绿色科技在冬奥景观项目中的应用实践

2022-07-05李存东史丽秀路璐关午军刘剑邸青

世界建筑 2022年6期

李存东，史丽秀，路璐，关午军，刘剑，邸青

0 引言

2022年2 月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》[1]，重点强调大力推动能源领域的碳减排是做好碳达峰、碳中和工作，以及加快构建现代能源体系的重要举措。随着新一代信息技术与制造业深度融合，3D打印、移动互联网、大数据等新兴技术将重构现有的制造业技术体系，推动实现制造生产方式的变革，智能制造将代替重复和一般技能劳动成为大势所趋[2-4]。在时代大背景下，2022北京冬奥会提出“绿色、共享、开放、廉洁”的办会理念，其中“绿色办奥”坚持生态优先、资源节约、环境友好，为北京冬奥会打下美丽的中国底色。

由中国建筑设计研究院有限公司（简称中国院）承担的冬奥会系列景观项目涵盖2个赛区、4个主项、20个子项，通过节能低碳、生态修复的科技应用，集中展现冬奥赛区与城区的生态、科技与人文之美，是落实国家战略和办奥理念的重要探索（表1）。其中，崇礼主城区空间品质提升规划设计、崇礼冬奥核心区长城保护展示工程以及北京延庆赛区总体生态修复规划设计3个项目在绿色科技的应用实践中具有一定的典型性和代表性。

表1 中国院冬奥会系列景观项目

1 崇礼主城区空间品质提升设计——绿色低碳，城市地标

崇礼主城区空间品质提升项目立足崇礼区的地域特征与发展特色，组建由景观、建筑、交通等专业领衔，规划、艺术、机电、市政、生态、地理、林业、照明等专业配合的项目团队，全面系统开展研究与设计工作。在总体规划中秉承“心象自然”设计理念[5]，通过认识自然、解读自然、心象自然，协调人与自然之间的关系，提出适应性设计的总体思路，将小镇轻轻放入自然山水之中，实现“冰雪之城”与“森林之城”交相辉映的设计愿景。

1.1 水下太阳能光伏技术

崇礼十景之一“小镇烟柳”中的水下太阳能光伏水景在国内首次应用水下碲化镉光伏技术，在崇礼极温-37.4℃的条件下，营造皑皑雪林与潺潺春水交相辉映的冬日盛景，展现生态环保、科技节能的冬奥崇礼新风尚。

水景池底铺设尺寸为600mm×600mm×110mm碲化镉光伏发电地砖共计420块，单块光伏地板砖的功率为46W，项目总装机容量为19.32KW，预计年发电量25，000度左右，每年可实现减排CO2量22.5t。通过全年光伏发电量实现并网发电，回补水景冬季开启时段电加热、喷泉、艺术照明等消耗的电量。在水景模式下，水体深度控制在5～9cm，水温控制在5℃左右，冬季水与冷空气接触瞬间形成大量水蒸汽，加之水下炫彩程控灯光与喷泉的点缀，成为崇礼城区一道亮丽的风景。在旱喷模式下，水景成为互动景观装置，市民与游客可登上水景区域的光伏板开展亲水活动（图1）。

图1 “小镇烟柳”景区及水下太阳能光伏水景建成实景

[崇礼主城区空间品质提升规划设计]项目位置：河北省张家口市崇礼区南部片区

项目规模：423hm2

设计单位：中国建筑设计研究院有限公司；宁之境照明设计有限责任公司；泛在建筑技术（深圳）有限公司

总设计师：李存东

景观设计：中国建筑设计研究院有限公司丨路璐，刘玢颖，邸青，冯然，张云璐，赵金良，任威，刘奕彤，孙雅琳，柏婧睿，魏晓玉，黄潇以，解爽，李得瑞，孟语，侯月阳，颜玉璞，徐瑞；宁之境照明设计有限责任公司丨王东宁，滕昆，于金仓，郭伟，崔朕玫，李鹤，朱丽萍；泛在建筑技术（深圳）有限公司丨徐宁

图3.4 “冬奥荣荫”景区及庆典广场3D打印构筑物建成实景

1.2 模块化广场铺装技术

崇礼十景之一“小镇烟柳”中的半圆广场区域充分依托原有场地条件，保留现状雕塑，将裕兴路两侧环形建筑围合出的圆形场地作为整体进行考虑，通过广场、人行道与车行道一体化铺装打造极富视觉冲击力的广场景观。

