鄭方 孫衛(wèi)華 馮喆

北京市建筑設(shè)計研究院有限公司

國際奧委會于2021年2月發(fā)布《奧林匹克2020+5議程》，以“奧林匹克運(yùn)動：把挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)遇”為主題，提出不再使用新建永久場館舉辦奧運(yùn)會等建議，“把長期的可持續(xù)性，包括經(jīng)濟(jì)視角的可持續(xù)性作為首要基礎(chǔ)”。2022年北京冬奧會成為場館可持續(xù)建設(shè)的典范，如冰上競賽場館中，僅國家速滑館為新建，其他競賽場館均為改造再利用。

2008年奧運(yùn)會期間，國家游泳中心（水立方）成功舉辦了游泳、跳水和花樣游泳比賽。在這里，游泳運(yùn)動員24次打破21項(xiàng)世界紀(jì)錄，成為世界上“最快的游泳池”。賽后，水立方實(shí)現(xiàn)了多樣化運(yùn)營，持續(xù)舉辦從國際級到社區(qū)級的游泳/跳水比賽，開發(fā)各類商業(yè)/藝術(shù)大型活動，服務(wù)市民游泳健身等。這些實(shí)踐成為全球奧運(yùn)場館運(yùn)營的典范，并于2019年獲得國際奧委會頒發(fā)的“體育和可持續(xù)建筑獎”。2022年冬奧會冰壺比賽和冬殘奧會輪椅冰壺比賽為水立方增加了“冰”的功能，建立了可轉(zhuǎn)換的冬季運(yùn)營新場景。

從奧運(yùn)會游泳比賽到冬奧會冰壺比賽的場景轉(zhuǎn)換，需要建立建筑空間、體育場地、室內(nèi)環(huán)境、智慧運(yùn)行等系統(tǒng)性的核心要素關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換策略，涵蓋建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、能源、智能化與工程建造、臨時設(shè)施等關(guān)鍵領(lǐng)域，服務(wù)賽時、賽后多種使用人群。在科技部支持下，跨專業(yè)科研團(tuán)隊針對國家游泳中心（冰立方）展開創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范，推動實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)會的長期可持續(xù)發(fā)展，開創(chuàng)面向未來的智慧運(yùn)行場景示范。

體育場館在運(yùn)行中的功能并非單一、固定的，而是服務(wù)于比賽、訓(xùn)練、集會、展覽等不同活動。每種主要運(yùn)行狀態(tài)為一個核心場景，這些場景的相互轉(zhuǎn)換是普遍性問題，只是有的相對簡單，有的高度復(fù)雜，需要精密的技術(shù)體系支撐。

1 建筑空間

建筑空間的通用性（尤其是比賽大廳和周圍的輔助空間）是多功能場館的出發(fā)點(diǎn)，也是運(yùn)行場景轉(zhuǎn)換的核心。水立方平面為邊長177m的正方形。游泳池位于地下一層，南北兩側(cè)分別是競賽管理區(qū)和運(yùn)動員區(qū)。地下一層以上的內(nèi)部空間由縱橫兩道ETFE氣枕墻體分成三個大跨空間：1）靠近南立面是戲水樂園；2）西側(cè)是上下層疊的熱身池大廳和多功能網(wǎng)球場；3）東北側(cè)包括中部的比賽大廳、南北小樓和南北步行街。這樣一個豐富的內(nèi)部空間體系為賽事、大型活動和商業(yè)運(yùn)營提供了高度的適應(yīng)性。

奧運(yùn)場館的基本模式為“永久場館+臨時設(shè)施（Overlay）”，這需要使用功能高度靈活，賽時臨時設(shè)施易于安裝；具備良好的基礎(chǔ)設(shè)施條件，避免臨時設(shè)施規(guī)模過大，從而節(jié)約辦賽和大型活動的投資。

1.1 比賽大廳

比賽大廳是競賽和大型活動的核心場所，中部是游泳池和跳水池場地（不計跳塔，包括泳池池岸在內(nèi)的場地約為長100m、寬40m、高28m）。2008年奧運(yùn)會賽時，比賽大廳觀眾席位17 000個；賽后拆除二層及以上的臨時看臺，保留南北兩側(cè)約5 000座的永久看臺。比賽大廳屋頂裝備先進(jìn)的機(jī)電系統(tǒng)，屋頂鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)預(yù)留吊掛點(diǎn)，為臨時設(shè)施的安裝提供條件。

1 夜景鳥瞰

業(yè)主：北京市國有資產(chǎn)經(jīng)營有限責(zé)任公司

建設(shè)地點(diǎn)：北京市朝陽區(qū)

建筑設(shè)計：北京市建筑設(shè)計研究院有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：鄭方、孫衛(wèi)華

