國家游泳中心冬夏場景轉換關鍵要素體系研究

朱碧雪，鄭方

近幾屆奧運會以來，奧運場館和相關基礎設施的建設、運營成本越來越高，國際奧委會把城市既有場館的再利用作為實現奧運會可持續性的關鍵路徑。2021 年8 月生效的《奧林匹克憲章》[1]中指出：“奧運會的選址與場館優先選擇既有建筑、臨時場館及臨時設施……奧委會鼓勵和支持對環境問題負責任的關注，并力爭促進體育事業可持續發展……”體育場館的運營要實現可持續性，體現在賽前和賽后提高利用率，承辦比賽、訓練、群眾健身、大型活動、旅游參觀等多種活動，增加場館在不同季節、不同時段的使用活力和營收，同時降低能耗等運行成本。

國家游泳中心（水立方）是2008 年北京奧運會水上項目的比賽場館，經過有限度、可逆式的改造之后承擔2022 年北京冬奧會冰壺和冬殘奧會輪椅冰壺比賽。水立方首創“冰水轉換”的雙奧場館理念，形成夏季游泳中心、冬季冰上中心的兩種核心場景[2]，結合群眾健身、大型活動等多功能運營模式，水立方作為改造場館，成為踐行北京冬奧會可持續性計劃的示范。

大型場館的運營場景包括圍繞核心體育功能的一系列要素集合，場景轉換則由這些要素改變狀態而形成。關鍵要素體系的梳理是水立方冬夏場景轉換研究的基礎，涵蓋冬奧會賽時改造的主要工程項目，也是賽后不同季節實現運營場景轉換工作的智能化平臺。本文從建筑空間、結構體系、室內環境、智能化系統、臨時設施等方面系統提煉場景轉換中涉及的關鍵要素，系統梳理關鍵場景中要素呈現的具體狀態和技術指標，解析場景轉換時要素間的關聯機制，建立簡明有效的場館改造設計、建設、運營的任務表和檢查清單。

1 核心場景

自2009 年完成賽后改造工程，水立方逐步實現了多功能的運營模式，包括體育比賽、大型活動、群眾健身、旅游參觀與商業服務、公益事業5 個運營板塊，承辦了每年游泳跳水世界杯、2014 年APEC 晚宴及籃球世界杯等重大國事活動，連年實現盈虧平衡，獲得國際奧委會2019 年“體育和可持續建筑獎”，是奧運場館賽后運營的典范[3]。建筑外部為ETFE 雙層氣枕通風幕墻，內部空間由縱橫兩道氣枕內墻分為比賽大廳、熱身池和多功能廳、嬉水樂園3 部分，其中比賽大廳為核心功能空間，是各運營場景的中樞。因此以比賽大廳的使用模式作為基準，將水立方運營設定為冬夏兩種核心場景，9 種主要運營模式（圖 1），其中冬奧會與冬殘奧會、冬夏兩季公眾參觀、冬夏兩季大型活動模式兩兩相近，下文分別合并描述。

1 國家游泳中心核心場景及運營模式

1.1 冬季場景：冬奧會、冬殘奧會

冬奧會期間（圖 2）比賽大廳共使用坐席2615 個，比賽場地為4 條長45.72m、寬4.95m 的標準冰壺賽道。采用“可逆式”的輕質鋼框架+預制砼板在游泳池內搭建冰場結構，為冬季場景增設模塊化的制冰、除濕、控制系統。大廳的主要技術參數包括：

2 2022年冬奧會

結構：賽道基層結構體系滿足冰壺賽事動、靜荷載下的變形、震動、自振頻率和長期低溫運行要求。在整體場地上，制冷地板表面平整度起伏不大于5mm～6mm[4]，鋪設模塊化臨時制冰系統。20 天之內完成轉換結構搭建。

環境：冰面環境的溫濕度及露點溫度在規定范圍（表 1），比賽區域風速小于0.2m/s，冰面不出現結霜和不均勻升華。制冰系統能源綜合利用、冰場建筑溫濕度控制、空腔自然通風等系統設計方案確保比賽大廳冬季冰場工況能耗不高于其他場館。

