“冰立方”水冰转换华丽转身
2008年作为奥运跳水和游泳比赛场地的“水立方”，是世界首座实现了“水冰转换”，可在游泳场地和室内冰壶场馆之间切换的奥运场馆。
如何在有限的时间内，实现场馆改造，满足其平整、坚固以及高精度要求，给装配系统设计和建造体系带来巨大难题。
同济大学建筑与城市规划学院设计了一套可拆卸、可更新、可再造的快速装配体系，将数字技术应用于装配式钢结构设计、全生命周期管理，以及现场施工技术组织。实现了奥运场馆的冬夏场景快速转换，并具有支撑坚固、超高精度、操作简便的特点。
项目使用NOKOV度量动作捕捉技术，对场馆进行精准调平，满足极高的误差要求，保证场地的高平整度。
动作捕捉系统实时监测建设过程
可拆卸结构与数字建造技术
设计团队设计的整体可拆卸结构是由2600根薄壁H型钢和1570块轻质混凝土板组成的全预制系统，整体结构最终覆盖了60m×25m的场地范围。
设计团队还建立了一套基于BIM数字模型体系的系统平台，实现全部系统构件全生命周期的建造信息管理。
集成动作捕捉系统的数字建造平台
动作捕捉助力比赛场馆精准调平
作为运动比赛场馆，冰立方对建造技术提出了更高的要求。冰壶运动对冰面、光线和空气环境都有着十分严苛的要求，建造后的冰面必须极其平整。
施工过程的一个重大难点在于，如何对现场1570块混凝土预制板的顶板标高进行高精度调平。调平后的各块混凝土板在全部施工范围内的标高精度允许误差为6mm（±3mm），局部3m之内的标高误差精度允许为2mm。
同时，由于结构本身的离散特性，对每一块构件的调整都会涉及其他构件，因此还需要对多个构件的标高信息变化进行同步的实时监测。这是传统的施工监测技术（如水准仪、全站仪）难以实现的。
数据实时传输，指导工人施工调平
为了实现大范围、高精度的多点实时监测，研究引入了广泛用于虚拟现实、运动、医疗、机器人等领域的运动捕捉感知技术，并将其与传统施工技术相结合，实现对多个混凝土顶板三维标高的实时感知，并通过BIM软件的相关接口进行数据传输和分析，与现场的大屏幕联动，实时指导工人对各个顶板的标高进行调整。
本项目中由多台动作捕捉相机组成的监测系统，可以同步覆盖15m×12m的测量范围，定位误差可以达到1mm以内。
动作捕捉系统实现多块板材同时调平
通过在不同混凝土板顶部放置标志点小球，系统可以实现对顶板标高信息的高精度采集。
施工人员可以首先在探测范围内的所有结构顶部中心放置定位小球，同时通过三维标高辅助系统得到整体的安装平整度偏差信息，并对调整方案进行初步设计。
对于结构顶板的微调，需要通过位于交点的精调装置来实现，也可以通过将定位小球移至交点的方式完成。
结果表明，经过标高监测和调平辅助的区域基本满足项目对全局和局部高程误差的要求，整体精度控制在-1.5~＋1.5mm之间。与该区域相比，未监测区的标高误差较大，区内大量测点低于全局期望标高，其误差在-2～＋10mm范围内。
*本研究得到国家重点研发计划（2020YFF0204303）资助。
参考文献
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注：文中图片除特殊标注外均为作者提供
作者信息
王祥：同济大学建筑与城市规划学院助理教授。
李洋：天津大学建筑学院硕士研究生。
周子淇：中国建筑一局（集团）有限公司工程师。
吕雪源：中国建筑一局（集团）有限公司工程师。
袁烽：同济大学建筑与城市规划学院教授。
陈蕾：中国建筑一局（集团）有限公司工程研究院院长。
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