北京冬奥场馆里的高科技

许怡菲

国家速滑馆是北京2022年冬奥会速度滑冰比赛场馆，也是北京冬奥会标志性场馆，因为其外观设计如丝带飞舞又被称为“冰丝带”。

国家速滑馆外形酷似天坛造型，曲面玻璃幕墙随着屋顶轮廓的高低变化水平延展。在夜间，国家速滑馆将会被点亮，在奥林匹克森林公园实现“丝带飞舞”。这种创新型曲面玻璃幕墙，其设计灵感来自冰雪运动与速度的结合，盘旋的“冰丝带”象征着速度滑冰运动员高速滑进时冰刀留下的轨迹，同时22条“冰丝带”又象征着在2022年举办北京冬奥会。国家速滑馆采用双曲面马鞍形单层索网结构屋面设计，南北长跨约200米，东西短跨约130米，是目前世界上规模最大的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。国家速滑馆屋面选用索网方案，主要是出于节能环保、节约材料的考量，其用钢量仅为传统屋面的四分之一。同时，“丝带”本身既是幕墙钢结构的重要部分，还能起到遮阳、节能的作用。

国家速滑馆是世界上首个采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术的冬奥速滑场馆。该技术是目前世界上最先进、最环保的制冰技术，碳排放值趋近于零，制冰能效大幅提升。由于国家速滑馆冰面面积达到1.2万平方米，也成为目前世界上最大的采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的多功能全冰面。赛后冰面可进行分区制冷，对每块冰单独控温，实现场馆“同时运行、不同使用”。场馆制冰系统集成设计和冰板结构设计两个关键设计方案已取得专利。

国家速滑馆最厉害之处在于它是智慧型体育场馆，这一点体现在智能化观赛服务、智能化场馆管理、智能化赛事组织三大方面。观众通过手机APP能实现无纸化入场检票、智能导引至停车位和场馆坐席、了解赛事特点解析和精彩片段回放。同时该场馆还设有智能化人脸识别安保门禁、智能消防控制、供配电控制等。此外，包括场地照明调节、温度湿度控制、物柜存取等也将实现智能化。值得一提的是，国家速滑馆在设计上还融入了绿色环保的建设理念，充分利用场馆制冷产生的废热用于运动员生活热水、融冰池融冰、冰面维护浇冰，每年能节省180万度电；同时利用无处不在的空气能，为3000平方米场馆管理用房供暖，由此每年可实现160吨二氧化碳的减排。

曾经作为2008年北京奥运会游泳场馆的国家游泳中心“水立方”在2022年冬奥会期间成为冰壶场馆，这也是世界上首个在泳池上架设的冰壶场馆。“水立方”变成“冰立方”是怎样完成的呢？

也许你会说，把游泳池填平再冻冰不就行了吗？“水冰转换”听起来似乎很简单，但实际上是一项大工程。

首先，要考虑的是如何“填坑”。冰壶比赛对冰面平整度要求极高，每平方米在承受150千克重量的情况下，冰面变形不能超过1毫米。如何保证冰面在稳定牢固的同时，还能达到冬奥会比赛要求？制冰团队研发了可拆装的钢结构作为冰下主体结构，为冰壶赛道提供牢固的结构支撑。它由2600根3米高、2米长的薄壁H型钢搭建而成，每根梁柱装有柱脚，每个连接点装有可拆卸的高强度螺丝，确保钢架坚固结实。往上依次是10厘米轻质混凝土预制板和两层各5厘米厚的保温层，接下来是PE防潮隔离层及无纺布层，在7厘米的制冰排管及蜂窝支架之上，才是运动员接触到的真正冰层。考虑到赛后每年用于冰壶比赛的时间只有两三个月，因此，它的制冰系统全部是临时的，制冰系统和底层的支撑系统能够持续转换和反复利用。