表1 冬奧會、冬殘奧會賽時溫濕度，朱碧雪繪制，數據由國家游泳中心提供

體育照明：LED 照明在滿足電視轉播要求的同時，對冰面的熱輻射影響降至最低。

聲學：賽場混響時間不長于2.0s[5]，以保證冰壺運動員比賽時通過自然聲溝通。

其他工作包括為比賽不同階段定制建筑外立面照明模式；為各利益相關方提供所需空間、設施、智能導引及智能觀賽服務。冬殘奧會與冬奧會享有同等水平的支持與服務，并為無障礙人員提供公共區域及設施，包括滿足無障礙要求的通道、坐席、衛生間、更衣室、電梯等。

1.2 冬季場景：群眾冰上活動模式

在冬奧會比賽之前，歷次測試賽之間，水立方已經成功地為群眾冰上活動提供了豐富的體驗。群眾冰上活動主要模式為冰壺體驗，場地條件也能夠支持冰球、短道速滑、花滑等培訓及娛樂活動。制冰范圍、溫濕度控制、節能運行標準保持與冬奧會場景一致；體育照明調整為訓練和娛樂活動模式，沒有電視轉播需求。2020 年12 月測試賽、2021 年4 月測試賽、2022 年殘奧會后，比賽大廳面向公眾提供了短期冰壺體驗，參與者無需換裝便可直接上冰，這一模式下冰場運行僅需5 位員工維護。

1.3 冬季場景：大型活動

水立方每年承辦約100 場大中型活動，包括各類產品發布會、電影首映式、年會、文藝演出、電子競賽、展覽展示等，通常根據具體需求確定場景核心效果及輔助用房范圍，一般都有較大規模的臨時搭建。冬季場景下的大型活動有兩種情況：短期活動采用冰被覆蓋冰場進行場地搭建，可以局部或全部使用冰場；或者在制冰模塊安裝之前、拆除之后的兩個時間段，直接在冰場基層的預制砼板上搭建。例如2019 年籃球世界杯開幕式，就是利用冰場基層搭建活動場地和舞臺。

1.4 夏季場景：游泳、跳水競賽

夏季場景下，水上競賽時比賽大廳核心為游泳池和跳水池（圖 3），環境控制要點在于減少水分蒸發，控制建筑內表面不結露（表 2），比賽區域風速小于0.2m/s；賽時混響時間不長于2.5s；自然光透過屋面雙層印刷氣枕為賽場提供愉悅的光環境；輔助用房、立面照明、智能化服務等與冬奧會所需類型基本一致。

3 中小型游泳比賽

表2 夏季場景設計參數[5]

1.5 夏季場景：群眾游泳

夏季場景下，比賽大廳以體育競賽和大型活動為主。讓群眾游泳健身日常主要使用熱身池大廳的泳池。自2012 年起，比賽大廳為健身群眾提供每年指定時段體驗服務，讓群眾有機會感受奧運品質的泳道魅力。此模式對比賽大廳內的環境要求與游泳、跳水競賽模式相似，但僅考慮游客及工作人員使用需求。熱身池大廳在冬季場景比賽大廳是冰場的模式下，也向游泳俱樂部的公眾開放。因而，在冬奧會后日常運營的狀態下，熱身池大廳全年按照俱樂部泳池模式運行。

1.6 夏季場景：大型活動

各類大型活動是水立方的主要運營收益來源之一，也體現服務國際交往的內涵。夏季場景下，需要在泳池中進行搭建，尤其適合使用不同規模水景的活動場合。2014 年11 月APEC 歡迎晚宴期間，比賽大廳主題“上善若水”，泳池搭建為地面并鋪設地毯、設置“曲水流觴”景觀環繞宴會場地，周邊以通高青綠山水紗幕圍合，大廳出入口增設臨時樓梯及木構筑物；部分車庫改為后臺區，熱身池大廳用作為合影大廳；首層增設中外貴賓休息室；B2 層增設廚房。

1.7 冬夏場景：旅游參觀與藝術體驗

公眾參觀包括常規參觀及主題活動專題參觀。常規參觀冬季展現冰場，夏季展現泳池；專題參觀根據具體需求確定場景核心效果，如2020 年水立方藝術季“Hello! Earth 生生不息”主題展意在營造科幻的氛圍，比賽大廳各面遮黑，廳內使用藍調微光，游泳池上方懸掛緩慢旋轉、直徑10m 的巡回藝術作品——地球，波光倒影引得游客紛紛拍照留念（圖 4）。

