“国家卓越工程师”李久林：筑“巢”织“缎”

2008年8月8日，29枚巨大的烟花脚印，沿着北京中轴线一路“迈”进国家体育场（鸟巢）。第29届夏季奥林匹克运动会开幕式吸引了全世界的目光。

2022年2月4日，绚烂的烟火再次点亮“鸟巢”上空，第24届冬季奥林匹克运动会大幕开启。几天后，在“鸟巢”西北方向3.5公里处，本届冬奥会唯一新建冰上竞赛场馆国家速滑馆（冰丝带），用“最快的冰”惊艳世界。

这是一场跨越15年的接力。在北京中轴线北延长线上，“鸟巢”和“冰丝带”遥相呼应。这两座标志性奥运场馆的建设，都离不开一个人——北京城建集团总工程师李久林。

Q460E高强度钢首次实现国产、开创我国BIM（建筑信息化模型）技术应用先河、自主研发国产高钒密闭索……李久林带领团队攻克了一个个工程建设尖端技术，并将这些超级工程中的“首创”，逐渐推广为建筑行业的“日常”。今年1月19日，我国工程技术领域的最高荣誉——“国家工程师奖”表彰大会在北京举行，“双奥总工”李久林荣获“国家卓越工程师”称号。

李久林（左一）在“鸟巢”施工现场

最硬的钢

一块重约四五十公斤的钢块，在李久林的办公室放了20年，这是在“鸟巢”建设过程中，被用于焊接试验的国产Q460E高强度钢试件。

作为当时世界上规模最大、用钢量最多、结构最复杂的超大型钢结构体育场工程，钢是“鸟巢”的骨架。2003年，35岁的李久林临危受命，成为国家体育场项目总工程师。随着设计概念图逐渐转化为一张张建设图纸，李久林却皱起了眉头：“传统建筑一般是方方正正的，这样的异形建筑，完全颠覆了传统行业理念。”

作为我国第一座非线性建筑，“鸟巢”的建设没有现成的标准，没有可以借鉴的经验，一切只能靠自己摸索。李久林团队遇到的第一个重大难题，便是外部钢结构关键部位的钢材选择。

“鸟巢”之名，来自其酷似自然界中鸟巢的外形。作为项目总工程师，李久林需要带领团队，将设计师的想法表达为一栋建筑。建筑的外部巢状结构全部由钢材打造，用钢总重量达4.2万吨。为开展后续施工工作，工程师要将立体建筑投影至平面，并拆解获得特征点坐标，形成构件加工和工程建设的依据。细细拆分后，摆在李久林面前的是上万张钢结构图纸。

复杂的曲面构型应该怎样直观地表达？纵横交错的钢结构怎样让施工方看懂？如何高效管理数量庞大、形状各异的钢构件……“当时的解决办法也很简单，平面图不好画，那就做成三维图像。”李久林团队联合清华大学，把钢结构“搬”到了电脑里。现在看来，这一想法似乎很是平常，但在20多年前，此举开创了我国BIM（建筑信息化模型）技术的应用先河。

三维模型的生成，仿佛为工程师开了“上帝视角”，再复杂的结构也能一目了然。在模拟钢结构安装过程时，团队发现，巨大的门式钢架，让“鸟巢”外部钢结构的最终受力点全部集中在24根“V字形”桁架柱上，各弯曲点也同样承受着巨大的拉力和应力。这对结构关键部位所需的钢材提出了极高要求，只有具备高强度和高韧性特点的新型钢材才能胜任，如果采用普通的低强度钢材，建筑的整体钢材用量就要继续增大，更厚的钢板在焊接过程中也更容易产生缺陷。

经过反复筛选，一种编号为Q460E的钢材进入了团队的视野。它的技术要求是低合金高强度钢之最，在受力强度超过460兆帕时才会彻底变形，比普通钢材的强度高了近一倍，同时还韧性十足，完美符合设计需求。但当时这类钢材主要用于机械领域，例如大型挖掘机等，在建筑行业的应用无先例可考。同时，作为顶级钢材，这种钢彼时只能依赖进口，交货周期长且价格昂贵。

“我们要实现奥运工程100%的中国制造！”李久林斩钉截铁地说。合作单位经过数千次实验，终于找到了合适的配方。虽然Q460E钢的用量在整体的外部钢结构中只占了极小的比例，却稳稳撑起了“鸟巢”的钢筋铁骨。

随着新钢材陆续运抵工地，要把它们完美地焊接在一起，“织”成流畅的钢骨架，又是一道新的难题。“鸟巢”的钢结构上没有一处螺栓螺母，焊缝就是它的“生命线”，但新钢材由于成分变化，可焊性变差，焊缝容易开裂。

从材料研究到焊接技术，李久林迅速转换工作重点，“难题一道接着一道，不解决这些问题，‘鸟巢’就建不成。”跨越冬季、雨季的焊接施工，天气条件不断变化，如何保证结构安全？利用100多种钢材，团队反复进行可焊性试验，5个月的努力，换来了一份完整的焊接参数和标准。其中，一块珍贵的钢试件被李久林留下，郑重地摆放在办公室里。

