李世沖，陳榮欽

(1.倫敦大學學院建筑學院，倫敦 WC1E 6BT；2.北京市建筑設計研究院，北京 100084；3.清華大學建筑學院，北京 100084)

2022年北京冬奧會的成功舉辦舉世矚目。通過長達七年的籌辦，我國冰雪項目大型體育場館和設施規(guī)劃建設水平得到了長足發(fā)展。在此過程中，國內(nèi)的建筑設計團隊已經(jīng)意識到，對于奧運體系下一種特殊的項目場館—雪上場館，很大程度上面臨著話語權的缺失以及場館設計和建設零經(jīng)驗的挑戰(zhàn)[1]。尤其在這類場館比賽場地的設計領域，幾乎所有的核心技術環(huán)節(jié)均需要依賴國際經(jīng)驗。冬奧滑雪賽道自20世紀80年代進入快速發(fā)展階段[2]，技巧類賽道所占的比例逐屆增加，人工造雪技術的加入更是徹底改變了滑雪賽道的設計和建設方式[3]。

目前我國滑雪場的規(guī)劃設計及建造上缺乏廣泛和深入的研究。王世金等[4-7]通過對我國雪場現(xiàn)狀的統(tǒng)計和分析后認為，我國雪場從規(guī)劃選址方面存在缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和整體品質(zhì)低下的整體特點。而葉茂盛等[8-10]通過對比雪上運動發(fā)達國家的數(shù)據(jù)后認為，其滑雪場均經(jīng)歷了較為完整的歷史發(fā)展階段，時至今日，其規(guī)劃選址及設計建造都趨于專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。陸詩亮等[11-12]則認為，結(jié)合我國本土自然和社會環(huán)境的滑雪場規(guī)劃設計才是可持續(xù)發(fā)展的方向和趨勢。筆者結(jié)合冬奧會籌辦實踐，嘗試從冬奧技巧類滑雪賽道的剖面特征入手，借助“賽道基準數(shù)字模型”和“賽道特征玫瑰圖”，提供一種賽道校核和評價方法，用于指導滑雪賽道的選址、設計和施工。

1 研究方法

1.1 冬奧滑雪賽道基礎數(shù)據(jù)搜集

雪上賽道由于具有很強的戶外屬性，多數(shù)賽道需要依據(jù)山體而建立，這也就造成了雪上賽道缺乏天然的規(guī)范性。每條賽道只是關鍵性數(shù)據(jù)在控制范圍內(nèi)，而各個細節(jié)均有自己獨特的形狀和數(shù)據(jù)。冬奧滑雪賽道的設計規(guī)范則由國際滑雪聯(lián)合會制訂，國際雪聯(lián)也是冬奧會滑雪賽道的選址機構和認證機構。筆者對國際雪聯(lián)提供的各種賽道數(shù)據(jù)進行收集和整理，以形成雪上賽道基礎數(shù)據(jù)庫。

1.2 搭建滑雪賽道基準數(shù)字模型

首先通過收集歸納歷屆冬奧會雪上賽道信息、國際雪聯(lián)公布的相關技術資料以及本屆冬奧會的賽道設計資料，建立繪制滑雪賽道基準數(shù)字模型。雪上賽道數(shù)字化模型并不是任何一個建成賽道的數(shù)字孿生，而是建立在國際競賽規(guī)則和國際雪聯(lián)多年競賽管理經(jīng)驗上的關于雪上賽道的數(shù)字化“模板”。它反映了一個賽道最基本及最新的剖面特征和參數(shù)尺寸。模型所反映的數(shù)據(jù)可用于對實際賽道設計和建設的初步校核。

1.3 繪制“賽道特征玫瑰圖”

筆者選取具有代表性的冬奧會技巧類賽道作為實驗標本，繪制其在6個關鍵性控制性參數(shù)(垂直落差、賽道長度、表面積、平均寬度、結(jié)束區(qū)面積和平均坡度)下的特征玫瑰圖。對繪制完成的特征玫瑰圖進行分析發(fā)現(xiàn)，障礙追逐、平行大回轉(zhuǎn)、坡面障礙三條賽道的特征玫瑰呈現(xiàn)“J”型分布(見圖1)，這三條賽道沒有固定的細節(jié)尺寸和指標，賽道呈現(xiàn)更加“自然”的形態(tài)。而空中技巧、雪上技巧、大跳臺、U型場地四條賽道的特征玫瑰呈現(xiàn)“O”型分布(見圖2)，有較為明確的細節(jié)尺寸，呈現(xiàn)更加“人工”的形態(tài)。

圖1 “J”型分布的賽道特征玫瑰圖

圖2 “O”型分布的賽道特征玫瑰圖

通過繪制代表性賽道的 “賽道特征玫瑰圖”并進行并置觀察和分析后可得出：選取的6個關鍵性控制性參數(shù)可以描述冬奧會技巧類滑雪賽道整體特征并反映其差異；冬奧會技巧類滑雪賽道整體上表現(xiàn)出了較強的類型性和同源性。

