北京冬奧場館里的高科技

許怡菲

國家速滑館是北京2022年冬奧會速度滑冰比賽場館，也是北京冬奧會標志性場館，因為其外觀設(shè)計如絲帶飛舞又被稱為“冰絲帶”。

國家速滑館外形酷似天壇造型，曲面玻璃幕墻隨著屋頂輪廓的高低變化水平延展。在夜間，國家速滑館將會被點亮，在奧林匹克森林公園實現(xiàn)“絲帶飛舞”。這種創(chuàng)新型曲面玻璃幕墻，其設(shè)計靈感來自冰雪運動與速度的結(jié)合，盤旋的“冰絲帶”象征著速度滑冰運動員高速滑進時冰刀留下的軌跡，同時22條“冰絲帶”又象征著在2022年舉辦北京冬奧會。國家速滑館采用雙曲面馬鞍形單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計，南北長跨約200米，東西短跨約130米，是目前世界上規(guī)模最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面體育館。國家速滑館屋面選用索網(wǎng)方案，主要是出于節(jié)能環(huán)保、節(jié)約材料的考量，其用鋼量僅為傳統(tǒng)屋面的四分之一。同時，“絲帶”本身既是幕墻鋼結(jié)構(gòu)的重要部分，還能起到遮陽、節(jié)能的作用。

國家速滑館是世界上首個采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)的冬奧速滑場館。該技術(shù)是目前世界上最先進、最環(huán)保的制冰技術(shù)，碳排放值趨近于零，制冰能效大幅提升。由于國家速滑館冰面面積達到1.2萬平方米，也成為目前世界上最大的采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)打造的多功能全冰面。賽后冰面可進行分區(qū)制冷，對每塊冰單獨控溫，實現(xiàn)場館“同時運行、不同使用”。場館制冰系統(tǒng)集成設(shè)計和冰板結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個關(guān)鍵設(shè)計方案已取得專利。

國家速滑館最厲害之處在于它是智慧型體育場館，這一點體現(xiàn)在智能化觀賽服務(wù)、智能化場館管理、智能化賽事組織三大方面。觀眾通過手機APP能實現(xiàn)無紙化入場檢票、智能導(dǎo)引至停車位和場館坐席、了解賽事特點解析和精彩片段回放。同時該場館還設(shè)有智能化人臉識別安保門禁、智能消防控制、供配電控制等。此外，包括場地照明調(diào)節(jié)、溫度濕度控制、物柜存取等也將實現(xiàn)智能化。值得一提的是，國家速滑館在設(shè)計上還融入了綠色環(huán)保的建設(shè)理念，充分利用場館制冷產(chǎn)生的廢熱用于運動員生活熱水、融冰池融冰、冰面維護澆冰，每年能節(jié)省180萬度電；同時利用無處不在的空氣能，為3000平方米場館管理用房供暖，由此每年可實現(xiàn)160噸二氧化碳的減排。

曾經(jīng)作為2008年北京奧運會游泳場館的國家游泳中心“水立方”在2022年冬奧會期間成為冰壺場館，這也是世界上首個在泳池上架設(shè)的冰壺場館?！八⒎健弊兂伞氨⒎健笔窃鯓油瓿傻哪?？

也許你會說，把游泳池填平再凍冰不就行了嗎？“水冰轉(zhuǎn)換”聽起來似乎很簡單，但實際上是一項大工程。

首先，要考慮的是如何“填坑”。冰壺比賽對冰面平整度要求極高，每平方米在承受150千克重量的情況下，冰面變形不能超過1毫米。如何保證冰面在穩(wěn)定牢固的同時，還能達到冬奧會比賽要求？制冰團隊研發(fā)了可拆裝的鋼結(jié)構(gòu)作為冰下主體結(jié)構(gòu)，為冰壺賽道提供牢固的結(jié)構(gòu)支撐。它由2600根3米高、2米長的薄壁H型鋼搭建而成，每根梁柱裝有柱腳，每個連接點裝有可拆卸的高強度螺絲，確保鋼架堅固結(jié)實。往上依次是10厘米輕質(zhì)混凝土預(yù)制板和兩層各5厘米厚的保溫層，接下來是PE防潮隔離層及無紡布層，在7厘米的制冰排管及蜂窩支架之上，才是運動員接觸到的真正冰層?？紤]到賽后每年用于冰壺比賽的時間只有兩三個月，因此，它的制冰系統(tǒng)全部是臨時的，制冰系統(tǒng)和底層的支撐系統(tǒng)能夠持續(xù)轉(zhuǎn)換和反復(fù)利用。

