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冬奥“冷”知识:打卡“冰丝带”,揭秘“冰立方”

2022-01-15 11:19 央视网  

2015年北京申办冬奥会成功之后,位于国家奥林匹克体育中心的原曲棍球场和射箭场需要拆除,为冬奥会国家速滑馆腾空场地。2016年,北京规划和自然资源委员会主持了国际设计竞赛来选择国家速滑馆的设计方案,2016年7月22号,他和其他参与设计的建筑师一起登上奥林匹克塔看场地,望着曲棍球场和射箭场,他挥手告别,心想“我一定要在这里再做一次设计”。而五年之后的2021年,崭新的国家速滑馆已在这里拔地而起,它还有一个好听的名字——“冰丝带”。

他叫郑方,是北京市建筑设计研究院副总建筑师,曾先后负责2008年北京奥运会五个竞赛场馆的设计,其中就包括国家游泳中心“水立方”和国家网球中心,他也是2022年北京冬奥会国家速滑馆、 国家游泳中心冰壶赛场设计总负责人。

“冰丝带”是怎么来的

“冰丝带”的设计理念来自于冰与速度的结合,是以冰场为核心,以绿色节能作为核心目标。

初始设计时,郑方考虑速度滑冰的场馆应该像冰糖葫芦。所以2016年8月的第一张草图,有一个装有冰场的密闭核心,然后有一个透明的像冰一样的表面,400米的冰道,冰的面积非常大。郑方想,这像一个巨大的“冰箱”,但如果买一个小点的“冰箱”,是不是就能省电呢?怎么样才能做成一个更小的“冰箱”呢?郑方设计团队首先把冰场往地面以下下沉一层;另外,因为观众席的部分比较高,所以把屋顶的中间部分往下弯,就形成了最早的设计样式——一个双曲面下弯的屋顶,而这个下弯的形状,刚好也是钢索结构受力最有效率的形状。

速度滑冰是一项考察运动员力量和速度的运动,怎么把这项运动和前述的设计结合在一起呢?

在自然界中,水蒸气通过缝隙会形成卷曲的冰的样子,于是这个弯曲的冰就成为“冰丝带”曲面幕墙的创意出发点。坚硬的冰弯曲成丝带,把速滑运动员在冰上形成的轨迹和建筑的立面结合在一起。最早的尝试是八个线条,沿着屋顶从高处到低处旋转结合到一起,就形成了这个建筑最早的设计概念。

在设计竞赛的时候,郑方想这个建筑应该有一个名字,像“鸟巢”和“水立方”一样被大家喜欢、记住。“冰糖葫芦”?“冰螺丝转”?显然都不太合适。直到从这个建筑的模拟动画中,看到它像丝带一样的形状,“冰丝带”的名字由此而来。郑方和设计团队的同事们都喜欢这个名字,喜欢它刚柔相济的内涵,并且和“鸟巢”“水立方”放在一起,更像是和奥运会、冬奥会成套的、成系列的场馆。

“冰丝带”的屋顶是怎么来的

“冰丝带”的设计概念,包含着建筑里非常复杂的系统,支撑这个建筑的钢结构,就像人的骨骼。

这张图片里蓝色和蓝色中间钢索网的部分,就好像是一个超级大的网球拍。如果把“网球拍”的线绷紧,就变成了一个有张力的形状,就形成了屋顶。屋顶南北方向,长的地方差不多有200米,短的方向也有125米。钢索的总长度有19公里长,是当今世界上最大规模的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。

要安全地跨过这样一个跨度,需要高效地使用钢索,让它既安全又有效率。最终郑方设计团队计算屋顶的钢索总共要使用537吨钢材,这是一个什么概念呢?“冰丝带”使用的钢材,差不多只有普通体育馆屋顶钢结构的1/4。用更少的钢材来跨过这么巨大的空间,郑方说:“这是面对未来设计和建造的一个方向,即用更少的材料来实现更高的效率。”

“冰丝带”幕墙要迈过的坎儿

有了屋顶,建筑立面上弯曲的表面就要成为“冰丝带”的幕墙。普通大楼使用的玻璃都是平板的,为了实现“冰丝带”动感的效果,需要使用非常小的半径的弯曲,它的直径只有三十五厘米,这在工艺上是非常大的挑战。

为了确保安全,需要用两层弯曲的玻璃,把它们用膜复合在一起,并且表面上要有中国传统的冰花图案,这个过程代表了当今建筑幕墙所能使用的最先进的工艺水平。

在玻璃幕墙差不多安装完毕的时候,郑方在现场看着里面蓝色的内核和外面透明的表面,与最早的设想几乎完全一样。阳光透过弯曲的玻璃洒进场馆,钢索和弯曲的S型幕墙的钢龙骨充满韵律感。站在这里被光线环绕着、包围着,光芒四射。人们笑着说“冰丝带”里一个新晋的网红打卡点诞生了!