在铺装设计中，运用菱形砖体组合出不同灰度的雪花状模块，4种颜色的雪花状模块形成由圆心向外的渐变式铺装，表现“春去冬来，雪飞云起”的景观意向。在材料选择上，根据车行道路和人行广场的不同荷载要求，分别采用石材和砂基透水砖，同时保证不同材料之间颜色和形态的自然衔接（图2）。

图2 “小镇烟柳”景区一体化广场铺装设计与建成实景

1.3 3D打印技术

崇礼十景之一“冬奥荣荫”中3D打印景观构筑物由5个环形拱门组成，象征奥运五环，最高环顶标高13m，在庆典广场的入口处形成新老冰雪博物馆的时空对望，通过框景的手法将视线聚焦于崇礼城区新的地标性建筑物——崇礼冰雪博物馆。

景观构筑物通过3D打印技术制作而成，是一次新工艺、新材料技术在景观行业领域的有力探索。其采用的asa复合材料不仅塑造了拱门高度复杂的几何造型和巨大体量，同时因材料可回收更为经济环保。此外，在制作过程中用3D打印预制组件，再进行现场拼装的方法，也使得设计沟通与方案优化更为便捷，与用传统方式相比可行性更高，同时更具成本效益（图3、4）。

1.4 极寒地区植物选种及反季节种植养护技术

在植被专项研究中，针对崇礼地区森林系统破碎，山体、浅山与城市之间缺少植被过渡和延续的现状问题，发挥可保留的植被基础条件和乡土植物资源的开发潜力，提出“恢复本底、重塑格局、丰富种类、优化群落、提升风貌”的总体策略：

（1）在生态型植物群落中以生态为主，兼顾景观，通过异龄混交、复层混交、针阔混交、速生慢长结合、乡土植物为主的自然式乔灌草复合型结构，实现具有生物多样性保护、净化空气、涵养水源、水体净化等生态效用的功能型群落。

（2）在景观型植物群落中以景观为主，兼顾生态，通过丰富种类、针阔混交、复层混交，形成观赏疏林、疏林草地、花带花丛、滨水群落相结合的季相丰富、空间多维的植被效果。在现状调研记录的主要原生植被和栽培植被的基础上，针对崇礼的极寒天气特点，筛选耐寒抗风的本土植物品种，并根据局部小气候补充选用了适宜生长但尚未引进的部分品种，丰富了崇礼城区景观植被的品种库。

由于工期紧张，在反季节植物种植与养护的过程中，集成创新系列关键技术，保证树木的存活率。在项目施工前、中、后期提供全时技术保障，对崇礼主城区绿地树木开展全流程精准监控和施策，指导后续修复方案调整，以达到最佳景观效果，总体实现“自然生态、彩绿共融、丰富多维、原生乡土”的设计愿景（图5、6）。

图5.6 “山湾观名”景区及崇礼南高速出口迎宾湖建成实景

[崇礼冬奥核心区长城保护展示工程]

项目位置：河北省张家口市崇礼区

项目规模：长城墙体总长约13km，烽火台、敌台共27座

设计单位：中国建筑设计研究院有限公司；宁之境照明设计有限责任公司

总设计师：李存东

文化遗产保护：中国建筑设计研究院有限公司丨刘剑，李金蔓，杨垠莹，刘婉婷，高祥辉，朱国梁

景观设计：中国建筑设计研究院有限公司丨关午军，李和谦，税嘉玲，陆柳；宁之境照明设计有限责任公司丨王东宁，崔朕玫，夏萧，王宏雷，周丽华，梁金龙

2 崇礼冬奥核心区长城保护展示工程——最小干预，绿色照明

崇礼冬奥核心区长城保护与展示照明工程是长城国家文化公园（河北段）的重大标志性工程，也是北京冬奥张家口赛区整体夜景展示的重要组成部分。项目工程内容主要包括本体保护修缮和展示照明两部分，是遗产保护与照明设计的一次跨界尝试。其中本体保护修缮基于对该段长城历史沿革、建筑形制、材料工艺、保存现状及病害类型评估研究的前提，科学制定保护修缮措施。展示照明则是在本体保护修缮基础上，综合考虑赛事转播和赛后可持续的不同需求，明确冬奥核心区段长城夜景照明方案。项目将实现“长城脚下看冬奥，冬奥赛场看长城”的目标，并对弘扬长城文化、传播长城价值具有重要意义。

