近日，第九屆亞冬會盛大開幕，美輪美奐的開幕式更是驚艷世人，哈爾濱工業大學是如何用科技手段保障開幕式場館安全可靠的，一起來看。

第九屆亞冬會開幕式場館改造在哈爾濱國際會展體育中心BC展館內部增設了座椅看臺，同時，為滿足開幕式演出的需求，在屋蓋上懸掛了燈光、音響、攝像系統。為保障在亞冬會開幕式期間超大跨度屋蓋的運行安全，哈工大土木工程學院范峰教授團隊運用大跨度復雜結構分析和健康監測技術有效支撐了亞冬會開幕式場館改造提升工程的順利進行，并對演出吊掛荷載作用下的大跨度鋼結構安全進行了準確評估，為場館結構的安全評估提供了技術保障。

128米搖擺支撐預應力張弦桁架結構體系

場館改造依托既有結構的先進性

秉承“綠色”理念，第九屆亞冬會開幕式場館是由哈爾濱國際會展體育中心既有主展館改造而成。展館于2002年由哈工大空間結構研究中心、哈工大建筑設計研究院、黑龍江省建筑設計院聯合設計完成，哈工大范峰教授擔任鋼結構技術總負責人，沈世釗院士為總顧問。展館結構采用了先進的搖擺支撐預應力張弦桁架結構體系，跨度達到128米，為當時國內最大跨度的空間結構體系。團隊利用人字形搖擺柱的支承形式減小桁架溫度應力，并加強結構縱向剛度，提出撐桿與下弦拉索垂直方案，有效降低預應力損失，拉索錨固在上弦桁架截面型心，減小桁架端部彎矩；并以張弦桁架體系為依托開展系統分析，獲得了該類結構最優設計參數。基于上述創新理念和技術，哈爾濱國際會展體育中心主展館在承受極端風雪荷載、溫度、地震作用方面具有卓越的性能，可適應屋面可變荷載的多種變化。該工程先后獲得詹天佑土木工程大獎、全國優秀建筑結構設計一等獎、中建集團科學技術獎一等獎。歷經二十余載，哈工大空間結構團隊牽頭設計的主展館依然保持著領先地位。寬敞的空間、高效的結構、先進的技術為亞冬會開幕式場館選址提供了最佳方案。

基于開幕式演出荷載狀態下的屋蓋結構響應分析

健康體檢保障復雜結構安全性

為了保障第九屆亞冬會開幕式順利進行，在對既有主場館改造的基礎上，還需要保證主場館屋蓋結構在開幕式演出吊掛荷載作用下的安全性和適應性。為此，范峰教授、曹正罡教授團隊承擔了第九屆亞冬會開幕式場館大跨度屋蓋結構演出吊掛荷載可行性分析任務。團隊聯合建研院檢測中心有限公司、黑龍江省建工集團有限責任公司、黑龍江省建設投資集團有限公司對開幕式場館屋蓋主體結構的幾何信息、物理信息開展了精細化的測量，通過無損檢測技術對金屬構件的截面、壁厚尺寸（毫米級），金屬表面的保護漆膜厚度（微米級）進行了精細測量，對結構的預應力拉索的索力進行了評估預測，采用團隊提出的“一致缺陷模態法”模擬場館屋蓋既有的節點、構件最不利的缺陷形式，結合團隊建立的大跨度鋼結構非線性穩定性分析和驗算方法、連續性倒塌分析和評估方法，對結構體系進行了荷載—位移全過程跟蹤分析，獲得了多種吊掛荷載組合作用下的結構最大應力和位移響應，并通過綜合評判，確保在開幕式演出荷載需求下128米跨度搖擺支承預應力張弦桁架體系安全可靠。范峰教授說：“我們不只著眼當下，還運用數字孿生與非線性分析技術，深挖結構安全隱患，為場館未來的順利運營提供保障。”

基于觀眾多種狀態下的看臺結構響應監測

動態測量評估觀眾看臺舒適性

第九屆亞冬會開幕式場館觀眾區結構為后增設的鋼結構看臺，在演出期間，觀眾存在互動同頻激勵、進退場大規模人群移動等狀態，多種狀態下人群激勵荷載的作用會使結構產生較大振動，顯著影響結構動力特性，甚至可能會引起人激共振的現象。另一方面，結構振動反過來會影響人群的感受，輕者可能使人產生不舒適感，重者可能會導致人們的緊張和恐慌。因此，準確評估觀眾區人員活動情況下的看臺結構的位移和應力變化情況，提前預知觀眾可能的舒適感受顯得非常重要。團隊在開幕式場館看臺區安全性評估工作中，通過布設高頻數字化位移和應變測量設備，采用動態測量方法提前對看臺人員跳躍、移動、偏置等多種場景實時數據進行采集，采用無人機觀眾運動圖像識別與下部看臺結構動態位移數據采集同步監測，捕獲了多種人員激勵下的結構瞬時最大響應，并結合精細化人員激勵數值模擬，對觀眾一致激勵荷載下的結構響應進行了對比分析，基于綜合舒適度評價方法評判，確保了開幕式觀眾區看臺結構的安全性和觀眾的舒適度。