國家游泳中心（冰立方）＊

鄭方 孫衛華 馮喆

北京市建筑設計研究院有限公司

國際奧委會于2021年2月發布《奧林匹克2020+5議程》，以“奧林匹克運動：把挑戰轉變為機遇”為主題，提出不再使用新建永久場館舉辦奧運會等建議，“把長期的可持續性，包括經濟視角的可持續性作為首要基礎”。2022年北京冬奧會成為場館可持續建設的典范，如冰上競賽場館中，僅國家速滑館為新建，其他競賽場館均為改造再利用。

2008年奧運會期間，國家游泳中心（水立方）成功舉辦了游泳、跳水和花樣游泳比賽。在這里，游泳運動員24次打破21項世界紀錄，成為世界上“最快的游泳池”。賽后，水立方實現了多樣化運營，持續舉辦從國際級到社區級的游泳/跳水比賽，開發各類商業/藝術大型活動，服務市民游泳健身等。這些實踐成為全球奧運場館運營的典范，并于2019年獲得國際奧委會頒發的“體育和可持續建筑獎”。2022年冬奧會冰壺比賽和冬殘奧會輪椅冰壺比賽為水立方增加了“冰”的功能，建立了可轉換的冬季運營新場景。

從奧運會游泳比賽到冬奧會冰壺比賽的場景轉換，需要建立建筑空間、體育場地、室內環境、智慧運行等系統性的核心要素關聯和轉換策略，涵蓋建筑設計、結構、設備、能源、智能化與工程建造、臨時設施等關鍵領域，服務賽時、賽后多種使用人群。在科技部支持下，跨專業科研團隊針對國家游泳中心（冰立方）展開創新技術研發和應用示范，推動實現奧運會的長期可持續發展，開創面向未來的智慧運行場景示范。

體育場館在運行中的功能并非單一、固定的，而是服務于比賽、訓練、集會、展覽等不同活動。每種主要運行狀態為一個核心場景，這些場景的相互轉換是普遍性問題，只是有的相對簡單，有的高度復雜，需要精密的技術體系支撐。

1 建筑空間

建筑空間的通用性（尤其是比賽大廳和周圍的輔助空間）是多功能場館的出發點，也是運行場景轉換的核心。水立方平面為邊長177m的正方形。游泳池位于地下一層，南北兩側分別是競賽管理區和運動員區。地下一層以上的內部空間由縱橫兩道ETFE氣枕墻體分成三個大跨空間：1）靠近南立面是戲水樂園；2）西側是上下層疊的熱身池大廳和多功能網球場；3）東北側包括中部的比賽大廳、南北小樓和南北步行街。這樣一個豐富的內部空間體系為賽事、大型活動和商業運營提供了高度的適應性。

奧運場館的基本模式為“永久場館+臨時設施（Overlay）”，這需要使用功能高度靈活，賽時臨時設施易于安裝；具備良好的基礎設施條件，避免臨時設施規模過大，從而節約辦賽和大型活動的投資。

1.1 比賽大廳

比賽大廳是競賽和大型活動的核心場所，中部是游泳池和跳水池場地（不計跳塔，包括泳池池岸在內的場地約為長100m、寬40m、高28m）。2008年奧運會賽時，比賽大廳觀眾席位17 000個；賽后拆除二層及以上的臨時看臺，保留南北兩側約5 000座的永久看臺。比賽大廳屋頂裝備先進的機電系統，屋頂鋼結構節點預留吊掛點，為臨時設施的安裝提供條件。

1 夜景鳥瞰

業主：北京市國有資產經營有限責任公司

建設地點：北京市朝陽區

建筑設計：北京市建筑設計研究院有限公司

項目負責人：鄭方、孫衛華

設計團隊：董曉玉、宋剛、唐文寶、馮喆、朱碧雪、王雪生、陳盛、汪波、任重、王瀟瀟

總建筑面積：50 000m2

設計時間：2016—2020

建成時間：2020

2 通用建筑空間

夏季，比賽大廳為泳池模式，用于游泳/跳水/花樣游泳比賽、藝術裝置體驗、公眾日常參觀；大型活動時，采用臨時腳手架和面板系統部分或全部填充泳池。冬季，比賽大廳為冰場模式，可進行冰壺、冰球、短道速滑和花滑等項目的比賽和訓練；大型活動時，采用冰被覆蓋部分或全部冰面。

永久看臺為標準坐席，可臨時搭設媒體席位、攝像機平臺等設施。東西兩側為冰場模式和大型活動時搭建的臨時看臺，西側為冬奧會媒體、評論員和電視轉播席位；東側為普通觀眾席位。永久看臺和臨時看臺分別為冬殘奧會設置充足的殘疾人席（包括陪伴席）。

1.2 熱身池大廳

熱身池大廳是為游泳比賽設置的熱身、訓練泳池，緊鄰比賽大廳，使用便利；日常為游泳俱樂部，向公眾開放。冬奧會期間，使用腳手架將泳池墊平，作為場館媒體中心使用。

1.3 多功能廳

熱身池正上方為高17m的多功能廳，側墻和屋面由ETFE氣枕幕墻圍合，面積約2 600m2，日常布置3片網球場或舉辦各類中小規模活動。2008年奧運會期間，這里作為場館安保中心使用；冬奧會期間，用于工作人員和志愿者的休息與用餐。

1.4 競賽用房

地下一層比賽場地周圍為永久性的運動員更衣室、技術與競賽管理用房。由于冬奧會冰壺比賽需要22間更衣室，因而在臨近池岸處改建了永久更衣室，再通過臨近車庫中布置的集裝箱補足所需的臨時更衣室數量。運動員醫療站、興奮劑檢查站為永久設施，其他運動員休息室、熱身區均在車庫臨時設置。