“头顶是大太阳，脚下是热腾腾的钢架。”2006年的夏天，李久林与数百位焊工一道，在三伏天里“焊绣鸟巢”，最让他难以忘怀的，还是那批优秀、敬业的焊接工人。

每焊接1米长的Q460E钢，要使用约40公斤的焊接材料。只要焊接开始，这条焊缝就必须保持约160摄氏度的焊接温度，以保证焊缝的牢固。最长的一道焊接工序曾连续进行了17个小时，一旦停下来，焊接部位就可能出现裂纹、夹渣等质量问题。钢架纵横交错，一些难点部位甚至需要工人进行仰焊，滚烫的焊花溅到皮肤上，也必须咬牙坚持。

相当于绕五环路3圈多、总长30余万米的焊缝，全都在BIM 系统中得到清晰的管理、记录，每条焊缝都能对应到具体的焊工。验收结果显示，焊接良率达100%。

1800余个日日夜夜，2万多张深化设计图纸，李久林带领团队成功“筑巢”，从钢材到施工技术均实现了完全自主可控。“鸟巢”竣工后，国际同行给了他们极高的评价：“这么复杂的工程，你们都能建成，再没有什么工程能难倒你们。”

最柔的索

为迎接北京冬奥会，2018年，“冰丝带”开建。

“对我们工程师来说，‘鸟巢’面临的是能不能建成的问题，是背水一战；而到了‘冰丝带’，我们要思考的是怎样把它建得更好。”时隔15年，李久林再次“挂帅”，出任国家速滑馆总工程师。这次，他要打的是一场信心十足的必胜之仗，充足的信心，来自于建设“鸟巢”留下的宝贵经验。

在“冰丝带”中，钢的身份发生了巨大变化，从支撑建筑主体的骨，转为编织天幕的索。作为目前世界上跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆，又大又扁的屋面“编织”是最难的一环，需要用到一种高强度的钢丝绳——高钒密闭索。当时，这种材料的生产集中在欧美发达国家，尚未实现国产化。

工程时间紧、任务重，买还是造？“要说买，国外确实有现成的成熟产品，但其实国内也有一定的技术储备，只是缺少验证国产索具可行性的载体，没人肯走出第一步而已。”把全国有能力生产高钒密闭索的厂家走了一遍后，与十多年前一样，李久林力排众议，再次选择了更难的一条路，推动高钒密闭索的国产化。在他看来，有Q460E钢的成功经验在先，国家又提供了这样一个重大工程平台，攻克技术难题、坚持国产化就是他和团队义不容辞的使命。

传统的钢丝绳由多条圆形钢丝编织而成，钢丝之间只有点的接触，而高钒密闭索的关键在于“密闭”，核心技术便是“Z字形”截面的钢丝相互咬合，让整条钢索更加坚固。从全进口到自研索具、攻克编绳技术，2018年，我国索具企业其实已经站在了全面掌握高钒密闭索技术的边缘，唯独缺失了Z形钢丝生产技术。

目标明确，项目团队与国内索具厂家、钢铁企业、大学合作攻关。短短3个月，他们就突破了模拉法的工艺瓶颈，制作出样品并送检测试。李久林仔细端详着索具截面，外层的Z形钢丝首尾相连、紧紧咬合，包裹住百余根圆形钢丝，“看上去就很让人安心”。

弹性模量试验、索夹滑移试验、静载破断试验……国产高钒密闭索的所有指标均满足设计规范要求，价格仅为国外同类产品的三分之一。“有人跟我开玩笑，说你干工程的，本来是让你做盘麻婆豆腐，结果你去研究怎么种豆子了。”对此，李久林有着自己的坚持，“奥运工程有很强的示范性、引领性和标志性，站在这样高的平台，我们就应该做更多、更好的事情。”正因如此，“冰丝带”在李久林的眼中，不仅是一座宏伟的建筑，他还要赋予这座场馆“智慧、绿色、可持续”的灵魂。

在现浇混凝土的同时进行外部钢结构组装，屋顶索网则插缝编制，依托智慧建造，多项工序能实现平行施工不“打架”，建设过程也变得更精细。建筑东南西北4个部分的巨型环桁架为单独制作、现场对接，横跨百米的结构件，实际对接误差低于1厘米；索网结构在建造前，已通过数字仿真、模型试验充分验证了成形过程，它的应用还为“冰丝带”成功“瘦身”，实际用钢量仅为传统钢结构的四分之一；1.2万平方米的冰面平整如镜，平整度误差不超过3毫米。仅用36个月，“冰丝带”就顺利建成。