“冰丝带”在制冰上有啥创新

场馆中白色的内圈,就是冬奥会400米大道的比赛冰场,从冰场开始,围绕冰场的观众看台就好像是冰场在慢慢地融化,到了外围就“变”成了蓝色的水。

在冰场里面,埋设了大约120公里长的不锈钢管道,里面运行着高压二氧化碳。家用空调经常使用氟利昂来做制冷剂,但氟利昂对环境的影响是非常大的。传统上,冰场使用的一种制冷剂叫R507,但它对全球变暖的影响也是非常大的。为环境考虑,“冰丝带”采用了天然工质的制冷剂二氧化碳,这是世界上第一个使用二氧化碳直冷系统的大道速滑馆,也为未来更多的冰场提供了一个崭新的技术路线,为世界范围内应对未来的环境变化提供了场馆层面的示范。

冬奥会后“冰丝带”场馆内可以全部用冰面覆盖,形成12000平方米大的冰面。郑方说:“虽然它没有昆明湖和后海那么大,但是在这么大的一块冰上面,如果场内的人‘坐’的稍微紧凑一点,一起‘吃火锅’,差不多可以坐下1万人;如果滑冰,可以容纳2000到3000人。”

“水立方”是怎么变成“冰立方”的

新建一个场馆,可以选择做一个更小的“冰箱”来节能,用更高效的钢索结构减少材料消耗,选择环保的天然制冷剂。但如果使用2008年已有的场馆来做冬奥会,怎么样才能实现可持续的目标呢?

“水立方”变身“冰立方”,这是郑方设计团队在冬奥会场馆建设中的第二个故事。

“水立方”,一个书写传奇的地方。2008年北京奥运会,国家跳水队运动员郭晶晶和吴敏霞在这里完成了教科书般的一跳,得到女子3米跳板金牌。来自全世界的奥运健儿在这里打破了21项世界纪录,被称为“最快的游泳池”。

2022年北京冬奥会和冬残奥会要在“水立方”举办冰壶和轮椅冰壶比赛。传统上冬奥会冰壶比赛的场地都是在永久的混凝土地板上制冰来形成的,所以在当时申办冬奥的方案中也计划在“水立方”里建造永久性混凝土的冰场。可那样的话,2008年北京奥运会上“最快的游泳池”和“水立方”的传奇也将随风而逝。郑方决心要通过科技创新的力量,实现冬季和夏季自由转换的“冰立方”、“水立方”。

2016年4月,郑方和“水立方”的同事们到瑞士巴塞尔看世界冰壶锦标赛,那是他第一次到现场看冰壶比赛。那次世锦赛采用了一种可以移动的制冰管路,当郑方看到移动管路的时候,他想以我们国家现有的工业化建造和智慧建造积累的经验,再加上可移动拆装的制冰管路,一定能找到技术手段实现“冰立方”、“水立方”冬夏季自由转换的目标。

郑方与世界冰壶联合会的技术官员沟通了这个想法,但他们对可移动冰场充满疑问,因为冬奥会从来没有在这样的环境里进行过。好在世界冰壶联合会主席表示支持郑方去做实验。他说:“你们可以去尝试,我喜欢‘水立方’,它是一个传奇的场馆。”

上面记录了郑方团队把游泳池转换成冰场的过程,它需要有精确、坚固的游泳池里面的结构来支撑作为冰场的建造基础。只有采用工业化的方式精确地安装表面和制冰体系,才有一个稳固的基础,才能和冬奥会传统冰场的性能进行比较。在这样一个系统上制造了最高标准的冰场,并且还用了一场实地的比赛去检验它。

因为水蒸气会挥发,游泳池是一个高温高湿环境;冰场则是相反的环境,温度很低非常干燥。郑方和同事们需要把“水立方”的空气环境转换成冰场的环境,他们对“水立方”的环境进行了测试,增加了全智能控制系统,让冰场的环境和游泳池的环境之间可以转换。它不仅仅可以为冬奥会比赛动态地调节环境,在冬奥会比赛之后仍然可以长期节能绿色地运行。

通过设计组和科学家们共同的努力,从“水立方”到“冰立方”从游泳池到冰场,这个能够在夏季与冬季场景间自由转换的目标实现了。

从2008年到2022年,北京这座世界上第一个“双奥之城”发生了许多变化。郑方表示,如果2008年北京奥运会场馆是城市发展的象征,成为了一个个地标性建筑,那么2022年国家已经建立了完整的面向环境的价值观和价值体系,场馆设计团队就是要通过科技创新,通过场馆设计展现面对环境的态度,面对未来的态度。这就是北京冬奥会为未来奥林匹克运动,为未来城市发展做出的示范。