4 水立方2020年藝術季

2 關鍵要素體系

關鍵要素特指場景轉換中發生變化的建筑空間、裝配式結構體系、機電設備與控制系統。建筑主體鋼結構、砼結構、消防系統等在不同場景下沒有變化的因素，不列入場景轉換的關鍵要素體系中。由此，根據所屬類別及重要程度設定為7 個1 級要素（圖 5）。

5 關鍵要素體系1級要素

2.1 建筑空間

場景轉換的核心在于建筑空間的通用性（比賽大廳和周圍的輔助空間尤為重要）[5]，水立方室內空間多樣豐富（圖 6、7），根據其功能、重要性及關聯性將建筑空間分為8 個2 級關鍵要素（圖 8）。

6 水立方內部空間示意

7 水立方主要空間分布

8 建筑空間2級要素

比賽大廳：位于水立方東側，中部為游泳池和跳水池，包括池岸在內的場地尺寸約100m×40m（不計跳塔），高28m，保留南北側永久看臺約5000 座（其中無障礙及其陪護席各62 座），均可搭建臨時帶桌席位及設備平臺。比賽大廳細分為3 個3 級要素（圖 9）：

9 比賽大廳次級要素及狀態

（1）場地夏季為泳池，冬季為冰場，公眾參觀及大型活動模式按需搭建多樣化活動場地（冬季覆蓋冰被后搭建）；

（2）按需確定看臺使用數量及臨時看臺搭建方案，如冬奧會時在冰壺場地東西兩側搭建臨時看臺，東側布置攝影機位，西側布置媒體、電視轉播、計時計分、教練及技術官員席位；

（3）競賽技術用房均位于比賽大廳B1 層南側，照明控制室、擴聲控制室各場景均使用，計時計分用房、顯示屏控制室、體育展示技術控制室賽時使用。

熱身池大廳：位于比賽大廳西側，配置標準泳池一個（同時作為消防水池），夏季賽時用作游泳跳水熱身區，冬奧會賽時通過標準的腳手架系統墊平，用作場館媒體中心（包括新聞發布廳、媒體及轉播工作和休息區）。在其他大型活動時也可用作輔助空間，如2014 年APEC 晚宴時用作合影大廳，其他模式中，全年作為游泳俱樂部獨立運營。

多功能廳：位于熱身池大廳正上方，平面尺寸約60m×40m，高度17m，賽時用作輔助用房，如冬奧會期間用作運行管理人員、志愿者休息及用餐區，其余場景下，獨立承辦中小型活動或用作網球健身場地。

嬉水樂園：位于水立方南側，是以深海為主題的室內水上樂園，分為嬉水池、嬉水樂園北側服務區（簡稱服務區）。嬉水池賽時及大型活動時可按需暫時關閉，在其余模式中開放；服務區位于B1 層，包括接待及更衣區，賽時及大型活動時可用作輔助用房，如冬奧會時用作場館運營、競賽管理人員辦公及休息區，在其余模式中用作嬉水樂園接待、更衣區。

觀眾休息廳：位于首層，分為北商業街、南北通道及南商業街，日常運營時服務觀眾入場、休憩及疏散，賽時、大型活動時可部分用作輔助用房，如冬奧會時北商業街移除臨時商鋪，用作運動員、奧林匹克大家庭、場館運營、安保人員的門廳、辦公及休息區。

車庫：位于B1、B2 層，賽時、大型活動時可部分用作輔助用房，如冬奧會時B1 層車庫用作運動員區，設置集裝箱無障礙臨時更衣室10 套，每套更衣間分別由4 組模塊組成，賽后回收再利用，搭建臨時隔斷用于休息、熱身、醫療等，B2 層部分搭建場館運營、安保臨時用房；又如2014 年APEC 歡迎晚宴期間，B1 層車庫用作演員臨時化妝區。

輔助用房：包含空間相對較小、可多功能使用的房間，分為4 個3 級要素（圖 10），要素特點如下：（1）比賽大廳附屬更衣區共設置12 套永久無障礙更衣室；（2）小多功能廳最初作為紀念夏奧會港澳臺海外同仁捐資展廳；（3）南北小樓商鋪位于東北、東南小樓2 層及以上，日常運營時對外租賃；（4）以上附屬用房除更衣室外均可在賽時、大型活動時用作輔助用房，如北五環餐廳賽時用作奧林匹克大家庭休息區。

