冬奥建筑，让奥运精神照进现实

　　冰丝带、冰立方、冰之帆……一个又一个的冬奥竞技场馆以崭新形象与大众见面，讲述着一段段建筑与冬奥的奇缘。
　　冬奥竞技场馆不仅是一个比赛项目的竞技场地，它也记录着体育历史的变迁，承载着人文情怀和体育梦想。
　　每一处冬奥建筑，都是把奥运精神照进现实的载体。 速度与激情
　　国家速滑馆：飞旋飘逸的＂冰丝带＂
　　国家速滑馆是北京2022年冬奥会标志性的建筑，也是北京赛区唯一新建的冰上竞赛场馆，承担速度滑冰项目的比赛和训练。国家速滑馆以＂冰＂和＂速度＂为象征，称为＂冰丝带＂。22根玻璃及钢组成的＂丝带＂飞旋飘逸，宛如运动员在冰面上飞速滑行留下的痕迹，也体现出冰上比赛竞争的精彩与激烈。＂22＂同时也呼应着北京冬奥会举办年份，在场馆里留下时间印记。
　　国家速滑馆
　　作为国家速滑馆的设计方，北京建院把建筑艺术和结构设计有机结合，让世界看到了中国建筑行业的高水平和无限潜力。建筑美学与建筑技术融合的＂冰丝带＂造型、替代传统钢结构的索网屋面、数字化生产与装配技术……北京建院超越了速滑场馆在空间塑形、结构选型、围护体系、制冰系统、节能降耗、绿色低碳等方面的常规做法，用建筑与结构设计的每一次创新把速滑项目的＂速度与激情＂刻进场馆里。
　　国家速滑馆坚持可持续发展策略，在设计、建设、运行全过程期间践行节能低碳原则，打造首例绿建三星冰上竞赛场馆。秉承＂绿色冬奥＂理念，北京建院建立紧凑集约的冰场空间以控制建筑体积，将控制制冰运行能耗作为可持续策略的首要目标。比赛大厅的空间形态和容积大小是冰场环境控制和运行能耗的关键因素之一，其空间容积越小，就越容易实现冰场比赛环境的精准控制和制冰能耗的节约运行。国家速滑馆选择马鞍形态的屋面和单层索网结构体系，压减了超过50%的非必要的室内空间，并将约75%的建筑面积设置于地下空间，而建筑体积的压减和建筑高度的控制，又大大节省了幕墙、屋面等外围护结构的面积和规模，同时实现了绿色节能的建设和运行。
　　国家速滑馆观众厅
　　此外，北京建院在设计中，采用了索结构、金属屋面、幕墙体系等轻质结构与围护体系。国家速滑馆比赛大厅围绕速滑冰面场地和观众看台设置外倾20 的碗形曲面隔墙体系，包含在其中的斜向看台柱作为结构体系的主要基础性支撑，在其顶部设巨型环桁架，内侧张拉单层双向正交索网屋面，外侧斜拉索结构曲面玻璃幕墙，形成一个受力均衡合理、轻质高效节省的结构体系，塑造了宏伟、充满动感的内部空间，在空间效果和结构性能完美结合的同时，实现了节约用材。
　　本次设计首创采用了金属单元柔性屋面和冰丝带幕墙系统。新型单元式柔性金属屋面体系进行了诸多技术和材料方面的创新，解决了与索网结构配套使用的围护系统柔性变形技术难题，填补了装配式模块化屋面系统的空白。建成后，国家速滑馆也成为世界上跨度最大的单层双向正交索网结构体育馆。
　　国家速滑馆幕墙
　　为应对＂冰丝带＂特殊的造型要求，北京建院研发了单索支承异面网壳曲面幕墙体系。在椭圆平面轨迹上，采用由多个平段、曲段组合的典型断面放样，并使用统一半径的弯弧玻璃和平板玻璃板块组合，由3360块曲面和平板玻璃平曲耦合形成自由曲面；结合节能、安全要求，实现高标准的曲面玻璃幕墙工艺和性能，推动了曲面玻璃幕墙的技术进步，创造了建筑工艺美学的新高度。
　　国家速滑馆也实现了首例全冰面设计。速滑比赛场地按照国际滑联（ISU）标准设置400m赛道。通过冰面的分区控制，可满足速度滑冰、短道滑冰、花样滑冰、冰壶、冰球等五大类冰上运动项目的竞赛要求；也可以实现各分区同时制冰，形成一整块无缝完整冰面，其面积约达1.15万m2，赛后能够实现2,000人同时上冰的全民健身需求，助力＂三亿人参与冰雪运动＂。
　　在运营上，国家速滑馆也将应用基于物联网的智能化集成平台，实现全方位运动数据服务、智慧化建筑管理，支撑智慧观赛服务，冬奥赛时将为广大观众呈现一个全新的智慧场馆。
