北京冬奧會五環標志塔
——延慶“海陀塔”設計

杜 異，劉鐘木

(清華大學美術學院，北京 100084)

引言

北京延慶“海陀塔”作為北京冬奧會標志性景觀，從設計到建設完成歷時10個月，于2022年1月25日竣工。 “海陀塔”位于北京延慶區平原中心，距京藏高速2 000 m，距京禮高速580 m，距京張高鐵1 200 m，距延慶城區8.5 km，與冬奧延慶賽區國家高山滑雪中心“雪飛燕”遙相呼應。其獨特的地理位置，以及作為延慶最高的建構筑物，奧運標志塔“海陀塔”有助于冬奧文化和冰雪文化的傳播(圖1)。

“海陀塔”是在原中科院延慶太陽能發電研究基地太陽能集熱實驗塔的基礎上改建而成。太陽能發電站項目是“十一五”國家高技術研究發展計劃的重點項目。原塔為鋼筋混凝土結構，高度119.45 m，屋頂截面直徑20.4 m，腰部最細部位直徑17.1 m，2013年1月完工投入使用(圖2)。實驗塔改造后更名為“海陀塔”，由原塔塔身、五環標志、冰雪飄帶組成，總高度137.6 m，其中置于塔頂的五環標志高21 m、寬38 m，單環直徑12 m。

圖1 海陀塔地理區位圖Fig.1 Location map of Haituo Tower

圖2 太陽能集熱實驗塔原塔Fig.2 The original tower for the solar heat collection experiment

1 設計概念與技術策略

設計遵循“簡約、安全、精彩”的辦奧理念，設計首先采取尊重原構筑物的基本形態，盡可能保持原構筑物的基本形態；其次是新建部分應與原塔身緊密結合，實現高度融合渾然一體(圖3)。因此，設計根據原塔身的形態在6個邊附加6條飄帶造型，每條飄帶盡可能減小體量，并通過對材料的研究盡可能降低荷載重量。每條飄帶長118 m，流暢的線條與冰雪滑道動感的線條相一致，隨風飄舞順塔身盤旋上升，象征奧林匹克格言“更快、更高、更強、更團結”。

圖3 海陀塔設計立面分解圖Fig.3 The exploded view of the design elevation of Haituo Tower

“海陀塔”的設計意象源于“冰雪”概念(圖4)。首先，作為2022年北京冬奧會的三大賽區之一，延慶賽區包括國家高山滑雪中心與國家雪車雪橇中心，將產生21枚金牌，未來將成為距北京最近的冬季雪上運動基地。其次，每年在延慶龍慶峽都舉辦冰雕游園會，延慶夏季清涼，被稱為北京的后花園，有“冰雪夏都”的美譽。這都離不來“冰雪”概念，“冰雪”概念和形象不僅可以紀念本次冬奧會的舉辦，也契合延慶“冰雪夏都”的發展定位。

圖4 海陀塔冰雪意象參考圖Fig.4 References to Haituo Tower ice and snow imagery

為使“海陀塔”呈現“冰雪”意象，塔身整體形象最終鎖定為冰雕的形象。冰雕晶瑩剔透，類似材料有很多，包括鍍膜玻璃、鏡鋼金屬板等，考慮到降低荷載和縮短工期等因素，最終飄帶采用鋼結構外掛ETEF膜結構(圖5)。ETFE膜透光性好，在陽光和燈光映射下能達到冰雕晶瑩剔透的效果，同時這種材料自重輕、抗拉伸，材料本身具有可回收、無環境污染、耐-20 ℃低溫至280 ℃高溫、施工速度快等特點。為解決11級強風下膜結構的穩定性，設計創新性地采用了雙層膜疊加和雙向拉索結構，進一步鞏固的膜結構整體在強風下不會變形。

圖5 海陀塔飄帶局部結構Fig.5 Partial structure of Haituo Tower’s floating ribbon

飄帶鋼結構主要承擔膜結構的固定作用，由三條豎向主結構和不規則橫向桿件構成。為進一步實現“冰雪”概念，造型采用中國傳統冰裂紋造型，具有中國傳統文化特征性，飄帶鋼結構全部采用白色飾面，與無色透明ETEF膜結合，高度契合“冰雪”概念(圖6)。

圖6 海陀塔建成效果Fig.6 Completion effect of Haituo Tower

塔頂五環標志是“海陀塔”作為冬奧標志塔的重要符號，考慮五環標志與塔身的比例關系，經過設計反復推敲，最終確定五環標志高21 m、寬38 m，單環直徑12 m，該五環標志是目前國內最大的五環標志(圖7)。奧運五環設置于塔頂面臨最大的挑戰是抗風性問題，“海陀塔”所處區域最大瞬間風力能達到11級，綜合考慮荷載、風阻、美學，以及安裝實施等多方面因素，最終奧運五環采用鏤空設計，將總重量控制在50噸左右，既減輕了自身重量，也符合強風的穿透性，同時也節省了鋼材并降低了安裝工程的實施難度。