10 輔助用房次級要素及狀態

南廣場地下冰場：賽后作為冬奧會重要遺產用于專業訓練及休閑娛樂，分為冰球場、冰壺場，賽時、大型活動期間關閉或用作內部冰上運動體驗，其余場景面向公眾開放。

2.2 裝配式結構

場景轉換中涉及的臨時結構體系分為3 個3 級要素（圖 11、12）：

（1）裝配式冰場構造體系由科技冬奧專項為冬夏場景轉換特別研發，用于競賽游泳池臨時轉換為冰壺比賽場地，由2m 間距的鋼框架、1m×1m 預制砼板、保溫板、防水層復合而成的場地構造體系，可以快速拆裝并重復利用[4]。該體系在滿足冰壺比賽高精度要求的同時實現了結構轉換周期少于20 天，獲得了世界冰壺聯合會的認可[5]；

（2）腳手架支撐體系及面板裝配式構造體系用于搭建臨時性構筑物，如：場地、看臺、坡道、填充游泳池等，使用租賃式鋁合金腳手架及復合木板，為減少對電視轉播的影響，特別研發了獨立式攝影機腳手架平臺結構；

（3）比賽大廳屋頂鋼結構節點均預留吊掛點，為安裝臨時設施提供條件，如冬奧會時利用屋頂吊點臨時吊掛桁架，用以放置電視轉播攝像機、體育展示投影機、冰壺線路實時跟蹤攝影機、傳感器等以滿足賽時轉播、媒體、體育展示需求。

2.3 機電設備

與場景轉換密切相關的機電系統包括5 個2 級要素（圖 13）?？照{系統在固定區利用原設備，臨時區域采用臨時設備，冬季場景中南北側固定坐席區采用原有座椅送風，在固定看臺最前排外設置布袋送風（圖 12），根據室外濕度調整布袋風口高度[6]，當室外濕度較小時，南北側固定坐席區采用原有側后方回風，比賽場地采用坐席下原有回風井道回風，當室外濕度較大時，使用比賽大廳東北、西南新增臨時回風口；開啟轉輪除濕機組以防冰面結露；臨時制冰系統包括保溫、防水、管路及制冰設備，選用支撐在蜂窩網格上的高強PVC 制冰管道，在比賽大廳東側室外場地安裝模塊化臨時制冰設備及其水處理系統，R449A 作制冷劑，乙二醇作載冷劑。夏季場景中泳池蓄水，配套泳池水處理系統開啟，制冰相關系統關閉。水立方將熱身池作為消防水池，競賽游泳池蓄水時作為備用消防水池。

12 比賽大廳典型關鍵要素

2.4 智能化

既有場館改造的關鍵工作包括針對場館各使用客群的智慧場館服務和機電系統智能化管控和運行，將智能化分為3 個2 級要素（圖 14），要素狀態需根據場景定制。群智能系統將智能節點嵌入相應的建筑空間和大型設備,實現空間單元內部照明、空調、插座、門禁、環境監測[7]等各機電末端設備的可持續集成控制[8]；智能導引系統實現了各類用戶實時獲取授權內的建筑功能、人員流線、服務設施、環境狀態、賽事進程等信息；智能觀賽系統通過智能感知與虛實融合技術為觀眾提供更為豐富的觀賽體驗。

15 聲學次級要素及狀態

2.5 照明

照明分為比賽大廳照明、立面照明。比賽大廳場地照明系統全部使用LED 燈具，LED 燈具不僅能降低對冰面的熱輻射、更為節能，還能瞬時點亮和提供多彩色變化以提高比賽觀賞性[9]，照明模式包括冬季體育照明、夏季體育照明、日常參觀和大型活動。

水立方立面照明系統可智能定制立面照明主題，實現自動提取簡化后的圖片像素與單個氣枕照明聯動。

2.6 聲學

冰壺比賽運動員使用自然聲進行戰術配合，比賽大廳內的臨時聲學構造對賽時、大型活動期間的聲環境提升起到重要作用，將聲學分為4 個2 級要素（圖12、15）,如冬奧會期間在賽道廣告圍擋、臨時看臺表面、南北小樓上部玻璃外側、B1 四周墻面平貼密胺泡沫吸聲棉，外覆透聲廣告布，在緩沖區鋪設地毯，在大廳西立面氣泡墻前部設置網眼吸聲膜，在大廳東側跳水臺與冰壺賽道之間15m 高度內懸掛可拆卸升降式吸聲簾幕。

