31 日：“鸟巢”取消可开启屋顶，方案调整风格不变；

2004 年8 月：“鸟巢”公布效果图；

2004 年12 月：北京2008 年奥运会主体育场“鸟巢”复工；

2005 年5 月9 日：“鸟巢”国家体育场零层施工；(www.xing528.com)

2005 年6 月15 日：“鸟巢”国家体育场一层施工；

2005 年9 月14 日：“鸟巢”国家体育场二层施工；

2005 年10 月21 日：“鸟巢”国家体育场三层施工；

2005 年10 月28 日：“鸟巢”首件钢构件吊装仪式；

2005 年11 月15 日：混凝土主体结构提前封顶比预期时间提前了一个月；

2006 年1 月：混凝土结构施工完成，主钢结构柱脚已全部安装完毕，开始进行屋面钢结构安装案；

2006 年4 至5 月：IOC 委员考查鸟巢工地；

2006 年8 月26—31 日：鸟巢钢结构合龙焊接，整个“鸟巢”的钢结构将浑然一体；

2006 年9 月17 日：国家体育场“鸟巢”工程，在经历两年多的建设后，于9 月17日完成了钢结构施工的最后一个环节——整体卸载。

（3）施工特点及难点

①构件体型大，单体质量重。作为屋盖结构的主要承重构件，桁架柱最大断面达25m×20m，高度达67m，单榀最重达500t。而主桁架高度12m，双榀贯通最大跨度258m，不贯通桁架最大跨度102m，桁架柱与主桁架体型大、单体质量重。

②节点复杂。由于该工程中的构件均为箱形断面杆件，所以，无论是主结构之间，还是主次结构之间，都存在多根杆件空间汇交现象。加之次结构复杂多变、规律性少，造成主结构的节点构造相当复杂，节点类型多样，制作、安装精度要求高。

③焊接量大，焊接难度大。该工程工地连接为焊接吊装分段多，现场焊缝长度长，加之厚板焊接、高强钢焊接、铸钢件焊接等居多，造成现场焊接工作量相当大，难度高，高空焊接仰焊多。薄板焊接变形大，厚板焊接熔敷量大，温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防风雨防低温措施更使得焊接难度增大。

④工程组织难度大。主结构吊装时，土建施工未结束，现场组装在大面积开展，故存在多方施工交叉作业现象。加之，现场场地狭小，施工场地布置、构件运输及大型吊机行走路线等受到很大限制。同时，本工程结构复杂，各吊装分段之间相互关联，必须按一定的顺序进行组装、吊装，否则将出现窝工现象。各施工方需合理协调、统筹管理，工程组织难度大。

⑤高空构件的稳定难度大。由于本工程采用散装法（即分段吊装法），分段吊装时，高空构件的风载较大，在分段未连成整体或结构未形成整体之前，稳定性较差，特别是桁架柱的上段和分段主桁架的稳定性较差，必须采用合理的吊装顺序（尽量首尾相接、分块吊装）和侧向稳定措施（如拉锚、缆风绳等）。

⑥人文施工。施工中“以人为本”，细致地分析审定施工中的每一个方案，倡导工业化的装配作业，从降低劳动强度，工序中的每一个步骤，提出要采取的措施，中心思想是“以人为本”；生活上，如住宿条件及饮食等方面提供最佳的条件。

2）背后的故事——焊绣

2008 年8 月8 日，全世界人民殷切的目光都投射向了北京，投向了我们的国家体育场，这必将是万众瞩目的时刻。相信你我都为祖国的强大而骄傲振奋。鸟巢，这一被誉为“第四代体育馆”的伟大建筑，见证的不仅仅是人类21 世纪在建筑与人居环境领域的不懈追求，也见证着中国这个东方文明古国不断走向开放的历史进程。

看着一块块各型的钢架在几十米的高空对接，角度的调整，机位的控制，方向的转向，在空中完成钢结构的架置。各种位置的焊接，师傅们悬空作业，仰面电气焊，火花四溅，一点点小小的缝隙，都在他们的精湛技术下，完美焊绣。“鸟巢”还有一个形象的称谓：“焊绣”精品。与传统的横竖直线条钢结构工程不同，5 万吨各种不规则的钢梁和构件通过相互焊接、支撑，组成了网格状马鞍形的“鸟巢”外观。为了给观众挡风遮雨，在顶部铺设专用建筑膜，年轻的农民工兄弟，冒着生命危险，在距离地面七八十米的高空，没有着力点的情况下，用绳链拴住身体，向下纵身滑去。工人们以极其严格的标准“编织”出的这一“焊绣”精品（图2-2），被美国《时代》周刊评为2007 年世界十大建筑奇迹之一。

而这些普普通通的劳动者，正是对“工匠精神”的完美诠释。工匠不仅要具有高超的技艺和精湛的技能，而且还要有严谨、细致、专注、负责的工作态度和精雕细琢、精益求精的工作理念，以及对职业的认同感、责任感、荣誉感和使命感。敬业是从业者基于对职业的敬畏和热爱而产生的一种全身心投入的认认真真、尽职尽责的职业精神状态；精益就是精益求精，是从业者对每件产品、每道工序都凝神聚力、精益求精、追求极致的职业品质；专注就是内心笃定而着眼于细节的耐心、执着、坚持的精神，这是一切“大国工匠”所必须具备的精神特质；“工匠精神”还包括追求突破、追求革新的创新内蕴。古往今来，热衷于创新和发明的工匠们一直是世界科技进步的重要推动力量。历史上不会有他们的名字，却是他们是用心在为国人建筑梦想。他们是鸟巢真正的功臣，也是鸟巢的丰碑人物。

图2-2　“鸟巢”焊接现场（图片来源：中国机床网）