(来源:央视网)

【实习编辑:商佩】

2015年北京申办冬奥会成功之后,位于国家奥林匹克体育中心的原曲棍球场和射箭场需要拆除,为冬奥会国家速滑馆腾空场地。2016年,北京规划和自然资源委员会主持了国际设计竞赛来选择国家速滑馆的设计方案,2016年7月22号,他和其他参与设计的建筑师一起登上奥林匹克塔看场地,望着曲棍球场和射箭场,他挥手告别,心想“我一定要在这里再做一次设计”。而五年之后的2021年,崭新的国家速滑馆已在这里拔地而起,它还有一个好听的名字——“冰丝带”。

他叫郑方,是北京市建筑设计研究院副总建筑师,曾先后负责2008年北京奥运会五个竞赛场馆的设计,其中就包括国家游泳中心“水立方”和国家网球中心,他也是2022年北京冬奥会国家速滑馆、 国家游泳中心冰壶赛场设计总负责人。

“冰丝带”是怎么来的

“冰丝带”的设计理念来自于冰与速度的结合,是以冰场为核心,以绿色节能作为核心目标。

初始设计时,郑方考虑速度滑冰的场馆应该像冰糖葫芦。所以2016年8月的第一张草图,有一个装有冰场的密闭核心,然后有一个透明的像冰一样的表面,400米的冰道,冰的面积非常大。郑方想,这像一个巨大的“冰箱”,但如果买一个小点的“冰箱”,是不是就能省电呢?怎么样才能做成一个更小的“冰箱”呢?郑方设计团队首先把冰场往地面以下下沉一层;另外,因为观众席的部分比较高,所以把屋顶的中间部分往下弯,就形成了最早的设计样式——一个双曲面下弯的屋顶,而这个下弯的形状,刚好也是钢索结构受力最有效率的形状。

速度滑冰是一项考察运动员力量和速度的运动,怎么把这项运动和前述的设计结合在一起呢?

在自然界中,水蒸气通过缝隙会形成卷曲的冰的样子,于是这个弯曲的冰就成为“冰丝带”曲面幕墙的创意出发点。坚硬的冰弯曲成丝带,把速滑运动员在冰上形成的轨迹和建筑的立面结合在一起。最早的尝试是八个线条,沿着屋顶从高处到低处旋转结合到一起,就形成了这个建筑最早的设计概念。

在设计竞赛的时候,郑方想这个建筑应该有一个名字,像“鸟巢”和“水立方”一样被大家喜欢、记住。“冰糖葫芦”?“冰螺丝转”?显然都不太合适。直到从这个建筑的模拟动画中,看到它像丝带一样的形状,“冰丝带”的名字由此而来。郑方和设计团队的同事们都喜欢这个名字,喜欢它刚柔相济的内涵,并且和“鸟巢”“水立方”放在一起,更像是和奥运会、冬奥会成套的、成系列的场馆。

“冰丝带”的屋顶是怎么来的

“冰丝带”的设计概念,包含着建筑里非常复杂的系统,支撑这个建筑的钢结构,就像人的骨骼。

这张图片里蓝色和蓝色中间钢索网的部分,就好像是一个超级大的网球拍。如果把“网球拍”的线绷紧,就变成了一个有张力的形状,就形成了屋顶。屋顶南北方向,长的地方差不多有200米,短的方向也有125米。钢索的总长度有19公里长,是当今世界上最大规模的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。

要安全地跨过这样一个跨度,需要高效地使用钢索,让它既安全又有效率。最终郑方设计团队计算屋顶的钢索总共要使用537吨钢材,这是一个什么概念呢?“冰丝带”使用的钢材,差不多只有普通体育馆屋顶钢结构的1/4。用更少的钢材来跨过这么巨大的空间,郑方说:“这是面对未来设计和建造的一个方向,即用更少的材料来实现更高的效率。”

“冰丝带”幕墙要迈过的坎儿

有了屋顶,建筑立面上弯曲的表面就要成为“冰丝带”的幕墙。普通大楼使用的玻璃都是平板的,为了实现“冰丝带”动感的效果,需要使用非常小的半径的弯曲,它的直径只有三十五厘米,这在工艺上是非常大的挑战。

为了确保安全,需要用两层弯曲的玻璃,把它们用膜复合在一起,并且表面上要有中国传统的冰花图案,这个过程代表了当今建筑幕墙所能使用的最先进的工艺水平。

在玻璃幕墙差不多安装完毕的时候,郑方在现场看着里面蓝色的内核和外面透明的表面,与最早的设想几乎完全一样。阳光透过弯曲的玻璃洒进场馆,钢索和弯曲的S型幕墙的钢龙骨充满韵律感。站在这里被光线环绕着、包围着,光芒四射。人们笑着说“冰丝带”里一个新晋的网红打卡点诞生了!