設(shè)計團(tuán)隊：董曉玉、宋剛、唐文寶、馮喆、朱碧雪、王雪生、陳盛、汪波、任重、王瀟瀟

總建筑面積：50 000m2

設(shè)計時間：2016—2020

建成時間：2020

2 通用建筑空間

夏季，比賽大廳為泳池模式，用于游泳/跳水/花樣游泳比賽、藝術(shù)裝置體驗(yàn)、公眾日常參觀；大型活動時，采用臨時腳手架和面板系統(tǒng)部分或全部填充泳池。冬季，比賽大廳為冰場模式，可進(jìn)行冰壺、冰球、短道速滑和花滑等項(xiàng)目的比賽和訓(xùn)練；大型活動時，采用冰被覆蓋部分或全部冰面。

永久看臺為標(biāo)準(zhǔn)坐席，可臨時搭設(shè)媒體席位、攝像機(jī)平臺等設(shè)施。東西兩側(cè)為冰場模式和大型活動時搭建的臨時看臺，西側(cè)為冬奧會媒體、評論員和電視轉(zhuǎn)播席位；東側(cè)為普通觀眾席位。永久看臺和臨時看臺分別為冬殘奧會設(shè)置充足的殘疾人席（包括陪伴席）。

1.2 熱身池大廳

熱身池大廳是為游泳比賽設(shè)置的熱身、訓(xùn)練泳池，緊鄰比賽大廳，使用便利；日常為游泳俱樂部，向公眾開放。冬奧會期間，使用腳手架將泳池墊平，作為場館媒體中心使用。

1.3 多功能廳

熱身池正上方為高17m的多功能廳，側(cè)墻和屋面由ETFE氣枕幕墻圍合，面積約2 600m2，日常布置3片網(wǎng)球場或舉辦各類中小規(guī)?；顒?。2008年奧運(yùn)會期間，這里作為場館安保中心使用；冬奧會期間，用于工作人員和志愿者的休息與用餐。

1.4 競賽用房

地下一層比賽場地周圍為永久性的運(yùn)動員更衣室、技術(shù)與競賽管理用房。由于冬奧會冰壺比賽需要22間更衣室，因而在臨近池岸處改建了永久更衣室，再通過臨近車庫中布置的集裝箱補(bǔ)足所需的臨時更衣室數(shù)量。運(yùn)動員醫(yī)療站、興奮劑檢查站為永久設(shè)施，其他運(yùn)動員休息室、熱身區(qū)均在車庫臨時設(shè)置。

3 冬季場景首層平面圖

4 2008 年奧運(yùn)會賽時模式

5 比賽大廳泳池模式

6 比賽大廳冬奧會冰場模式

7 熱身池大廳

8 多功能廳

9 冰場結(jié)構(gòu)搭建

2 冰場/泳池場地

比賽場地是體育場館運(yùn)營的功能核心。一般來說，北美冰球和籃球的商業(yè)模式較為發(fā)達(dá)，而且二者場地的長寬比例接近，常通過伸縮看臺等設(shè)施實(shí)現(xiàn)場地的轉(zhuǎn)換，國家體育館、五棵松體育館等均借鑒了這種模式。在北京冬奧會之前，冰場和泳池兼作冬夏運(yùn)營的場地，僅見于日本相模原銀河體育館的孤例：銀河體育館將腳手架結(jié)構(gòu)支撐木夾板作為場地基層，使用臨時敷設(shè)的塑料管道制冰，雖然可以服務(wù)社區(qū)，卻無法承擔(dān)更高級別的比賽。

在泳池上方搭建冰場，需要解決兩個關(guān)鍵問題：一是高精度、快速安裝的預(yù)制基層，二是精密的移動制冰系統(tǒng)。冰壺場地包括4條賽道，每條長45.72m、寬5m。制冰的范圍為賽道端線各增加3m，兩側(cè)各增加1m。冰壺庫、冰車均需存放于冰面，制冰系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)需要采用模塊化設(shè)備，在場地附近安裝。

10 冰壺場地剖面圖

11 看臺前沿的臨時布風(fēng)管

表1 泳池模式和冰場模式的設(shè)計參數(shù)

12 制冰技術(shù)控制臺

在科技冬奧專項(xiàng)支持下，科研團(tuán)隊研發(fā)了由鋼框架、預(yù)制混凝土板、保溫板、防水層復(fù)合的場地構(gòu)造體系和快速安裝工藝。在基層之上，使用一種蜂窩網(wǎng)格支撐的高強(qiáng)PVC管道制冰。經(jīng)過全尺寸冰場比賽測試，這一體系獲得了世界冰壺聯(lián)合會（World Curling Federation,WCF）的認(rèn)可。由此，國家游泳中心（世界最快的游泳池/冬奧標(biāo)準(zhǔn)的冰場）建立了冬夏場景轉(zhuǎn)換的場地核心。