2 應用試驗及分析

筆者以2022年北京冬奧會單板和自由式滑雪項目中的空中技巧、雪上技巧和U型場地技巧賽道為例，利用基于剖面特征玫瑰圖的輔助設計和分析方法，對其選址、設計和建設三個過程進行試驗性應用，并與實際實施過程對照，驗證這種輔助設計方法的有效性。

2.1 賽道選址階段

賽道選址布局階段主要解決的問題是評估待選場地對標準賽道的契合和容納程度，通常要求達到賽道所需的最小值。契合高的選址意味著更少的山地土方工程量以及對自然環(huán)境更少的影響。

場地上有3處坡地(南坡1號、南坡2號和北坡選址)可用于空中技巧、雪上技巧及U型場地技巧3條賽道。根據(jù)場地勘測地形和植被情況，考慮賽道適當距離和結(jié)束區(qū)空間預留，首先劃定3處選址的可用坡地中心線及起點，并根據(jù)賽道要求的坡面最小垂直落差選取每條中心線的控制點。3條賽道的最小垂直落差控制數(shù)據(jù)分別為：空中技巧45.0 m、U型場地技巧58.9 m、雪上技巧75.0 m(見圖3)。

圖3 3處選址選線平面示意圖

依據(jù)地形圖繪制中心線剖面線(見圖4)，測量剖面線各個垂直落差控制點相對應的水平長度、坡度和剖面線長，所得數(shù)據(jù)輸入特征玫瑰，得出可視化圖形，與賽道的最小建議值進行偏離分析，結(jié)果見圖5。

圖4 3處選址場地剖面線

從圖4、圖5分析可以得出：

(a)空中技巧賽道 (b)雪上技巧賽道 (c)U型場地技巧賽道

(1)對于空中技巧賽道，3個選址均能提供足夠長度的坡面，從特征契合度上，南坡1號偏離值較小，偏離率均在10%以內(nèi)，另兩處選址偏離值較大，偏離率均大于20%。

(2)對于雪上技巧賽道，南坡2號選址受場地樹木影響，未能達到坡長要求，另兩處選址中，南坡1號契合度較高，偏離率均在10%以內(nèi)，北坡選址偏離值較大，偏離率大于15%。

(3)對于U型場地技巧賽道，南坡2號未能達到坡長要求，另兩處選址中，北坡選址契合度較高，偏離率均在10%以內(nèi)，南坡1號偏離值較大，偏離率大于20%。

綜合以上分析進行選址評價，將平均偏離率不大于10%評價為A，10%～30%評價為B，超過30%或無法提供足夠條件評價為C。評價結(jié)果見表1。

表1 賽道與選址匹配程度評價

由表1可知，在實驗場地上布置3條賽道的最優(yōu)選擇是表中陰影選項，由北坡選址契合U型場地技巧賽道，南坡1號選址契合雪上技巧賽道，而南坡2號選址用于空中技巧賽道，但需進行一定程度的土方整理。分析結(jié)果與冬奧會實際選址結(jié)論一致。

2.2 賽道設計階段

在賽道設計階段，賽道設計方參照標準賽道，結(jié)合當次賽道雪面的初步設計目標和設想，在確定的選址上進行詳細的賽道基層設計，并由國際雪聯(lián)審核確認。通常賽道的尺寸會設定在推薦的最小值和最大值之間，如超出范圍，則需提交國際雪聯(lián)做進一步評估。由于賽道設計階段仍然以賽道剖面線為基準，基于剖面線特征的輔助方法仍然適用于賽道設計方案的初步評價和校核。

首先將空中技巧、滑雪大跳臺、U型場地技巧和雪上技巧4條賽道的土方基層設計數(shù)據(jù)進行提取，與賽道最小值和建議最大值比較(見表2)，作為剖面特征分析的基礎數(shù)據(jù)。

表2 賽道設計數(shù)值比較

以賽道最小值為基準計算偏離率并生成賽道特征玫瑰圖(見圖6)，經(jīng)圖形分析可校核出各賽道土方基層與標準賽道的匹配程度，為進一步的土方整理提供修整意見。

圖6 賽道特征玫瑰圖-剖面特征偏離率

由圖6可以看出，空中技巧和雪上技巧賽道特征圖形位于最小值和最大值圖形之間，空中技巧賽道圖形接近最小值圖形，相對最小值偏離率在10%以內(nèi)；雪上技巧賽道圖形接近最大值圖形，相對最大值偏離率在12%以內(nèi)?？傻贸鲞@兩條賽道的土方基層設計均在建議區(qū)間，設計合理。

U型場地技巧賽道圖形與最大值圖形基本重合，滑雪大跳臺賽道圖形則略大于最大值圖形，相對最大值偏離率在10%以內(nèi)。這兩條賽道的土方基層設計經(jīng)校核均超出建議區(qū)間，設計欠合理，需要提交國際雪聯(lián)進行進一步的審核確認。

