水立方變“冰立方”，冬奧“黑科技”還有哪些？

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原標(biāo)題：水立方變“冰立方”，冬奧“黑科技”還有哪些？

經(jīng)過(guò)17天的激烈角逐，東京奧運(yùn)會(huì)落下帷幕。6個(gè)月后，全球的目光將聚焦北京冬奧會(huì)。這是中國(guó)歷史上第一次舉辦冬季奧運(yùn)會(huì)，也是繼北京2008夏季奧運(yùn)會(huì)、南京2014青奧會(huì)后，中國(guó)第三次舉辦的奧運(yùn)賽事。

自獲得舉辦權(quán)以來(lái)，國(guó)家相關(guān)部門(mén)便如火如荼地進(jìn)行籌備工作，據(jù)北京冬奧組委規(guī)劃建設(shè)部部長(zhǎng)劉玉民介紹，本次冬奧共使用39個(gè)場(chǎng)館，包括競(jìng)賽場(chǎng)館12個(gè)、訓(xùn)練場(chǎng)館3個(gè)、非競(jìng)賽場(chǎng)館24個(gè)。同時(shí)，場(chǎng)館及相關(guān)設(shè)備設(shè)施的建設(shè)秉持“綠色、低碳、可持續(xù)”的理念。因此，在建設(shè)過(guò)程中，冬奧場(chǎng)館都融入了多種多樣的科技元素，不僅能夠向世界展示中國(guó)之美，也能向世界展示這了不起的中國(guó)制造！那么，本次冬奧里會(huì)出現(xiàn)哪些黑科技呢？一起來(lái)看看吧。

“水立方”變“冰立方”

2008年夏季奧運(yùn)會(huì)期間，國(guó)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(dòng)員打破了21項(xiàng)世界紀(jì)錄，水立方也成為世界上“最快的游泳池”。作為世界上第一個(gè)擁有智能化泳池轉(zhuǎn)換冰場(chǎng)技術(shù)的場(chǎng)館，“水立方”變身為“冰立方”，將在北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)上承擔(dān)冰壺項(xiàng)目和輪椅冰壺項(xiàng)目的比賽。對(duì)“水立方”改造升級(jí)后，建立了冬夏場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的運(yùn)營(yíng)模型。建筑功能高度靈活；體育場(chǎng)地實(shí)現(xiàn)冰場(chǎng)/ 泳池之間智能化快速轉(zhuǎn)換；新增的空調(diào)、除濕系統(tǒng)和經(jīng)過(guò)調(diào)試的氣流組織保障高品質(zhì)的室內(nèi)環(huán)境，降低對(duì)冰面的影響；群智能控制提升了室內(nèi)環(huán)境、設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控的能力。這些系統(tǒng)為冬奧會(huì)賽時(shí)和賽后冬夏場(chǎng)景的智慧化可持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供了完備的技術(shù)解決方案。

國(guó)家游泳中心冰壺賽道 圖源：本刊綜合.科技讓冬奧更精彩[J].發(fā)明與創(chuàng)新(大科技),2021(05):14-19.

那么，大家最感興趣的問(wèn)題應(yīng)該是場(chǎng)館里的水冰是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的？這個(gè)轉(zhuǎn)換不是直接把泳池里的水凍成冰，而是涉及整個(gè)場(chǎng)館的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要在場(chǎng)館的比賽大廳中部搭建可轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，安裝可拆裝制冰系統(tǒng)。把游泳池的水放空、排干，再把鋼結(jié)構(gòu)支撐體系和混凝土面板安裝完成，鋪上制冰管道，制冰后將形成具有4條標(biāo)準(zhǔn)賽道的冰壺場(chǎng)地。中心運(yùn)行期間將通過(guò)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)溫度、濕度恒定，將冰壺場(chǎng)冰面溫度控制在零下3-5度，環(huán)境相對(duì)濕度小于35%，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

鋼結(jié)構(gòu)支撐體系 圖源：北晚新視覺(jué)網(wǎng)

混凝土面板 圖源：北晚新視覺(jué)網(wǎng)

“冰絲帶”引領(lǐng)冬奧“黑科技”