圖7 海陀塔五環標志最終效果Fig.7 The final effect of the Olympic rings of Haituo Tower

為保證“海陀塔”持續的太陽能實驗工作，與中科院實驗人員反復溝通確認實驗要求和集熱技術，集熱口溫度達上千度，其周邊部分散出光有時會達300 ℃，飄帶尺度與集熱口保持合理距離，并在集熱口兩側采用金屬網替代膜結構，同時桿件也采用鋼板罩保護等措施，確保太陽能集熱實驗能夠持續進行(圖8)。

圖8 海陀塔保留實驗功能的北部立面Fig.8 The northern facade of Haituo Tower which retains its experimental function

圖9 海陀塔飄帶照明燈具安裝圖Fig.9 The lighting installation diagram of Haituo Tower’s floating ribbon

2 燈光意象與照明設計

燈光的表現是實現冰雕效果和“冰雪”意象的重要手段。“海陀塔”地處遠郊，夜晚黑暗星空可見，同時從50 m以內近距離、200 m左右中距離和1 000 m左右遠距離三個視距進行視覺體驗評估其亮度，其塔身亮度既要避免與暗環境形成高對比，又要呈現塔身的細節，同時，從降低能耗和降低成本的角度出發，控制塔身亮度在合適的范圍之內是實現上述目標的必要手段(圖9)。最終采用每條外側主結構內腔設置單條RGB+W線型LED投光燈帶，燈帶每米36個燈珠72 W/m，為使光帶隨飄帶曲線流動感更順暢，全部飄帶共采用1 m燈帶458套、0.5 m燈帶275套、0.3 m燈帶327套，總長度1 494 m，總滿功率48.7 kW，動態表演狀態下僅為12 kw(圖10)。燈帶光束角60°，可對兩側膜結構有最大限度額配光，為避免從不同角度通過透明膜看到燈具光源，燈具兩側增設遮光板，避免了暴露光源的問題，達到了見光不見燈的效果(圖11)。

圖10 海陀塔飄帶照明燈具安裝最終效果Fig.10 The final effect of the lighting installation of Haituo Tower’s floating ribbon

圖11 海陀塔飄帶照明燈具安裝與遮光板實景Fig.11 Actual view of lighting installation and shading panel of Haituo Tower’s floating ribbon

為了讓“奧運五環”點亮夜空，在塔頂五環標志結構的雙側采用點光源排列手法，可在夜空中呈現清晰的五環標志。同樣考慮點亮的五環與夜空的亮度對比以及節能等因素，經過多次實驗和評估，最終采用0.3 W、4 000 K的白色點光源，并在每個光源上加裝磨砂罩進一步降低亮度，點光源采用同心圓布點，光源間隔8 cm，200 m距離觀看已能滿足表面光的柔和性和均勻性，控制了光源數量，總安裝量58 994個點，表面43 W/m2，五環標志雙面總滿功率17.7 kW，大幅度降低了五環和塔身的亮度，卻仍然可以燦爛奪目(圖12)。

圖12 海陀塔呈現冰晶效果與五環亮燈效果Fig.12 Haituo Tower presents ice crystal effect and five rings lighting effect

飄帶在冬奧期間呈現由五環顏色構成的動態畫面，未來還將根據春、夏、秋、冬和不同節慶呈現不同主題的燈光秀(圖13、圖14)。

圖13 海陀塔燈光變化效果1Fig.13 The lighting change effect of Haituo Tower

圖14 海陀塔燈光變化效果2Fig.14 The lighting change effect of Haituo Tower

3 結束語

“海陀塔”作為本屆冬奧會的重要文化遺產被永久保留，“冰雪”意象不僅在“海陀塔”的造型設計上得以體現，也在其夜景照明設計上得以發展，是藝術與技術的結合，通過“冰雪”意象記載著北京冬奧會這一重大事件，也成為延慶“冰雪夏都”的恰當注釋，服務于延慶的未來發展(圖15)。“海陀塔”形似紀念碑，紀念著北京作為唯一舉辦過夏季奧運會和冬季奧運會的城市；又似獎杯，見證著運動員們的拼搏精神和取得的好成績；又似火炬，將持續傳播奧林匹克精神和冰雪文化。

圖15 海陀塔夜景燈光效果Fig.15 Haituo Tower night lighting effect

附：項目信息

總設計：杜異

初步與擴初設計：梁啟春、杜大有、劉鐘木、歐陽書琳、王琰

施工圖總負責：杜異、李勇、高峰

建筑專業設計：李松強、段淵耀、陳瑩麗

結構專業設計：池亞軍、俞志雄、韓文娜

照明專業設計：江波、楊靜

電氣專業設計：劉小勇、郭聰、馬亮亮