节能、环保的绿色理念也贯穿“冰丝带”建设全过程。马鞍形屋面的设计，与同样占地面积的大平顶场馆相比，能节约三分之一的用电量。二氧化碳跨临界直冷制冰技术的创新应用，既确保冰面温差控制在0.5摄氏度以内，保证“最快的冰”更加丝滑，也让场馆的GWP值（全球变暖潜能值）由近4000降为1。在全冰面工况下，场馆一年可节电约200万度。“能够参与两届奥运会，见证奥运纪录在自己建造的场馆中诞生，是我作为土木工程师最大的荣耀。”李久林说。

追求极致

每每聊起奥运工程，李久林总会谈起它们留下的丰厚遗产。“其实在BIM技术的应用上，我们是后知后觉的，把‘鸟巢’工程做完了，事后转过头看才发现，这种三维模型的构建其实就是BIM 技术。”李久林回忆，BIM 技术的概念2002年首次在国际上被提出，2003年“鸟巢”建设项目启动时，这一概念还没有传入国内。基于复杂工程的特殊需求，团队在解决难题的过程中探索出了新的技术方向，也让“鸟巢”成为了我国第一个系统研究和应用BIM技术的工程。

传统建筑业离不开一张张图纸，但李久林带领团队通过BIM 技术，逐渐甩开了图纸。新首钢大桥的建设，便是该技术应用的优秀案例。该工程用到的弯扭钢结构，由大量复杂的可展开和不可展开曲面构成，“这种异形设计，很难把它拍扁到图纸上，那我们干脆基于模型来做，实现全数字化的建造。”李久林说，从设计到施工，方案互动全部依托数字化模型开展，定型后模型便直接传递到工厂进行加工，“就像是造汽车，所有人都按照模型来做，最终组合到一起即可。”

随着BIM 技术的发展，建筑的建造模式也随之发生了变化。他以香港机场的建设为例，整座机场被切分成多个模块，其中最大的一个模块占地面积3000平方米、重量1000余吨，在工厂拼装完成后装船运输，到位后再“搭积木”——盖房子变得更容易了。

“冰丝带”的建设则又更进一步，从数字建造走到了数字孪生，在建设实体建筑的同时，利用数字模型和传感器同步“建设”一座数字建筑，实现运行智慧化。在采访中，李久林提出了一个有趣的问题：现场观众的人数，会不会对速滑运动员的成绩产生影响？在“冰丝带”智慧场馆系统中可以看到，看台上的观众人数变化，对冰面温度会产生明显影响，最高波动可达1摄氏度。温度的变化会影响冰面硬度，进而影响运动员的成绩。

通过遍布全场馆的千余处传感器，智慧场馆系统可以实时接收温度、湿度等各类监测数据，并给出相应的分析建议。这些数据汇总至制冰师后，其便可控制冷媒的温度、流量等参数，调控冰面温度。“有了智慧场馆系统的支撑，场馆就能达到最佳运行状态，运动员有了最舒适的比赛环境，同时还能实现最低的能耗。”李久林说。

不过，虽然数字孪生技术已经得到广泛应用，李久林却依然保持着一个习惯，在工程建设期间，每天早上他都要先绕着工程现场转上几圈，再开始一天的工作。“再先进的模型、再仿真，也不如到现场去看一看。”他依然谨记40年前，在地质学课堂上聆听的教诲。打混凝土、绑钢筋、架钢构……在工程现场，很多工种会并行作业，如果施工过程存在问题，有经验的工程师一眼就能看到，现场就能解决。曾经，为了验证“冰丝带”索网上方单元式屋面的防水效果，每次雨后，他都坚持爬到30多米高的桁架上现场查看。

伟大的时代孕育了伟大的建筑。“奥运工程是一个国家技术的集中体现，同时，它也会对相关的技术、产业产生极大推动作用，形成新的经济增长点。”李久林细数“双奥工程”的落地，对建筑行业起到的巨大推动作用：我国建筑行业Q460E钢的使用量逐年增长，2023年已达120万吨；短短几年，质优价廉的国产高钒密闭索就在建筑领域迅速铺开，还成功走向世界，织就了2022年卡塔尔世界杯主体育场的天幕；BIM技术从无到有，并与物联网、云计算、大数据、人工智能等先进信息技术结合，推动我国建筑行业走向智慧建造……

科学家研究事物，工程师建立事物。今年1月，在“国家工程师奖”表彰大会上，李久林登台领奖。在他看来，长期专注于某一领域的工作和研究是成为卓越工程师的基础，既是“卓越”，就决不能仅仅满足于“合格”的标准，而要坚持追求极致，并拥有解决重大复杂科研问题的能力和创新精神。

在建筑领域深耕30余年，主持两项奥运工程，现在李久林更希望通过国家重大工程的平台，培养出更多优秀的青年工程师。“一个‘冰丝带’，造就了近10位教授级高工。要相信年轻人，给他们机会在干中学，在重大工程中锻炼、成长，为国家的发展作出贡献。”

来源：北京日报

记者 刘苏雅