其次，從高溫高濕的泳池環(huán)境，到低溫干燥的冰場環(huán)境，可謂“冰水兩重天”。改造后的場館實現(xiàn)了智能升級，場館的智能系統(tǒng)會根據(jù)實際情況自動調(diào)節(jié)，確保冰壺賽道冰面溫度達到-8.5℃，冰面以上1.5米處溫度保持在10℃，相對濕度不超過30%，看臺溫度在16℃至18℃，既滿足了冰壺比賽環(huán)境的需要，又為觀眾營造了舒適的觀賽環(huán)境。因為冰壺比賽對現(xiàn)場環(huán)境要求極高，如果比賽場館未能得到有效密封，那么濕熱空氣就會進入賽場內(nèi)，造成冰面起霧，直接影響冰壺比賽的正常進行。為此，專家們對比賽大廳一層及池岸層的出入口進行了物理改造，增加了室內(nèi)外空氣隔離設(shè)施。

在改造過程中，很多原來引以為傲的設(shè)計也都成了待解的難題。比如，“水立方”的藍色泡泡外墻，藍色膜結(jié)構(gòu)形體輕盈、透光性強，但冰面十分“嬌氣”。技術(shù)團隊便給水立方“拉上了窗簾”——在膜結(jié)構(gòu)下覆了一層PVC膜，避免陽光照射對冰的影響。等到“冰立方”切換到夏季模式“水立方”時，“拉開窗簾”即可。

五棵松體育館曾是北京2008年奧運會籃球比賽場館，賽后成為中國籃球比賽最重要的場館，同時還是中國流行音樂的標志性場館。北京冬奧會期間它被改造為冰球比賽場館。通過改造，這座場館6小時內(nèi)可實現(xiàn)“冰籃轉(zhuǎn)換”，也就是說，第一天還在舉辦CBA聯(lián)賽，第二天就能轉(zhuǎn)換為冰上比賽場館。該館創(chuàng)造性地利用“冰壩”技術(shù)，使場館擁有30×60米和26×60米兩種尺寸的可轉(zhuǎn)換冰場，同時還成為能承辦冰球、短道速滑、花樣滑冰三項賽事的通用型場館，這在國內(nèi)尚屬首次。

五棵松體育館還新建電動伸縮看臺系統(tǒng)，可滿足籃球、冰球、花樣滑冰、演唱會等場地需求，滿足不同賽事、文化活動的觀看需求。場館還重點對現(xiàn)有照明設(shè)施和顯示系統(tǒng)進行了改造：照明系統(tǒng)各項指標可達到HDTV超高清轉(zhuǎn)播水平，滿足超高速攝像機回放要求；顯示屏達到高清標準，具備現(xiàn)場同步直播、精彩瞬間捕捉、賽況信息播報、計時記分統(tǒng)計、廣告播出等多項功能，大幅提升了觀賽體驗。

由于冰球比賽的特殊性，每支球隊都攜帶有大量的隨行裝備，因此，賽時每支參賽隊都必須有自己固定的更衣室。根據(jù)比賽需求，五棵松體育館把之前的4間更衣室改造成6間，同時，作為運動員訓(xùn)練場地的五棵松冰上運動中心也建了6間更衣室。更衣室內(nèi)配備更衣柜、按摩室、教練室、磨刀室和備餐區(qū)等，還建有儲物間、衛(wèi)生間和淋浴間。五棵松冰上運動中心地下有專門通道可以直通五棵松體育館，方便球員快速往返于訓(xùn)練場地和比賽場地。

國家雪車雪橇中心位于北京2022年冬奧會延慶賽區(qū)西南側(cè)，依托海拔2198米的小海坨山天然山形建設(shè)。它是北京冬奧會中設(shè)計難度最高、施工難度最大、施工工藝最為復(fù)雜的新建比賽場館之一，賽道分為54個制冷單元，全長1975米，垂直落差超過121米，由16個角度、傾斜度都不同的彎道組成。國家雪車雪橇中心采用“毫米級”雙曲面混凝土噴射及精加工成型技術(shù)，1975米賽道一次性噴射澆筑成型。

值得一得的是，國家雪車雪橇中心是全球唯一建在山體南坡的賽道。為了解決陽光照射使賽道冰面溫度升高的問題，國家雪車雪橇中心也成為全球唯一全遮陽棚遮擋的賽道。外界環(huán)境溫度再低，只要有陽光直射，冰面也會融化、蒸發(fā)，影響賽道質(zhì)量。所以，為了不讓光線直接照射冰面，項目團隊研發(fā)出一套獨特的地形氣候保護系統(tǒng)，賽道遮陽棚結(jié)合賽道形狀、地形等，實現(xiàn)了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，有效保護了賽道冰面，也最大限度降低了能源消耗。