　　和谐与共生
　　国家游泳中心：水与冰的＂圆舞曲＂
　　曾经见证2008北京奥运会的国家游泳中心＂水立方＂将在2022年冬奥会和冬残奥会期间承办冰壶和轮椅冰壶比赛。北京建院承担起它的改造设计任务，让＂水立方＂变身＂冰立方＂，实现＂冰＂＂水＂功能转换。如今，国家游泳中心已经成为世界上第一座可同时运行冰上和水上项目的双奥场馆。
　　冰立方
　　改造的第一个挑战就是＂可逆互转＂。场馆必须在保有水上功能的基础上新增冰上功能，改造完成后的＂冰立方＂不仅功能增加，性能提升，更要实现智能升级。2015年起，科研团队就着手试验性研究，寻找既不影响原来水上功能，又能满足冬奥赛时需求的设计方案。最终，通过在比赛大厅中部搭建可转换结构及安装可拆装制冰系统，形成了具有4条标准赛道的冰壶场地，解决了冰壶比赛的冰面基础问题。
　　这是奥运历史上首次利用奥运会水上项目场馆举办冰上项目比赛。通过支撑体系和移动式制冰系统，＂水立方＂和＂冰立方＂可以自由＂切换＂，进而完成了奥运场馆＂反复利用、综合利用、持久利用＂的实践，也实现了场馆蓄势、蓄能、蓄力、＂可持续，向未来＂的蜕变升级。
　　集装箱式运动员更衣间
　　国家游泳中心的改造坚持＂轻建造模式＂。除了可逆的装配式冰壶场地体系，轻建造模式也体现赛时设施的建设上。比如，现有永久更衣间不足以满足冬奥赛事需求，但大量新建更衣间不仅成本高昂，且挤占场馆赛后运营空间。为解决这一矛盾，北京建院创新应用集装箱式运动员更衣间。通过对＂退役＂集装箱进行低碳环保的功能模块化改造，满足赛事运行时的运动员更衣间需求。赛后，集装箱模块可以无痕移除，还原场馆运营空间，且撤出的集装箱模块还能作为场馆的客服咨询、休息餐饮、商品售卖等公众服务设施使用，或租赁、出售集装箱模块实现场馆经济收益。
　　为实现智慧观赛，北京建院还在照明、弱电等系统进行了改造升级。改造后，国家游泳中心支持虚拟现实、混合现实观赛模式，获得了三星级绿色照明标识证书，与改造前相比，照明节电率达到60%，有效地节能减排，还通过设立可持续监管平台及能源管控中心，充分利用物联网、云计算等群智能技术手段，实现运行能耗和碳排放智能化管理。 传承与创新
　　国家体育馆：奥运＂折扇＂变冬奥＂冰帆＂
　　国家体育馆 杨超英
　　国家体育馆在造型上取意于中国传统＂折扇＂，是目前北京市设施最先进、坐席数量最多的室内体育馆。北京建院按照冬奥会赛时标准将其改造，＂折扇＂传承着奥运精神，变成了在2022年扬帆再行的＂冰之帆＂。2022年北京冬奥会期间，国家体育馆将承办冬奥会男子冰球项目的比赛和决赛、女子冰球项目的部分比赛及冬残奥会冰橇冰球项目的比赛。
　　国家体育馆在改扩建设计中，一方面在延续原有奥运遗产建筑整体风貌的基础上扩建冰球训练馆，另一方面按照冬奥会比赛标准整体升级改造室内设施。通过新建冰雪主题风格的冰球训练馆、两块尺寸可变的冰球比赛场地、＂六室一厅＂高标准装配式更衣室、全新升级的场馆座椅、高清曲面斗屏、全线定制的冰球比赛照明系统、国际化的无障碍设施等，升级＂硬件＂，优化＂软件＂。
　　国家体育馆比赛场地 杨超英
　　原场馆主馆由体操比赛场地改造为冰球比赛场地。两块冰面可以在30米 60米和26米 60米两种尺寸间进行转换，满足冰球、短道速滑、花样滑冰等多种冰上运动项目的使用需求。
　　原场馆北侧广场扩建一个冰球训练场馆，冬奥会期间供运动员训练、热身。赛后该冰球比赛场地和冰球训练场地将永久保留，构建以冰上项目为基础的体育运动、文化展示综合平台。
　　国家体育馆立面优化 杨超英