2.1 视域分析技术

通过运用视域视线规划分析方法，快速有效确定工程范围和措施，保障工程顺利实施。从宏观分析入手，选择赛时重要观看节点开展视域分析，将各处视域分析结果叠加，最终明确设计范围，并为制定保护和展示照明措施提供科学依据。其中可见段作为重点展示对象，不可见段则作为一般展示对象，在降低工程时间和经费成本的同时减少对本体的干预。

冬奥核心区段内长城全长13km，通过模拟分析与实地核验相结合的方法，提高视域分析准确性。项目初期采用Google Earth软件对视域范围进行初步模拟，高效快速明确设计范围和任务要求（图7）。之后根据最新地形数据采用Arc GIS软件对视域范围进行精确校核，并进行现场复核与调整（图8、9），最终确定将位于冬季两项和越野滑雪两赛道之间的6km长城段落作为此次工程实施范围。

图7 通过Google Earth开展的重要视点可见段分析

图8 GIS视域分析叠加

图9 高铁站视线分析现场核验

2.2 基于“最小干预原则”的本体保护与展示照明技术

在工程实施范围的本体保护设计中，将本体保护措施分为清理和修整两种，实现对本体最低限度的干预。其中对大部分长城实施简单的地表清理，维持长城坍塌的自然形态；对距赛道最近的550m段墙体和2座烽火台实施现状整修，将现场坍塌的石块按照原形制原工艺进行局部归安，适度再现长城形态，提升长城本体的近观效果（表2）。

表2 本体保护和展示照明方式分级分类

为提升长城夜间照明效果，凸显长城雄伟形态，通过照明装置对长城原有形制进行灯光模拟复原，在奥运场馆周边的复杂光照环境下点亮长城轮廓，形成白天形态消隐、夜间发光的效果。设计采取点光源铺设、龙骨灯网的方式，确保重要节点的远观效果和近观体验。在灯架设计中，工厂预制、现场组装、可逆形式的轻钢结构，最大限度降低现场作业难度和对文物本体的干预，同时，采用预制模块件衔接支架节点能够缩短工期。所有灯具和支架均无基础，底部为预制铅板，铅板上用近似城墙的石块叠压，通过拉索固定在遗址现场。整体灯架于赛后可完全拆除，将灯具和结构对城墙本体的影响降到最低。在灯珠选择上，坚持文物保护的“最小干预原则”，采用低电压、自发光LED灯网，灯珠每颗耗电0.3W，节能环保。所有灯珠采用全灌胶密封处理，以应对崇礼极端的暴雨或暴雪气候。在照明控制中，对照明色温、方向、强度均进行严格控制，减弱夜间照明对动植物的负面影响，同时减少能源消耗。具体措施包括：设置照明色温为2400K，减弱对夜行生物的扰乱作用；通过灯网与网架的巧妙组合，照明方向向下照亮长城本体，减少洒向空中或邻近森林的逸散光；在提升夜景辨识度方面，充分考虑各照明主体及周边环境的亮度梯度，分段控制照明强度，取得既可突出长城遗存、又符合节能环保原则的效果。点亮后的长城遗址绽放出璀璨光芒，为冬奥会增添了靓丽的文化底色（图10、11）。

图10 城墙铺设灯网效果

图11 烽火台灯架效果

[北京延庆赛区总体生态修复规划设计]项目位置：北京市延庆区

项目规模：规划面积1513hm2，生态修复面积214hm2

设计单位：中国建筑设计研究院有限公司

总体规划师：李兴钢

生态修复设计主持：史丽秀，关午军，朱燕辉

生态景观：王悦，李飒，张宛岚，杨贺明，杨宛迪，李秋晨，常琳，戴敏，管婕娅，王龙，申韬，刘宇婷，李和谦，巩磊，滕依晨，白建立，韩迅，赵芸丽，高宇，李密，税嘉玲，张桂媛

景观给排水：曹雷，刘子贺，张丽

结构：张璐，马玉虎，许亚琦

生态顾问：北京林业大学，北京中环博宏环境资源科技有限公司

3 北京延庆赛区总体生态修复规划设计——自然共谋，山水共生

北京冬奥会及冬残奥会延庆赛区总体规划设计围绕“山林场馆、生态冬奥”，亦即“山林掩映中的场馆群+绿色生态可持续冬奥”的理念展开，通过建筑设计、景观设计和赛道设计联合创新，力图打造具有里程碑意义的赛事场馆，最大程度丰富运动员参赛体验、提升观众观赛感受；最大限度减少工程建设对既有自然环境的扰动，使建筑景观与自然有机结合，在满足精彩奥运赛事要求的基础上，力图建设一个融于自然山林中的绿色冬奥赛区。