“冰絲帶”指的是2022年冬奧會(huì)北京賽區(qū)唯一的新建冰上競(jìng)賽場(chǎng)館——國(guó)家速滑館，將在冬奧會(huì)期間承擔(dān)速度滑冰項(xiàng)目的比賽任務(wù)。如果說(shuō) “水立方” 是把柔軟的水設(shè)計(jì)成堅(jiān)硬的方塊，“冰絲帶” 則是把堅(jiān)硬的冰設(shè)計(jì)成柔軟的絲帶，這其中蘊(yùn)含了中國(guó)人剛?cè)岵?jì)的智慧， 一種隱藏于自然界的均衡。建筑外曲面幕墻四周22條飄逸的 “絲帶”，既是幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，又將遮陽(yáng)、立面照明和建筑效果設(shè)計(jì)融為一體，其代表著北京冬奧會(huì)將在2022年舉辦，又像是速度滑冰員在冰上風(fēng)馳電掣劃過(guò)的痕跡，象征著速度與激情。

“冰絲帶”外觀 圖源：北京日?qǐng)?bào)客戶(hù)端

“冰絲帶”內(nèi)部架構(gòu)同樣令人震撼，其下部采用全冰面設(shè)計(jì)，冰面面積約為12000平方米，是目前亞洲最大的冰面。同時(shí)，冰面采用分模塊控制單元，將冰面劃分為若干區(qū)域，根據(jù)比賽項(xiàng)目分區(qū)域、分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制冰。其采用的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)，是全世界最大的采用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)，也使其成為全球首個(gè)采用該技術(shù)進(jìn)行制冷的冬奧場(chǎng)館，通過(guò)對(duì)比賽場(chǎng)地內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、冰面溫度、澆冰水的純度和溫度等進(jìn)行精準(zhǔn)控制，可實(shí)現(xiàn)世界上最快制冰。其中部設(shè)計(jì)為緊湊的平面輪廓和空間體積，能夠回收約80%在制冰過(guò)程中產(chǎn)生的余熱，并將這些余熱充分用于運(yùn)動(dòng)員生活用水、融冰池融冰、冰面維護(hù)澆冰、除濕和采暖等方面，一年可節(jié)電約200萬(wàn)千萬(wàn)·時(shí)。其上部為長(zhǎng)跨198m、短跨124m的鋼索網(wǎng)編織的“天幕”，其中的低輻射膜能夠降低冰面的輻射負(fù)荷20%以上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能長(zhǎng)效運(yùn)行。此外，屋面結(jié)合建筑造型設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏裝機(jī)容量為300kWp，相當(dāng)于近200個(gè)家庭的年用電量。

“冰絲帶”內(nèi)部全景 圖源：北京冬奧組委官網(wǎng)

冰磚城堡——國(guó)家體育館

有著“折扇”之稱(chēng)的國(guó)家體育館將在冬奧期間承擔(dān)男子冰球項(xiàng)目全部比賽、女子冰球部分賽事以及冬殘奧會(huì)冰橇冰球的部分賽事，為了保證這些比賽的順利進(jìn)行，自2018年起場(chǎng)館就開(kāi)展升級(jí)改造工作。新建訓(xùn)練館的外立面使用863塊具有凹凸質(zhì)感的冰花圖案玻璃，在燈光的配合作用下，呈現(xiàn)出冰磚城堡的效果。

國(guó)家體育館改造升級(jí)后的鳥(niǎo)瞰圖 圖源：周忠發(fā),朱忠義,周筍,李培,蔡春杰.國(guó)家體育館2022冬奧新建訓(xùn)練館摩擦擺隔震設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu),2020,50(20):1-7.

為了增加實(shí)用性，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在外層壓花玻璃幕墻內(nèi)側(cè)增加了一層使用被稱(chēng)作低輻玻璃的LOW-E鋼化玻璃制作的內(nèi)幕墻，能大幅減少紫外線(xiàn)進(jìn)入場(chǎng)館。整個(gè)雙幕墻極大的提高了場(chǎng)館的隔熱、保溫和隔音功能。由于新建訓(xùn)練館主體采用鋼結(jié)構(gòu)，其整體重量達(dá)到了2000噸，其中屋頂鋼結(jié)構(gòu)就重達(dá)1500噸，為了使16根勁性柱能夠托起1500噸重的屋頂，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在每根勁性柱頂端安裝摩擦擺支座，并在側(cè)面加裝一套電渦流阻尼器，極大增加了整體減震效果。整個(gè)摩擦擺支座在面對(duì)震動(dòng)時(shí)，可以讓1500噸的屋頂在360度范圍內(nèi)進(jìn)15cm自由位移，能夠經(jīng)受8級(jí)地震的考驗(yàn)。