2.7 比賽大廳圍護結構

冬季場景圍護結構節能關鍵在于氣密性，將比賽大廳圍護結構劃分為3 個2 級要素（圖 16、17）。比賽大廳屋頂采用ETFE 氣枕幕墻為室內營造出明亮、愉悅的光環境，但在冰場環境下，需要減小屋頂和冰面之間的輻射換熱，同時更好地保證全人工照明環境，因此在屋頂雙層氣枕空腔的下層氣枕表面覆蓋不透光PVC 簾幕實現遮黑環境[10]；冬季場景中為降低除濕負荷，需要臨時關閉ETFE 幕墻和比賽大廳的自然通風口，同時關閉不使用的門、窗和百頁，并為比賽大廳出入口增加臨時透明磁吸門簾。

16 比賽大廳圍護結構次級要素及狀態

17 比賽大廳屋頂空腔遮黑示意

3 場景要素體系轉換的關聯機制

體育競賽、大型活動模式中涉及的人員及其需求復雜多樣，涉及全部要素系統性的轉換和調整工作，任一要素的遺漏或性能降低將造成功能的缺失。對冬季、夏季核心場景的轉換來說，這些關鍵要素越清晰，系統性越強，那么轉換工作的效率就越高，轉換期對場館連續運營的影響就越小[11]。

這些關鍵要素在場景轉換中具有系統的關聯性。因此需要對各要素進行深入研究，提升建筑空間和環境的性能，對現場安裝進行周密的計劃。其中，比賽場地從夏季泳池到冬季冰場的相互轉換是最為核心的要素，包括場地的定位、技術系統的應用和安裝精度的控制，以及整體性能的調試。其他各級要素圍繞場地的轉換，按季節場景進行聯動，典型的關聯包括：永久看臺（含無障礙坐席）的使用區域、臨時看臺和技術官員席、媒體席的搭建，都圍繞場地轉換同步進行；比賽技術用房和輔助空間、運行分區和使用功能根據冬夏場景分別設定；裝配式結構體系根據冬夏場地類型拆裝；LED 體育照明根據場地和活動類型調整設定冰、水模式；空調、除濕系統分別按冰場、泳池模式安裝和運行；群智能系統根據季節場景進行自控；圍繞場地轉換調整聲學、外墻遮光設施等（表 3）。

表3 冬夏典型場景轉換關鍵要素狀態對比

為實現冬夏場景長期運營中的順利轉換，科技冬奧專項對涉及的核心要素進行了系統的技術研發，包括冰場裝配式結構系統、可拆裝的制冰和除濕系統、集裝箱更衣室、群智能系統、氣枕遮光系統等關鍵技術，成功地把夏季奧運會的游泳跳水場館轉變為冬奧會冰壺比賽場館，并為冬奧會賽后冬夏場景轉換可持續運營做好了準備。世界冰壺聯合會（WCF）出具的“國家游泳中心交付質量評價函”認為，“在為期38 天的賽會運行期間，冰面從未受到外部天氣條件的不利影響：我們從未遇到過結霜和融冰等問題。冰壺在冰面上完美滑行，沒有任何異常的波動，為冰壺運動員創造了最佳的比賽體驗。”3）

4 結語

本文以國家游泳中心可持續運營為目標，以比賽大廳為核心空間，構建冬夏場景轉換的關鍵要素體系，設定了這些關鍵要素“輕建造、可逆式”的研究方向。此項研究作為水立方冬夏場景轉換的基礎分析，為雙奧場館的可持續運營提供理論和工程實踐指導。大型體育場館的關鍵要素構成與此類似，這一分析和轉換研究在場館策劃、設計和可持續運營中具有普遍意義?！?/p>

注釋

1）泳池環境在夏季室內相對濕度由空調機組冷凍除濕功能保證。

2）比賽時泳池水溫按26℃設計；冰面溫度-8.5℃。

3）Kate Caithness CBE,World Curling Federation,National Aquatics Centre Delivery Quality Appraisal Letter,2022.5.24