人工剖面赛道类场馆新技术的实现

文/梅笑寒 张铭琦

（作者单位：梅笑寒，清华大学建筑学院；张铭琦，清华大学建筑设计研究院有限公司）

国家跳台滑雪中心“雪如意”

北京2022年冬奥会的人工剖面赛道类场馆包括国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台、国家雪车雪橇中心，以及云顶滑雪公园障碍追逐、U型场地技巧、坡面障碍技巧、雪上技巧、空中技巧场地。在这些场馆中产生的奖牌数量将占到北京2022年冬奥会奖牌总数的40%以上，我国雪上优势项目均属此类。

国家跳台滑雪中心“雪如意”位于张家口赛区，地处崇礼山区，占地约 62公顷，其竞赛场馆造型恰似中国传统饰物“如意”，包括山上顶峰俱乐部、 山下看台区、竞赛区（HS106与HS140两条赛道）以及综合区等，HS140赛道垂直落差达到136.2米，场馆建设施工难度极大。首钢滑雪大跳台“雪飞天”位于北京赛区，与首钢工业园区改造相结合，旨在让这座百年历史的钢厂回归市民生活。国家雪车雪橇中心“雪游龙”位于延庆赛区，赛道全长1975米，垂直落差121米，设置16个角度不同、倾斜度各异的弯道，同样具有极大的建设施工难度。

上述三座人工剖面赛道均以预先精确设定的几何剖面形状来控制赛道完成面，以达最佳竞技效果。其办赛精彩程度取决于赛道剖面的建造质量，对加速、转弯、腾空等动作的精确控制依靠对剖面曲线的设计拟合与精细建造。场馆赛道或对自然山体局部地形进行较大修整，或以人工结构支架支撑基准面，因此在建造过程中的生态保护和场馆的全季利用也是可持续发展考虑的重点。

针对上述需求，研究团队以服务冬奥办赛和支撑场馆可持续为目标，研发了数字化设计建造运维、赛道基准面平整性检测、喷射混凝土、观赛热环境保障、赛道剖面转换、山体局部切削面生态再造、装配式建造等技术，应用于国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台、国家雪车雪橇中心等人工剖面赛道类场馆，贡献于北京2022年冬奥会科学办赛，并为国内其他雪上项目场馆建设提供指导和示范。

精细建造与观赛热环境保障

首钢滑雪大跳台“雪飞天”

如何将赛道曲线与场馆形态结合，如何精确控制赛道曲线的建造精度，都是冬奥场馆建设中需要考虑的重点。国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台通过数字化设计建造技术拟合赛道剖面曲线，通过赛道基准面平整性检测技术检测赛道表面建设精度，同时研发观赛热舒适保障技术在上述两跳台进行测试实验，并应用于涞源国家跳台滑雪科研训练基地；国家雪车雪橇中心研发赛道喷射混凝土材料达到毫米级精度，为赛时运动员取得更好成绩提供保障。

我国冬季项目的现状是“冰强雪弱”，雪上项目比赛场馆的设计亦是如此。北京冬奥会雪上项目场馆设计建设之前，人工剖面赛道设计技术仅被少数国外企业掌控，单板大跳台等平昌冬奥会新增项目场馆设计建造国际技术标准亦不成熟。针对这一现状，国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台结合“如意”“飞天”等中国传统元素造型，建立数字化建筑信息模型（BIM）和建造运维云平台指导设计施工，使得符合国际标准的赛道S形曲线与我国文化元素巧妙结合。同时，通过上述场馆建造，我国首次掌握符合国际标准的跳台设计方法与建造技术，并应用于涞源国家跳台滑雪科研训练基地，为国家集训队的训练备战提供符合奥运标准的赛道，未来更可为我国建设同类场馆提供技术指导。

国家跳台滑雪中心和首钢滑雪大跳台均采用人工结构支撑基准面，后加堆雪完成赛道表面铺设，因此其基准面与表面的平整性对于赛道的建造精度和运动员高水平发挥具有重要意义。往届冬奥会跳台多采用定点检测的方式验核赛道精度，较少连续检测表面平整性。基于此，研究团队研发了具有铺层表面平整度智能分析评定功能的智能检测车，可快速完成赛道基准面与表面平整性、线形的检测与评定，精度达到厘米级。并基于北斗定位系统和5G传输技术，在国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台、涞源国家跳台滑雪科训基地获取了赛道线型与赛道雪面平整性数据，卫星记录数据信息达6000余次，测试效果良好，数据准确可靠。

国家雪车雪橇中心“雪游龙”

国家雪车雪橇中心是世界第17条、亚洲第3条、中国第1条雪车雪橇赛道。国家雪车雪橇中心赛道整体为空间扭曲双曲面板壳结构，赛道全长1975米，垂直落差121米，16个弯道角度不同、倾斜度各异，其中第11个弯道为360度回旋，施工难度极大。赛道建设前，国内并无用于主体结构的喷射混凝土，已有技术和材料难以达到表面平整误差毫米级的控制要求。针对这一现状，国家雪车雪橇中心创新研发了赛道喷射混凝土材料，该材料具有高密实度、良好的泵送性能、粘聚性能、易抹面性能等，同时耐久性良好，抗冻等级可达到F500。同时研发了曲面喷射混凝土赛道毫米级精度成型技术，成功打破国外对赛道施工技术的垄断，帮助国家雪车雪橇中心成为国内首条符合奥运竞赛标准的雪车雪橇专业赛道。