國(guó)家體育館冰面 圖源：澎湃新聞

國(guó)家體育館新建訓(xùn)練館冰面共有結(jié)構(gòu)底板、砂層、保溫層、保護(hù)層、防水層、精平層、滑動(dòng)層、制冷管道層以及抗凍混凝土層等13層結(jié)構(gòu)，為了保證冰面的平整度，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)引進(jìn)瑞士激光攤鋪儀，配合激光測(cè)距等監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)冰面結(jié)構(gòu)層實(shí)行逐層校驗(yàn)，將誤差控制在5mm以?xún)?nèi)。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)不同賽事對(duì)地面的承壓要求，冰面最上層的抗凍混凝土標(biāo)號(hào)由常規(guī)C30提升至C40，提升了冰面承壓力10%以上。此外，國(guó)家體育館的冰面不僅能在8h內(nèi)實(shí)現(xiàn)冰藍(lán)場(chǎng)地的轉(zhuǎn)換，還能同時(shí)滿(mǎn)足60×30和60×26的雙重國(guó)際冰面標(biāo)準(zhǔn)。尤其值得注意的是在進(jìn)行冰藍(lán)場(chǎng)地轉(zhuǎn)換時(shí)，只需在冰面上直接攤鋪一層15~20mm左右的冰甲板，而無(wú)需等待冰面融化。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在結(jié)構(gòu)施工時(shí)提前預(yù)留的兩種規(guī)格預(yù)埋件，可以隨時(shí)通過(guò)改變圍擋位置，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行自由調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足不同賽事需求。

全新的冬奧火炬——“飛揚(yáng)”

“飛揚(yáng)”火炬集中了多領(lǐng)域的智慧和科技，呈現(xiàn)出較高的設(shè)計(jì)水平和具有中國(guó)特色的藝術(shù)形式。與以往冬奧火炬的金屬外殼不同，“飛揚(yáng)”火炬的外殼由碳纖維及其復(fù)合材料制造而成，復(fù)合材料的特殊性質(zhì)使“飛揚(yáng)”火炬相比以往冬奧火炬輕了20%左右，同時(shí)具備高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、耐紫外線(xiàn)輻射等特點(diǎn)，破解了火炬外殼在1000℃高溫制備過(guò)程中起泡、開(kāi)裂等難題，采用的具有國(guó)際先進(jìn)水平的三維立體編織成型技術(shù)使得火炬外形更加優(yōu)美。

“飛揚(yáng)”火炬 圖源：碳纖維專(zhuān)家破解冬奧火炬外殼諸多難題[J].紡織科學(xué)研究,2021(03):11.

而且，“飛揚(yáng)”火炬創(chuàng)造性的使用氫作為燃料，安全可靠性高，可抗10級(jí)大風(fēng)，保證了火炬在極寒天氣中的順利使用?；鹁嫒紵龝r(shí)的碳排放為“零”，環(huán)保性很強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了“綠色”理念與冬奧的結(jié)合。

結(jié)語(yǔ)：

北京冬奧會(huì)上的國(guó)產(chǎn)黑科技遠(yuǎn)不止所介紹的這些，“快、護(hù)、暖、美”冬奧戰(zhàn)服能夠讓運(yùn)動(dòng)員在比賽中發(fā)揮出最棒的成績(jī)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員體溫?cái)?shù)據(jù)的創(chuàng)口貼體溫計(jì)給冬奧期間國(guó)家防疫提供了強(qiáng)有力的保障；定位位置信息和監(jiān)測(cè)身體狀況的智能穿戴式手表為運(yùn)動(dòng)員的安全保駕護(hù)航……這場(chǎng)冬奧盛宴定會(huì)讓世界再次認(rèn)識(shí)中國(guó)，讓全球各國(guó)人民再次認(rèn)識(shí)什么是中國(guó)制造。冰雪是純潔的象征，冰雪運(yùn)動(dòng)是充滿(mǎn)激情和活力的運(yùn)動(dòng)，大家一起祝福北京冬奧會(huì)成功舉辦！

參考文獻(xiàn)：

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[7]周文.“飛揚(yáng)”亮相,北京冬奧倒計(jì)時(shí)一周年[J].人民周刊,2021(03):10-11.

[8]本刊記者.北京冬奧場(chǎng)館里的高科技[J].工會(huì)博覽,2021(08):31.

[9]聞江,張樹(shù)明.中國(guó)“折扇”續(xù)寫(xiě)“冰堡”魅力——中建二局三公司國(guó)家體育館2022冬奧改建項(xiàng)目施工紀(jì)實(shí)[J].建筑,2020(20):65-67.

來(lái)源：了不起的中國(guó)制造

出品：網(wǎng)易新聞

編輯：IPRdaily王穎          校對(duì)：IPRdaily縱橫君

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