3 冬季場景首層平面圖

4 2008 年奧運會賽時模式

5 比賽大廳泳池模式

6 比賽大廳冬奧會冰場模式

7 熱身池大廳

8 多功能廳

9 冰場結構搭建

2 冰場/泳池場地

比賽場地是體育場館運營的功能核心。一般來說，北美冰球和籃球的商業模式較為發達，而且二者場地的長寬比例接近，常通過伸縮看臺等設施實現場地的轉換，國家體育館、五棵松體育館等均借鑒了這種模式。在北京冬奧會之前，冰場和泳池兼作冬夏運營的場地，僅見于日本相模原銀河體育館的孤例：銀河體育館將腳手架結構支撐木夾板作為場地基層，使用臨時敷設的塑料管道制冰，雖然可以服務社區，卻無法承擔更高級別的比賽。

在泳池上方搭建冰場，需要解決兩個關鍵問題：一是高精度、快速安裝的預制基層，二是精密的移動制冰系統。冰壺場地包括4條賽道，每條長45.72m、寬5m。制冰的范圍為賽道端線各增加3m，兩側各增加1m。冰壺庫、冰車均需存放于冰面，制冰系統和水處理系統需要采用模塊化設備，在場地附近安裝。

10 冰壺場地剖面圖

11 看臺前沿的臨時布風管

表1 泳池模式和冰場模式的設計參數

12 制冰技術控制臺

在科技冬奧專項支持下，科研團隊研發了由鋼框架、預制混凝土板、保溫板、防水層復合的場地構造體系和快速安裝工藝。在基層之上，使用一種蜂窩網格支撐的高強PVC管道制冰。經過全尺寸冰場比賽測試，這一體系獲得了世界冰壺聯合會（World Curling Federation,WCF）的認可。由此，國家游泳中心（世界最快的游泳池/冬奧標準的冰場）建立了冬夏場景轉換的場地核心。

3 可調節的環境

比賽大廳的運行目標是為運動員和觀眾提供舒適的室內熱濕環境、光環境和聲環境，同時兼顧大型活動的使用需求。在泳池環境下，減少水的蒸發，控制建筑內表面不結露；在冰場環境，控制冰面結霜和冰的不均勻升華。

3.1 熱濕環境

泳池模式和冰場模式的熱濕環境參數如表1所示，夏季泳池區和冬季冰場區風速＜0.2m/s。科研、設計、運行團隊在對冰場模式下比賽場區域置換送風和固定看臺前沿布袋風管送風兩種方案進行詳盡模擬和比賽實況測試后，選用布袋風管送風的方式，最大程度地降低氣流分布對冰面的影響。地下二層局部改造為除濕機房。

為降低除濕負荷，減少不穩定氣流對冰面質量的影響，對比賽大廳圍護結構的氣密性進行系統改進。冬季場景下，臨時封閉ETFE幕墻和比賽大廳的自然通風口；檢查和密封ETFE屋頂預留的吊點開口，提升幕墻本身的氣密性；比賽大廳出入口增設透明簾幕，防火門賽時保持關閉狀態。

3.2 光環境

水立方采用的ETFE氣枕幕墻為游泳運動創造了明亮、愉悅的自然光環境。為避免自然光直射冰面，比賽大廳屋頂空腔的下層氣枕表面覆蓋不透光的PVC膜，保證冰上比賽在遮黑模式下進行。比賽大廳的電視轉播照明全部更換為LED燈具，以降低對冰面的熱輻射。照明模式涵蓋冬季冰壺、夏季游泳/跳水、體育展示等大型活動的功能需求。

3.3 聲環境

由于比賽大廳容積大，夏季泳池水面與池岸瓷磚反射性強，空間可覆蓋的聲學板面積有限，因而在游泳比賽時，觀眾滿場模式下的混響時間為2.5s。但是，在進行冰壺比賽時，冰面同樣是高反射表面，而且運動員需要自然聲呼喊隊友、交流戰術，這就要求場館混響時間盡可能縮短。因此，我們在看臺下的側墻增加了永久吸聲材料，在臨時看臺表面、面向大廳的室內玻璃隔斷等部分增設臨時吸聲板，在地面鋪設地毯，以增加吸聲量，同時在東側臨時看臺后增設賽事形象景觀，以縮減大廳容積，最終達到冬季冰壺比賽模式下2.0s的混響時間。

4 數字冰場和智慧運行

冰壺的運行曲線由速度、旋轉角速度和運動員刷冰干預形成。通過連續的視頻捕捉可以分析冰壺的動態、還原曲線，并對冰面的摩擦系數形成數字化反饋。對大量曲線的深度學習可以對冰壺的運行進行某種程度的預測。曲線的還原和預測能夠為觀眾現場觀賽、體育展示和電視轉播提供豐富的數字化體驗。基于數字場館模型的運行設計，能夠讓運行團隊實時動態地了解各空間的工作崗位狀況、人群密度、環境參數等信息，并及時做出反饋。同時，也可以向觀眾、運動員、媒體等客戶群提供智慧場景服務，包括預先了解注冊分區、工作流線、看臺視角、服務設施、體育信息等。

5 結語

除特定比賽之外，體育場館還需要多功能、多場景策劃，以實現其可持續利用，包括賽時/賽后、大型活動/公眾健身、冬/夏季節的使用等。國家游泳中心通過水立方/冰立方冬夏場景的轉換，形成了關鍵的運營場景要素模型、技術支撐體系和智慧場景應用，不僅服務于2022年冬奧會比賽，也為未來體育場館尤其是奧運場館的可持續運營，提供了一個具有普遍意義的示范案例。

圖表來源

圖1 為馬健強拍攝；圖4，7，8 由國家游泳中心提供；其余圖表均為作者自繪或自攝。