鄭方 董曉玉 林志云

北京市建筑設(shè)計研究院有限公司

1 幕墻局部

國家速滑館是一個關(guān)于“速度”的設(shè)計，建筑師將“冰”和“速度”相結(jié)合，形成“冰絲帶”的概念。奧林匹克公園內(nèi)，冰絲帶和鳥巢、水立方交相輝映，成為冬夏兩個奧運的地標(biāo)場館。速滑館集成了通用建筑空間、超大跨結(jié)構(gòu)、自由曲面幕墻、冰場節(jié)能等創(chuàng)新技術(shù)，為北京冬奧會賽時賽后的可持續(xù)運營提供保障。

1 設(shè)計概念

國家速滑館的設(shè)計概念始于建筑內(nèi)部的功能需求，比賽所需的400m環(huán)形冰場決定了比賽大廳的尺度。設(shè)計之初，首先緊貼400m大道冰場的技術(shù)環(huán)道連續(xù)布置看臺，使觀眾最大可能地靠近冰場；然后使用橢圓碗狀的表面切割成12 000座的容量。看臺頂端邊緣沿橢圓平面形成一條起伏連貫的空間曲線，作為屋面的外邊界；吊頂中心點設(shè)定為距離冰面約20m，以有效控制大廳體積?？磁_頂部空間曲線和中心低點自然契合，形成了馬鞍形雙曲面屋頂?shù)某跏紟缀芜壿嫞瑢⒈荣悎龅赝耆?。這種從內(nèi)到外的設(shè)計形成了速滑館簡潔、有力的形象。

設(shè)計任務(wù)書中計劃設(shè)置一個作為訓(xùn)練冰場和多功能廳的副廳，只需考慮少量座席。副廳尺度適中，運營成本也遠(yuǎn)低于比賽大廳，適合舉辦各類中小型活動，與比賽大廳功能互補(bǔ)。因為賽時功能并不需要副廳，所以考慮將冬奧會臨時看臺拆除后的空間用于副廳，作為賽時賽后場景轉(zhuǎn)換的核心策略。一方面，臨時看臺拆除之后的大跨度空間不僅與副廳的尺度相當(dāng)，而且可以提供多樣化的商業(yè)運營契機(jī)；另一方面，在保持建筑體積完整性的基礎(chǔ)上，有效控制賽時建筑規(guī)模，節(jié)省投資。

建筑設(shè)計為通用空間，用以適應(yīng)日益多樣化的城市公共生活。通過屋頂雙曲面的復(fù)雜找形和精確計算，降低比賽大廳的容積，為單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)提供了高效的垂跨比和拱跨比，展現(xiàn)了動感的建筑效果。

2 賽時賽后運營

借鑒2008年奧運會經(jīng)驗，設(shè)計立足于賽后永久設(shè)施，以臨時設(shè)施應(yīng)對賽時需求。根據(jù)賽后運營需求，計劃永久的場地、更衣室、觀眾服務(wù)空間及機(jī)電系統(tǒng)；采用臨時看臺、臨時辦公區(qū)、室外綜合區(qū)等臨時設(shè)施，應(yīng)對奧運會龐大、多變的臨時需求。

賽時場地分為西側(cè)的前院區(qū)和東側(cè)的后院區(qū)兩大部分。場館內(nèi)的前后院區(qū)都是封閉區(qū)域，所有人員只能通過安檢進(jìn)入場館。在冬奧會期間，場地內(nèi)不提供為觀眾服務(wù)的停車場。觀眾主要通過地鐵8號線等公共交通到達(dá)國家速滑館，在西廣場安檢驗票后觀看比賽。場地西南側(cè)預(yù)留奧運會賽時公交專線車場。后院位于東側(cè)，靠近奧林西路，是一個封閉管理的安全區(qū)域，為運動員及隨隊貴賓、電視轉(zhuǎn)播、媒體、技術(shù)員等持證人員提供集散空間、管理和運營設(shè)施、倉儲等必要服務(wù)，包括室內(nèi)空間和室外場院。奧運會期間，后院人群的使用面積需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于賽后日常運營的需求。因此，設(shè)計詳細(xì)區(qū)分了這些空間的狀況，將所有功能房間劃分為永久用房和臨時用房兩大類，臨時用房搭建于停車場和觀眾前院等位置。