冬奥会雪上项目多在室外场馆举行，往届冬奥会也曾因观赛区热舒适度不足而受到争议，因此观众观赛的热环境保障也是本届冬奥会人工剖面赛道类场馆设计建设的重点关注之一。通过实验室测试及在国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台等场馆进行实地测试，研发了与场馆站席、座席和服装整体相结合的观赛人员热舒适提升措施。结合被试主观评价，在温度为-15℃、湿度为60%RH的低温环境中，观赛热环境保障技术对于人体全身热感觉的提升幅度可达约50%，且后续的动态交替加热模式可以实现维持人员热感觉在可接受温度范围内，提升观众观赛舒适度，同时兼顾能源节约。

全季利用与生态保护

除了保障场馆在赛时的利用，奥运场馆的可持续也是设计关注的重点。如何使冬奥场馆在赛后得到有效利用，如何在施工过程中兼顾生态保护、减少碳排放，都是通过冬奥建设帮助该地区长期可持续发展所要考虑的内容。首钢滑雪大跳台研发赛道剖面转换技术实现两个项目的赛道共享，国家跳台滑雪中心运用山体局部切削面生态再造技术减少对山地敏感生态环境的干预，两跳台均采用装配式建造技术减少材料用量，提高建设效率，有效减少建筑物化阶段碳排放。

首钢滑雪大跳台是我国首座结合工业遗产再利用的冬奥会场馆，也是首个滑雪大跳台的永久性竞赛设施。其赛后利用不仅关系到冬奥场馆自身的可持续性，也对促进京西地区发展、延续首钢园区工业记忆具有重要意义。首钢滑雪大跳台创造性地提出单板大跳台（Big Air）与空中技巧（Aerials）比赛赛道共享的设计思路，并研发一种正四面体模块及连接节点，完成世界首例跳台赛道剖面转换。赛时，首钢滑雪大跳台将举办北京2022年冬奥会中的单板滑雪项目；赛后，跳台自身可转换为空中技巧项目赛道，整个园区也将作为冬季奥林匹克体育主题公园向公众开放，从而有效减少建设量，为该区域带来可预见的经济效益与社会效益。

国家跳台滑雪中心地处崇礼山区，生态敏感度高，往届冬奥会也曾因选址山地而在生态可持续方面受到争议。为减少对山地生态环境的负面影响，国家跳台滑雪中心赛道从山体表面架起，保护地表径流及植被超过10000平方米。其高陡边坡开挖工程采用精细爆破成型优化技术，突破了施工环境复杂、工期紧、成本高等难题，在崇礼地区因严寒气候条件每年施工期仅有6个月的情况下，节省工期1/3。同时，该技术实现了局部山体切削面的成型与保护，有效控制了爆破震动对岩体的破坏和周边环境的影响。爆后岩石块度均匀，保障了冬奥赛区生态再造格宾支护体系的建设，使得本地原有岩体利用率达到90%，取得了显著的生态效益和经济效益。

山体局部切削面生态再造效果

在建造过程中尽量减少碳排放是冬奥场馆回应可持续发展目标的重要措施之一，北京冬奥会的人工剖面赛道类场馆也不例外。为应对山地地形复杂、气候寒冷、施工周期短的特点，国家跳台滑雪中心多处采用装配式结构。通过建筑信息化等手段，形成跳台出发区、裁判塔、看台等建（构）筑物的预制装配式建筑信息化技术体系，并结合云平台进行一体化管理，实现了冬奥场馆装配式临时建筑设施的高效率、高质量安全建造，减少山地现场施工作业的工程量并减少建筑垃圾产生。

首钢滑雪大跳台主体结构采用装配式钢结构体系，研发了大部件模块化分段制作与安装、空间异形钢结构精密测控等技术，在保障跳台施工精度的同时实现了高效装配化，300天完成整个场馆建设，使首钢滑雪大跳台成为北京2022年冬奥会第一座竣工并投入使用的竞赛场馆。同时设计选用高强度钢、耐候钢以减少材料用量，有效减少碳排放。

以国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台、国家雪车雪橇中心为代表的北京冬奥会人工剖面赛道类场馆，研发新型喷射混凝土材料，采用数字化设计建造技术、赛道基准面平整性检测技术、观赛环境热舒适保障技术等，保障场馆赛道的精细建造与观赛舒适；研发赛道剖面转换技术、山体局部切削面生态再造技术，采用装配式建造技术等，贡献于场馆赛道的全季利用与建设区域的生态保护。场馆的精细设计建造、赛后利用与生态保护，既是北京冬奥会的办赛要求，也是奥林匹克运动可持续发展的诉求，人工剖面赛道类场馆通过上述设计策略及相关技术研发，以期回应科学办赛理念，贡献于北京冬奥会的成功举办。