3.1 表土剥离、复垦回用技术

表土被喻为原生种子基因库，是保持原生生态资源的最佳介质。根据先期调查与试验所得数据，赛区阔叶混交林区域土壤中含有23科40属49种灌木、草本植物种子。区内剥离表土的利用主要集中在生境保护、边坡工程和景观营造3个方面。建设初期的首要工作是对建设区内表土进行剥离，收集保护表土资源，利用剥离的表土进行后期赛区内造地复垦，以开展生态重建与修复（图12）。

图12 表土剥离

3.2 亚高山草甸恢复技术

赛区所处的小海陀海拔1800m以上区域分布着大面积亚高山草甸，为保护这一珍稀草甸生态系统，在施工前期对草甸进行剥离。施工时将草甸集中存放在影响区外，施工完成后进行草甸回铺。剥离草皮时最适合的规格是大小35cm×40cm，厚度为20～25cm，以保证所取草皮的厚度大于根系深度，从而避免切割根系，保证回铺后草皮的存活率和生长效果，移植总面积2400m2（图13、14）。

图13 高山草甸移植

3.3 近自然森林经营技术

赛区受干扰区域的全域森林生态修复与优化方案涉及修复面积达214hm2，是各赛区生态修复面积之最。设计团队通过对《延庆赛区生态系统本底资源调查报告》的研究，提出“近自然”修复理念，按原有生态系统规律，尽量减少人工痕迹，以保证修复植被群落与现状次生植被群落一致，保证整体景观的完整性。保留原山体植被品种群落特征，栽植蒙椴、蒙古栎、暴马丁香、大叶白蜡、白桦、青杨等植物，建立近自然的人工群落，适当增加冬季常绿植物，以提高建筑周边景观功能和效益，实现自然演替（图15-17）。

图15-17 延庆赛区山林修复效果

图14 高山草甸修复

3.4 生态边坡修复技术

结合赛区海拔落差大的特点，在项目进行初期，根据不同海拔植物的生长习性，制作不同海拔边坡样板段，对植物生长状况进行动态监测试验，收集一手生态数据作为后期生态修复的科学依据，指导后续修复方案调整，以达到最佳景观效果。

针对赛区生态敏感、地质地形复杂、工期紧张等问题，根据不同海拔、功能及立地条件制定全面的“边坡修复模块”，为后期施工提供充足的类型设计依据。同时针对现场面临的不确定性因素，进行“现场设计”，以达到边坡精细化修复效果（图18）。

图18 边坡生态修复效果

3.5 水域生态修复技术

充分利用现有水系、湖塘，结合地形条件和土地利用状况，充分考虑水生保护植物和两栖、爬行动物栖息地建设，拟恢复动物栖息地2处，分别为900m、1050m塘坝。塘坝两侧生态坡岸修复依照“近自然”理念，利用生态工法构筑生态水岸。依据坡岸现有植物种类补种沉水植物、浮叶植物、挺水植物和中生植物（乔灌草）等护坡植物巩固坡岸，形成多层次生态防护，同时构建自然野趣的动物栖息地。

3.6 动植物资源保护技术

对赛区内受到扰动的植物进行“一对一”的保护移栽服务，同时为赛区内珍稀植物构建良好的生长地。通过建立植物保护小区、近地保护小区、迁地保护基地等措施对赛区植物进行原地保护及移栽保护，其中冬奥村原地保护树木313棵，赛区内迁地移植乔木24，272棵，建成迁地保护基地近300亩，成活率约99%；近地移植灌草11，027株（图19-21）。

图19 动物群落监控

4 结语

随着北京冬奥会开幕，中华文明与奥林匹克运动再度携手，奏响团结、和平、友谊的华美乐章。“绿色办奥”是北京冬奥会四大办奥理念之一，也是中国向国际社会做出的庄严承诺。崇礼主城区、冬奥核心区长城、延庆赛区已成为生动、典型的绿色样本，其背后的绿色发展理念也必将成为留给世界的绿色资产和生态财富。绿色科技在冬奥会中的示范应用，将会推动后奥运时代经济社会和相关产业的高质量发展。