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“絲帶飛舞”。這種創新型曲面玻璃幕墻，其設計靈感來自冰雪運動與速度的結合，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結構屋面設計，南北長跨約200米，東西短跨約130米，是目前世界上規模最大的單層雙向正交馬鞍形索網屋面體育館。國家速滑館屋面選用索網方案，主要是出于節能環保、節約材料的考量，其用鋼量僅為傳統屋面的四分之一。同時，“絲帶”本身既是幕墻鋼結構的重要部分，還能起到遮陽、節能的作用。

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的冬奧速滑場館。該技術是目前世界上最先進、最環保的制冰技術，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打造的多功能全冰面。賽后冰面可進行分區制冷，對每塊冰單獨控溫，實現場館“同時運行、不同使用”。場館制冰系統集成設計和冰板結構設計兩個關鍵設計方案已取得專利。

國家速滑館最厲害之處在于它是智慧型體育場館，這一點體現在智能化觀賽服務、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能實現無紙化入場檢票、智能導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，包括場地照明調節、溫度濕度控制、物柜存取等也將實現智能化。值得一提的是，國家速滑館在設計上還融入了綠色環保的建設理念，充分利用場館制冷產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160噸二氧化碳的減排。

曾經作為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的冰壺場館。“水立方”變成“冰立方”是怎樣完成的呢？

也許你會說，把游泳池填平再凍冰不就行了嗎？“水冰轉換”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。如何保證冰面在穩定牢固的同時，還能達到冬奧會比賽要求？制冰團隊研發了可拆裝的鋼結構作為冰下主體結構，為冰壺賽道提供牢固的結構支撐。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，確保鋼架堅固結實。往上依次是10厘米輕質混凝土預制板和兩層各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。考慮到賽后每年用于冰壺比賽的時間只有兩三個月，因此，它的制冰系統全部是臨時的，制冰系統和底層的支撐系統能夠持續轉換和反復利用。

其次，從高溫高濕的泳池環境，到低溫干燥的冰場環境，可謂“冰水兩重天”。改造后的場館實現了智能升級，場館的智能系統會根據實際情況自動調節，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境的需要，又為觀眾營造了舒適的觀賽環境。因為冰壺比賽對現場環境要求極高，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，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，增加了室內外空氣隔離設施。

在改造過程中，很多原來引以為傲的設計也都成了待解的難題。比如，“水立方”的藍色泡泡外墻，藍色膜結構形體輕盈、透光性強，但冰面十分“嬌氣”。技術團隊便給水立方“拉上了窗簾”——在膜結構下覆了一層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小時內可實現“冰籃轉換”，也就是說，第一天還在舉辦CBA聯賽，第二天就能轉換為冰上比賽場館。該館創造性地利用“冰壩”技術，使場館擁有30×60米和26×60米兩種尺寸的可轉換冰場，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，這在國內尚屬首次。

五棵松體育館還新建電動伸縮看臺系統，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。場館還重點對現有照明設施和顯示系統進行了改造：照明系統各項指標可達到HDTV超高清轉播水平，滿足超高速攝像機回放要求；顯示屏達到高清標準，具備現場同步直播、精彩瞬間捕捉、賽況信息播報、計時記分統計、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。更衣室內配備更衣柜、按摩室、教練室、磨刀室和備餐區等，還建有儲物間、衛生間和淋浴間。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年冬奧會延慶賽區西南側，依托海拔2198米的小海坨山天然山形建設。它是北京冬奧會中設計難度最高、施工難度最大、施工工藝最為復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，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。外界環境溫度再低，只要有陽光直射，冰面也會融化、蒸發，影響賽道質量。所以，為了不讓光線直接照射冰面，項目團隊研發出一套獨特的地形氣候保護系統，賽道遮陽棚結合賽道形狀、地形等，實現了傳統木結構與現代鋼結構的完美結合，有效保護了賽道冰面，也最大限度降低了能源消耗。