“冰丝带”在制冰上有啥创新

场馆中白色的内圈,就是冬奥会400米大道的比赛冰场,从冰场开始,围绕冰场的观众看台就好像是冰场在慢慢地融化,到了外围就“变”成了蓝色的水。

在冰场里面,埋设了大约120公里长的不锈钢管道,里面运行着高压二氧化碳。家用空调经常使用氟利昂来做制冷剂,但氟利昂对环境的影响是非常大的。传统上,冰场使用的一种制冷剂叫R507,但它对全球变暖的影响也是非常大的。为环境考虑,“冰丝带”采用了天然工质的制冷剂二氧化碳,这是世界上第一个使用二氧化碳直冷系统的大道速滑馆,也为未来更多的冰场提供了一个崭新的技术路线,为世界范围内应对未来的环境变化提供了场馆层面的示范。

冬奥会后“冰丝带”场馆内可以全部用冰面覆盖,形成12000平方米大的冰面。郑方说:“虽然它没有昆明湖和后海那么大,但是在这么大的一块冰上面,如果场内的人‘坐’的稍微紧凑一点,一起‘吃火锅’,差不多可以坐下1万人;如果滑冰,可以容纳2000到3000人。”

“水立方”是怎么变成“冰立方”的

新建一个场馆,可以选择做一个更小的“冰箱”来节能,用更高效的钢索结构减少材料消耗,选择环保的天然制冷剂。但如果使用2008年已有的场馆来做冬奥会,怎么样才能实现可持续的目标呢?

“水立方”变身“冰立方”,这是郑方设计团队在冬奥会场馆建设中的第二个故事。

“水立方”,一个书写传奇的地方。2008年北京奥运会,国家跳水队运动员郭晶晶和吴敏霞在这里完成了教科书般的一跳,得到女子3米跳板金牌。来自全世界的奥运健儿在这里打破了21项世界纪录,被称为“最快的游泳池”。

2022年北京冬奥会和冬残奥会要在“水立方”举办冰壶和轮椅冰壶比赛。传统上冬奥会冰壶比赛的场地都是在永久的混凝土地板上制冰来形成的,所以在当时申办冬奥的方案中也计划在“水立方”里建造永久性混凝土的冰场。可那样的话,2008年北京奥运会上“最快的游泳池”和“水立方”的传奇也将随风而逝。郑方决心要通过科技创新的力量,实现冬季和夏季自由转换的“冰立方”、“水立方”。

2016年4月,郑方和“水立方”的同事们到瑞士巴塞尔看世界冰壶锦标赛,那是他第一次到现场看冰壶比赛。那次世锦赛采用了一种可以移动的制冰管路,当郑方看到移动管路的时候,他想以我们国家现有的工业化建造和智慧建造积累的经验,再加上可移动拆装的制冰管路,一定能找到技术手段实现“冰立方”、“水立方”冬夏季自由转换的目标。

郑方与世界冰壶联合会的技术官员沟通了这个想法,但他们对可移动冰场充满疑问,因为冬奥会从来没有在这样的环境里进行过。好在世界冰壶联合会主席表示支持郑方去做实验。他说:“你们可以去尝试,我喜欢‘水立方’,它是一个传奇的场馆。”

上面记录了郑方团队把游泳池转换成冰场的过程,它需要有精确、坚固的游泳池里面的结构来支撑作为冰场的建造基础。只有采用工业化的方式精确地安装表面和制冰体系,才有一个稳固的基础,才能和冬奥会传统冰场的性能进行比较。在这样一个系统上制造了最高标准的冰场,并且还用了一场实地的比赛去检验它。

因为水蒸气会挥发,游泳池是一个高温高湿环境;冰场则是相反的环境,温度很低非常干燥。郑方和同事们需要把“水立方”的空气环境转换成冰场的环境,他们对“水立方”的环境进行了测试,增加了全智能控制系统,让冰场的环境和游泳池的环境之间可以转换。它不仅仅可以为冬奥会比赛动态地调节环境,在冬奥会比赛之后仍然可以长期节能绿色地运行。

通过设计组和科学家们共同的努力,从“水立方”到“冰立方”从游泳池到冰场,这个能够在夏季与冬季场景间自由转换的目标实现了。

从2008年到2022年,北京这座世界上第一个“双奥之城”发生了许多变化。郑方表示,如果2008年北京奥运会场馆是城市发展的象征,成为了一个个地标性建筑,那么2022年国家已经建立了完整的面向环境的价值观和价值体系,场馆设计团队就是要通过科技创新,通过场馆设计展现面对环境的态度,面对未来的态度。这就是北京冬奥会为未来奥林匹克运动,为未来城市发展做出的示范。

(来源:央视网)

【实习编辑:商佩】

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