2.3 賽道建設階段

賽道建設階段，以空中技巧賽道為例，賽道設計方已參照標準賽道，在確定的選址上進行詳細設計，因而賽道基準模型也進化為經(jīng)過國際雪聯(lián)認可，符合國際雪聯(lián)標準的設計模型，需要對賽道土方建設和雪面塑形的完成情況進行核驗，評估賽道完成度。這一階段針對具體的建設場地，特征評價的基準值由國際雪聯(lián)的建議值轉(zhuǎn)為賽道設計值，各項場地特征指標均強調(diào)最小的偏離絕對值，以確保接近設計值以及滿足賽事要求。在指標偏離評估的基礎上，利用無人機傾斜攝影測繪技術獲得的場地數(shù)字模型可作為輔助手段，用于山地場地的設計擬合對照，并提出詳細的場地優(yōu)化建議[13]。

筆者在空中技巧賽道土方工程完工以及雪面塑形基本完成兩個階段性節(jié)點后對場地進行測量，獲得場地數(shù)字模型(見圖7)及剖面線相關數(shù)據(jù)，并生成賽道特征玫瑰圖，與設計值進行比較分析。

圖7 空中技巧賽道土方階段數(shù)字模型

2.3.1 土方基層偏離分析

賽道土方工程的特征玫瑰偏離分析結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出，土方區(qū)域的賽道長度和寬度偏離值均為1，在可接受范圍內(nèi)，同時影響結(jié)束區(qū)面積的偏離值；垂直落差偏離值為2，符合要求，受其影響平均坡度偏離值為2.5，需要適度校正；表面積偏離值為300，與基準值相差較大，可能由于場地不平整，存在傾斜或者起伏造成的。上述情況則可由數(shù)據(jù)模型擬合進行細節(jié)分析和進一步調(diào)整。

圖8 空中技巧賽道土方工程特征偏離分析圖

數(shù)字模型擬合偏離分析結(jié)果如圖9所示。圖中顯示了垂直落差的偏離狀態(tài)；同時賽道兩個斜坡面均出現(xiàn)平整度問題，整體呈現(xiàn)運動員右側(cè)偏低，左側(cè)偏高的狀態(tài)?；诖?，土方工程的調(diào)整建議如下：①加速段坡面運動員右側(cè)需補充土方；②著陸坡進行土方平衡，運動員左側(cè)土方填補右側(cè)區(qū)域。

圖9 賽道土方數(shù)字模型擬合偏離分析

2.3.2 雪面基層偏離分析

賽道雪面工程的特征玫瑰偏離分析結(jié)果如圖10所示。從圖中可以看出，雪面區(qū)域的賽道長度和寬度偏離值與土方一樣，均為1，在可接受范圍內(nèi)，同時影響結(jié)束區(qū)面積的偏離值；垂直落差偏離值為3，符合要求，受其影響平均坡度偏離值為2.4，需要適度校正；表面積偏離值為310，與基準值相差較大，存在雪面不平整的問題。

圖10 空中技巧賽道雪面工程特征偏離分析圖

數(shù)字模型擬合偏離分析結(jié)果如圖11所示。圖中顯示了垂直落差的偏離狀態(tài)；加速段坡面整體低于基準模型；平臺區(qū)雪面整體高于基準模型；著陸坡由于中部雪層翻松以致呈現(xiàn)中間高兩側(cè)低的狀態(tài)，符合實際使用需求；結(jié)束區(qū)雪面整體高于基準模型?；诖?，雪面工程的調(diào)整建議如下：①進行壓雪處理，將平臺區(qū)和結(jié)束區(qū)雪層上推補充加速段，增加該段坡度值；②考慮到運動員出發(fā)點位于賽道加速段偏上位置，垂直落差偏離在可接受范圍。

圖11 賽道雪面數(shù)字模型擬合偏離分析

3 結(jié) 論

(1)通過“賽道特征玫瑰圖”可梳理出技巧類雪上賽道剖面特征具有較強的類型性和同源性。主要體現(xiàn)為賽道特征玫瑰圖中的J型分布所代表的偏“自然”型和O型分布所代表的偏“人工”型。但都具有雪上運動賽道依山而建、順勢而下的共同特征。

(2)基于“賽道特征玫瑰圖”的偏離分析結(jié)果強調(diào)平均坡度的最小偏離絕對值和其他指標的正向偏離，能有效應用于雪上賽道選址和設計過程的指導?；凇百惖阑鶞蕯?shù)字模型”的分析結(jié)果則強調(diào)更精確的匹配和盡可能小的偏離絕對值，能有效應用于施工過程中的土方和坡度偏差糾正。

(3)經(jīng)過2022年北京冬奧會場館基礎設施建設的實踐，基于“賽道特征玫瑰圖”和“賽道基準數(shù)字模型”的分析方法可用于指導賽道選址、設計和施工校核，其指導結(jié)果與國際專家主導下的賽道設計和實施結(jié)果相一致。