2 從奧林西路步行橋望向速滑館

業(yè)主：北京國家速滑館經(jīng)營有限責(zé)任公司

建設(shè)地點：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（初步設(shè)計和施工圖）

總建筑面積：126 800m2

設(shè)計時間：2016—2018

建成時間：2021

4 從奧林匹克塔望向速滑館

從2008年奧運場館賽后運營情況來看，建筑空間和衍生功能的多樣性遠(yuǎn)超預(yù)期。以水立方為例，除了游泳、跳水、花樣游泳的比賽、訓(xùn)練和健身外，場館用于演出、大型活動和商業(yè)娛樂的適應(yīng)性非常廣泛，從國事活動到學(xué)術(shù)論壇，從世界錦標(biāo)賽到嬰兒游泳訓(xùn)練，通用的空間框架為賽后運營提供了高度靈活的技術(shù)條件。

5 運動員區(qū)的下沉庭院

6 首層平面圖

7 剖面圖

8 西廣場夜景

速滑館的比賽大廳是奧林匹克公園內(nèi)最大的室內(nèi)空間，與鳥巢的室外體育場、國家體育館的體操/冰球場地、水立方的游泳/冰壺場地、國家會議中心的會展空間形成良好的運營互補(bǔ)。速滑大道的內(nèi)場通常設(shè)置兩塊標(biāo)準(zhǔn)的冰球場地，用于日常冰上訓(xùn)練。2010年溫哥華冬奧會的列治文奧林匹克速滑館在賽后改造為社區(qū)運動中心，設(shè)有冰球場、跑道、籃球場等。2002年鹽湖城冬奧會速滑館在速滑場地外圍設(shè)置田徑跑道。國家速滑館的場地條件除了滿足這些類似的功能，還考慮內(nèi)場全部制冰覆蓋，形成一個無阻礙的11 500m2的大型冰面，不僅為日常大規(guī)模的公眾冰上健身提供場地，也為賽后的商業(yè)演出預(yù)留了超乎想象的空間。從以往的經(jīng)驗來看，體育館屋面的吊掛承重荷載經(jīng)常會限制演出設(shè)施的布局。為此，按照5個不同的屋頂區(qū)域考慮屋面附加吊掛活荷載分布，每個區(qū)域吊掛均布活荷載0.5kN/m2（不互相組合），集中活荷載分配到每個區(qū)域中間的4個吊點，每個吊點75kN，總計300kN。

大部分場館附屬的運營空間，如運動員、競賽管理、媒體、場館運營等都位于地下。因此，在東西兩側(cè)設(shè)置下沉庭院，為地下空間提供自然采光和通風(fēng)。這些運營空間統(tǒng)一按照標(biāo)準(zhǔn)辦公區(qū)設(shè)置，以利于賽后的功能轉(zhuǎn)換。

3 超大跨索網(wǎng)結(jié)構(gòu)

速滑館屋面南北方向長跨200m，東西方向短跨130m。如果采用桁架體系，所需的結(jié)構(gòu)斷面高度將大幅增加建筑的總體高度，與盡可能控制建筑高度的出發(fā)點相悖。屋面的雙曲面建筑形式符合索網(wǎng)體系的受力特點，因此采用單層正交雙向馬鞍形索網(wǎng)體系。承重索沿東西向，垂跨比1:14.4；穩(wěn)定索沿南北向，拱跨比約28.6。網(wǎng)格間距4m，平行雙索，采用直徑70～78mm的高釩封閉索，索網(wǎng)端部連接在環(huán)形桁架上。

索網(wǎng)的找形始于集約空間的目標(biāo)。首先控制冰面中心的凈高約20m，自中心點開始，按照有效的結(jié)構(gòu)垂跨比、拱跨比控制，向東西側(cè)高處看臺上升，向南北側(cè)低處看臺下降，形成空間雙曲面。然后測試雙曲面的室內(nèi)外建筑效果，在結(jié)構(gòu)效率和動感的建筑形式之間尋求平衡。這一找形方法有效地控制了比賽大廳的空間容積，降低了冰場制冰、除濕、空調(diào)等能耗，為大廳的混響時間控制提供了有利條件。同時，單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)極大地降低了建筑的整體高度，使其自然融入仰山腳下的森林公園。通過單層雙向正交雙曲面索網(wǎng)的設(shè)計，實現(xiàn)建筑功能、超級結(jié)構(gòu)、綠色節(jié)能與建筑效果的協(xié)調(diào)一致。

4 自由曲面幕墻

大道速滑是在400m長的橢圓冰道上對抗速度的競賽，速度是設(shè)計概念的核心。運動員一圈圈地飛馳而過，在冰面上留下晶瑩閃亮的刻痕，這些速度的印跡沿著橢圓輪廓上升、彎曲、內(nèi)外交錯，形成“冰絲帶”的立面。