其次，从高温高湿的泳池环境，到低温干燥的冰场环境，可谓“冰水两重天”。改造后的场馆实现了智能升级，场馆的智能系统会根据实际情况自动调节，确保冰壶赛道冰面温度达到-8.5℃，冰面以上1.5米处温度保持在10℃，相对湿度不超过30%，看台温度在16℃至18℃，既满足了冰壶比赛环境的需要，又为观众营造了舒适的观赛环境。因为冰壶比赛对现场环境要求极高，如果比赛场馆未能得到有效密封，那么湿热空气就会进入赛场内，造成冰面起雾，直接影响冰壶比赛的正常进行。为此，专家们对比赛大厅一层及池岸层的出入口进行了物理改造，增加了室内外空气隔离设施。

在改造过程中，很多原来引以为傲的设计也都成了待解的难题。比如，“水立方”的蓝色泡泡外墙，蓝色膜结构形体轻盈、透光性强，但冰面十分“娇气”。技术团队便给水立方“拉上了窗帘”——在膜结构下覆了一层PVC膜，避免阳光照射对冰的影响。等到“冰立方”切换到夏季模式“水立方”时，“拉开窗帘”即可。

五棵松体育馆曾是北京2008年奥运会篮球比赛场馆，赛后成为中国篮球比赛最重要的场馆，同时还是中国流行音乐的标志性场馆。北京冬奥会期间它被改造为冰球比赛场馆。通过改造，这座场馆6小时内可实现“冰篮转换”，也就是说，第一天还在举办CBA联赛，第二天就能转换为冰上比赛场馆。该馆创造性地利用“冰坝”技术，使场馆拥有30×60米和26×60米两种尺寸的可转换冰场，同时还成为能承办冰球、短道速滑、花样滑冰三项赛事的通用型场馆，这在国内尚属首次。

五棵松体育馆还新建电动伸缩看台系统，可满足篮球、冰球、花样滑冰、演唱会等场地需求，满足不同赛事、文化活动的观看需求。场馆还重点对现有照明设施和显示系统进行了改造：照明系统各项指标可达到HDTV超高清转播水平，满足超高速摄像机回放要求；显示屏达到高清标准，具备现场同步直播、精彩瞬间捕捉、赛况信息播报、计时记分统计、广告播出等多项功能，大幅提升了观赛体验。

由于冰球比赛的特殊性，每支球队都携带有大量的随行装备，因此，赛时每支参赛队都必须有自己固定的更衣室。根据比赛需求，五棵松体育馆把之前的4间更衣室改造成6间，同时，作为运动员训练场地的五棵松冰上运动中心也建了6间更衣室。更衣室内配备更衣柜、按摩室、教练室、磨刀室和备餐区等，还建有储物间、卫生间和淋浴间。五棵松冰上运动中心地下有专门通道可以直通五棵松体育馆，方便球员快速往返于训练场地和比赛场地。

国家雪车雪橇中心位于北京2022年冬奥会延庆赛区西南侧，依托海拔2198米的小海坨山天然山形建设。它是北京冬奥会中设计难度最高、施工难度最大、施工工艺最为复杂的新建比赛场馆之一，赛道分为54个制冷单元，全长1975米，垂直落差超过121米，由16个角度、倾斜度都不同的弯道组成。国家雪车雪橇中心采用“毫米级”双曲面混凝土喷射及精加工成型技术，1975米赛道一次性喷射浇筑成型。

值得一得的是，国家雪车雪橇中心是全球唯一建在山体南坡的赛道。为了解决阳光照射使赛道冰面温度升高的问题，国家雪车雪橇中心也成为全球唯一全遮阳棚遮挡的赛道。外界环境温度再低，只要有阳光直射，冰面也会融化、蒸发，影响赛道质量。所以，为了不让光线直接照射冰面，项目团队研发出一套独特的地形气候保护系统，赛道遮阳棚结合赛道形状、地形等，实现了传统木结构与现代钢结构的完美结合，有效保护了赛道冰面，也最大限度降低了能源消耗。