　　为营造冬奥氛围，北京建院以＂冰雪＂为主题，对建筑立面进行了优化。扩建训练馆的立面设计上采用玻璃作为主要材料，选取双层不同材质与透明度的玻璃经过两次光线折射后，形成类似冰的质感，同时通过玻璃分块的凹凸变化，营造＂冰块＂效果。为提高扩建训练馆的抗震性能，减小超长大跨度结构的温度效应，该馆的桁架支座采用摩擦摆隔震支座。为提高耗能减震，还在隔震支座处设置电涡流阻尼器，形成摩擦摆隔震支座+电涡流阻尼器组成的大跨重载水平隔震系统，保证结构安全。
　　设备设施也同步升级改造。增设制冰及除湿系统，升级空调系统，满足冰场环境要求；根据赛事要求，调整场馆的灯光、音视频等设备；对消防、电力等场馆部分老旧设备进行必要的功能升级。
　　项目建成后，国家体育馆从南至北分别包含主馆（竞赛馆）、副馆（运动员热身及更衣）、训练馆三个部分。各个部分既可以整体联通使用，满足大型体育赛事的需要，也可以分为三个相对独立的区域单独运行，灵活使用。
　　首都体育馆：1968＂第一块冰＂承办2022＂北京冬奥＂
　　首都体育馆
　　由北京建院设计的首都体育馆建成于1968年，是国内第一个室内人工冰场，2016年入选＂首批中国20世纪建筑遗产＂名录，至今已运行53年。跨越半个多世纪，曾经的＂第一块冰＂要在2022年北京冬奥会承办短道速滑和花样滑冰两个重要项目的全部比赛。
　　对于一个文化遗产类建筑改造项目来说，如何既能传承保护建筑文化遗产，又能为建筑融入新的活力、满足最高级别冬奥赛事的需要，做到奥运遗产的可持续发展是北京建院设的重要课题。经过深入的研究论证后，北京建院最终确定＂传承保护、确保赛时、兼顾赛后、绿色科技＂的设计思路。
　　在外观上，本次改造在保持原有建筑风貌、修旧如旧的基础上，对立面材料进行更新。外型不变，于内侧增加保温材料，提高建筑的节能性；墙面细节处理上采用金属嵌缝条，使整体立面更为精致耐用；在入口处，保留了原1968年建馆时的石材铺装，留住历史印记；在内部功能上，通过BIM技术优化减少机房空间，为场馆增加约1600平米功能性用房，缓解老场馆配套功能不足的问题；在园区规划上，增加了大面积的绿化区域、补充了地下停车场部分，极大改善园区整体环境。
　　首都体育馆比赛场地
　　冬奥赛时，首体将同时承办花样滑冰和短道速滑两项赛事，但两项赛事对冰面有不同的温度和硬度要求，而且需要在两小时内实现转换。为满足赛时需求，北京建院与奥组委制冰专家进行了深入的研究与讨论，最终在大型冰场的制冰系统上首次采用新型环保的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，实现了快速、均匀制冰。通过先进的热回收设施，将热量再次用于比赛场馆浇冰热水、除湿机转轮等方面，实现废热利用，大幅降低后期运营费用。在冰面温度转换上，热水浇冰的同时通过温度传感器实时控制制冷机组输出的制冷量，确保冰面快速转换，使用的CFD模拟技术可以对场地温湿度进行测算，确保赛时冰面达到奥运比赛要求。
　　在场馆体验方面，花样滑冰和短道速滑都是最具美感和动感的冰上赛事。为呈现最＂美＂的观赛体验，北京建院创新性地在冰场顶部设计了由36个PTEE膜组成的1332平方米的巨型投影屏幕，通过最新影像技术可以实现各类动态画面呈现，配合最新的声、光、电技术与冰场形成天地一体的视觉盛宴，充分展现＂最美的冰＂这一设计理念。
　　此外，场地坐席主体色调采用＂冰晶＂渐变蓝灰色，色彩清新明快；观众坐席根据人体工程学原理，宽度由原来47cm增加到55cm，坐垫宽度也进行了加长，材质方面采用了弹性材料，大幅提升了使用舒适性。观众厅墙面采用了中国红元素主背景墙，配以从中国篆书提炼形成的运动主题符号，彰显了浓厚的文化内涵。考虑到使用的广泛性，观众席还增设了固定的无障碍席位。
　　首都体育馆观众厅
　　统筹考虑场馆赛后的使用需求，场地天幕的设计除了奥运赛时可提供极具震撼的视觉体验外，也为赛后运行提供了新的功能体验。改造后的首都体育馆，将继续作为各类冰上赛事及各类体育文化活动的场所，推动全民健身、推广冰雪运动。
　　作者：
　　北京建院