從雙曲面屋頂邊緣起始，立面自上而下向外傾斜，在二層形成最大平面，以容納比賽場外圍的一圈觀眾休息廳。立面的絲帶數(shù)量、密度以及玻璃的折面方式經(jīng)過多次測試，選定為在基準(zhǔn)線上彎曲4次，形成層疊的褶皺。幕墻的自由曲面是由橢圓短軸和長軸兩個端點的典型斷面沿橢圓平面和馬鞍形屋面外邊緣放樣形成。在兩個典型斷面中，曲面玻璃的半徑統(tǒng)一為1 500mm，其他為相切的直線段，曲面板塊的面積約占47%。這種做法既簡化了玻璃加工的工藝，又達(dá)到了相對滿意的曲面效果。

之后，在曲面安裝直徑35cm的印刷玻璃遮陽圓管，凸起處密集、凹陷處疏松，總計22根。玻璃管呈半透明狀，與高透明度的曲面玻璃互相映襯。絲帶使用的超白玻璃集成了小半徑半圓彎曲、鋼化、夾層膠片和漸變彩釉印刷等工藝，對當(dāng)前幕墻玻璃的設(shè)計應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。2018年初，在恒溫、恒濕、正壓車間進(jìn)行工藝測試，成功生產(chǎn)了第一條“冰絲帶”，再通過原型測試對幕墻的構(gòu)造工藝進(jìn)行驗證。從設(shè)計到幕墻深化、玻璃板片加工、幕墻單元生產(chǎn)以及現(xiàn)場安裝均采用同一個三維模型，實現(xiàn)了設(shè)計、生產(chǎn)、建造全過程的數(shù)字化。曲面幕墻結(jié)構(gòu)采用單索支承網(wǎng)殼體系，斜向幕墻索和豎向的S形龍骨協(xié)同作用，以呈現(xiàn)如同絲帶般的效果。索和龍骨的連接采用特別設(shè)計的梭形節(jié)點，展現(xiàn)幕墻構(gòu)造的精巧細(xì)節(jié)。

9 幕墻的幾何建構(gòu)

10 施工中的索網(wǎng)

11 比賽大廳的鋁覆層膜結(jié)構(gòu)吊頂

12 比賽大廳周圍看臺

13 觀眾入口大廳

14 觀眾休息廳

5 冰場節(jié)能

比賽大廳的頂棚對冰面的輻射熱負(fù)荷高達(dá)冰面全部負(fù)荷的40%，可以通過控制頂棚材料的發(fā)射率大幅度降低制冰的能耗。常見頂棚材料的發(fā)射率高達(dá)0.9左右，而在膜材表面噴覆高亮的鋁涂層，可以使其降低至0.3～0.6。低發(fā)射率的頂棚熱損失小，表面溫度通常能夠保持在冰場環(huán)境露點溫度以上，以降低和避免結(jié)露現(xiàn)象的產(chǎn)生。國家速滑館采用的鋁覆層膜結(jié)構(gòu)吊頂發(fā)射率小于0.3，這使得比賽大廳的內(nèi)部空間呈現(xiàn)前所未有的非物質(zhì)性效果。

冰絲帶是世界首個采用CO2直冷制冰系統(tǒng)的大道速滑館，大幅提高了冰場溫度的均勻度，制冰余熱回收后，用于生活熱水、澆冰車用水、轉(zhuǎn)輪除濕等。速滑館屋面外緣設(shè)置建筑一體化的太陽能光伏電力系統(tǒng)，藍(lán)色的單元電池板自屋頂外邊緣向內(nèi)側(cè)漸變排列，如同正在融化的雪，展現(xiàn)冬季運動的特色。

6 結(jié)語

國家速滑館以奧林匹克森林公園為映襯，以冰上劃痕為空間意象，從臨時看臺和副廳的轉(zhuǎn)換形成賽時賽后場景的關(guān)鍵，應(yīng)用超大跨索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、高集成工藝曲面幕墻、低輻射膜結(jié)構(gòu)頂棚等技術(shù)，以數(shù)字模型協(xié)同設(shè)計、生產(chǎn)和建造，為“精彩、卓越、非凡”的冬奧盛會提供了超越技術(shù)本身的借鑒意義。

圖片來源

圖1，8，12 為劉興華拍攝；圖4 為趙強(qiáng)拍攝；圖5 為金衛(wèi)鈞拍攝；圖10 為蔡昭昀拍攝；其余圖片均為作者自繪或自攝。