3 可調(diào)節(jié)的環(huán)境

比賽大廳的運(yùn)行目標(biāo)是為運(yùn)動員和觀眾提供舒適的室內(nèi)熱濕環(huán)境、光環(huán)境和聲環(huán)境，同時兼顧大型活動的使用需求。在泳池環(huán)境下，減少水的蒸發(fā)，控制建筑內(nèi)表面不結(jié)露；在冰場環(huán)境，控制冰面結(jié)霜和冰的不均勻升華。

3.1 熱濕環(huán)境

泳池模式和冰場模式的熱濕環(huán)境參數(shù)如表1所示，夏季泳池區(qū)和冬季冰場區(qū)風(fēng)速＜0.2m/s。科研、設(shè)計、運(yùn)行團(tuán)隊在對冰場模式下比賽場區(qū)域置換送風(fēng)和固定看臺前沿布袋風(fēng)管送風(fēng)兩種方案進(jìn)行詳盡模擬和比賽實(shí)況測試后，選用布袋風(fēng)管送風(fēng)的方式，最大程度地降低氣流分布對冰面的影響。地下二層局部改造為除濕機(jī)房。

為降低除濕負(fù)荷，減少不穩(wěn)定氣流對冰面質(zhì)量的影響，對比賽大廳圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)。冬季場景下，臨時封閉ETFE幕墻和比賽大廳的自然通風(fēng)口；檢查和密封ETFE屋頂預(yù)留的吊點(diǎn)開口，提升幕墻本身的氣密性；比賽大廳出入口增設(shè)透明簾幕，防火門賽時保持關(guān)閉狀態(tài)。

3.2 光環(huán)境

水立方采用的ETFE氣枕幕墻為游泳運(yùn)動創(chuàng)造了明亮、愉悅的自然光環(huán)境。為避免自然光直射冰面，比賽大廳屋頂空腔的下層氣枕表面覆蓋不透光的PVC膜，保證冰上比賽在遮黑模式下進(jìn)行。比賽大廳的電視轉(zhuǎn)播照明全部更換為LED燈具，以降低對冰面的熱輻射。照明模式涵蓋冬季冰壺、夏季游泳/跳水、體育展示等大型活動的功能需求。

3.3 聲環(huán)境

由于比賽大廳容積大，夏季泳池水面與池岸瓷磚反射性強(qiáng)，空間可覆蓋的聲學(xué)板面積有限，因而在游泳比賽時，觀眾滿場模式下的混響時間為2.5s。但是，在進(jìn)行冰壺比賽時，冰面同樣是高反射表面，而且運(yùn)動員需要自然聲呼喊隊友、交流戰(zhàn)術(shù)，這就要求場館混響時間盡可能縮短。因此，我們在看臺下的側(cè)墻增加了永久吸聲材料，在臨時看臺表面、面向大廳的室內(nèi)玻璃隔斷等部分增設(shè)臨時吸聲板，在地面鋪設(shè)地毯，以增加吸聲量，同時在東側(cè)臨時看臺后增設(shè)賽事形象景觀，以縮減大廳容積，最終達(dá)到冬季冰壺比賽模式下2.0s的混響時間。

4 數(shù)字冰場和智慧運(yùn)行

冰壺的運(yùn)行曲線由速度、旋轉(zhuǎn)角速度和運(yùn)動員刷冰干預(yù)形成。通過連續(xù)的視頻捕捉可以分析冰壺的動態(tài)、還原曲線，并對冰面的摩擦系數(shù)形成數(shù)字化反饋。對大量曲線的深度學(xué)習(xí)可以對冰壺的運(yùn)行進(jìn)行某種程度的預(yù)測。曲線的還原和預(yù)測能夠?yàn)橛^眾現(xiàn)場觀賽、體育展示和電視轉(zhuǎn)播提供豐富的數(shù)字化體驗(yàn)。基于數(shù)字場館模型的運(yùn)行設(shè)計，能夠讓運(yùn)行團(tuán)隊實(shí)時動態(tài)地了解各空間的工作崗位狀況、人群密度、環(huán)境參數(shù)等信息，并及時做出反饋。同時，也可以向觀眾、運(yùn)動員、媒體等客戶群提供智慧場景服務(wù)，包括預(yù)先了解注冊分區(qū)、工作流線、看臺視角、服務(wù)設(shè)施、體育信息等。

5 結(jié)語

除特定比賽之外，體育場館還需要多功能、多場景策劃，以實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)利用，包括賽時/賽后、大型活動/公眾健身、冬/夏季節(jié)的使用等。國家游泳中心通過水立方/冰立方冬夏場景的轉(zhuǎn)換，形成了關(guān)鍵的運(yùn)營場景要素模型、技術(shù)支撐體系和智慧場景應(yīng)用，不僅服務(wù)于2022年冬奧會比賽，也為未來體育場館尤其是奧運(yùn)場館的可持續(xù)運(yùn)營，提供了一個具有普遍意義的示范案例。

圖表來源

圖1 為馬健強(qiáng)拍攝；圖4，7，8 由國家游泳中心提供；其余圖表均為作者自繪或自攝。