“冰立方”、“冰丝带”、“冰菱花”、“冰之帆”——随着北京冬奥会的临近，这些即将举行冰上运动赛事的奥运场馆也备受关注。其实，从设计到施工，北京冬奥会场馆处处体现着科技元素。近日，记者探寻了冬奥会“冰”场馆里蕴含的“黑科技”
“冰立方”：“冰水转换”华丽变身
北京即将成为历史上第一个举办了夏、冬两季奥运会的“双奥之城”。你知道吗？北京还将拥有一座“双奥场馆”，它就是在本届冬奥会中作为冰壶比赛场地的“冰立方”。“冰立方”是由2008年奥运会作为跳水和游泳比赛场地的“水立方”改造而成。
由“水立方”变身“冰立方”，听起来只是“一点点”的改动，实则非常不易。冰壶是公认的对冰面质量要求极高的运动项目。除了对冰面光滑度和平整度的要求，对整体环境中的各个因素，例如温湿度、照明、声音传播、空气流动等都具有很高的要求。在高水平角逐的奥运赛场上，冰壶冰面1摄氏度的温差或者是1毫米的平整度偏差，都会对冰壶的走向和运动员的发挥造成影响，让比赛产生争议。
为了在满足冬奥赛事场地要求的基础上，继续保有场馆奥运遗产属性和水上项目功能，我国创造性地提出了“水冰转换”方案——通过支撑体系和移动式制冰系统，完成“水立方”到“冰立方”的功能转换。
北京2022年冬奥会速滑馆、国家游泳中心冰壶赛场设计总负责人、北京市建筑设计研究院副总建筑师郑方介绍说，以钢框架结构+预制砼板作为场地基层，加之由上到下7层不同结构组成的支撑体系，取代水泥灌入池中，这样水池则得以保留下来。 7层结构就是支撑冰壶赛道并实现“水冰转换”的关键所在。层层叠加的结构，每一步都不容闪失。最底层的2600根钢架，每一根都进行了毫米级的微调，才使得最上面的冰层可以满足冰壶场地冰面变形不能超过1毫米的苛刻要求。在钢架上铺设预置的混凝土板层，用时搭制，不用拆除，这就实现了场馆冰与水间的自由转换。
“冰立方”的另一个科技亮点是智能化的室内环境，一方面要确保比赛用冰的质量，另一方面又要考虑到观赛观众的体感。场馆改造采用了赛场温度分区控制。冰壶赛道冰面温度在零下4℃和7℃之间可精确调节，冰面以上1.5米处的温度则保持在10℃，露点温度-4℃，观众们所在的看台温度在16℃至18℃，保证人体舒适度。
整座场馆的“大脑”——全新的群智能系统会在比赛期间根据场馆内温度、湿度、声光环境的变化，来适时调节场馆内相关设备运行。在这一系列的改造工作完成之后，冰壶场馆比赛大厅将确保冬奥会和冬残奥会期间，在任何热负荷条件下，都能满足比赛需要。
“冰丝带”：二氧化碳全冰面制冰
“冰丝带”称得上是北京冬奥场馆中最受瞩目场馆之一，其标志性的22条曲面玻璃幕墙线条流畅，如同运动员在冰面高速滑行留下的轨迹，完美诠释了“冰”与“速度”碰撞出的美。
作为速度滑冰项目的比赛场地，国家速滑馆引人注目的焦点之一就是冰，它拥有亚洲最大的全冰面，是冬奥历史上第一个使用二氧化碳制冷剂的速滑场馆。2021年4月30日，国家速滑馆迎来了首次全冰面制冰，制冰完成后，整个冰面有近12000平方米，可以划分成不同的功能区，执行不同的比赛。
国家速滑馆的冰场还被称为最“快”的冰，它采用二氧化碳跨临界直冷制冷技术制成，冰面均匀，温差被控制在0.5摄氏度以内。在这样的冰面上，运动员更容易发挥出最好的成绩，滑出更快的速度。
郑方介绍说，除了能助力运动员挑战极限速度，国家速滑馆的冰还非常环保，因为制冰使用的制冷剂是二氧化碳，与氯氟烃类制冷剂相比，二氧化碳不仅对臭氧层不会造成破坏，而且温室效应也更低，自然更加环保。
“冰菱花”：美轮美奂又科技绿色
作为冬奥场馆之一，“冰菱花”成为了北京长安街上又一标志性建筑。优美浪漫的“冰菱花”代指五棵松冰上运动中心。它秉承着“科技、智慧、绿色、节俭、特色”的建设理念，是一座美轮美奂又极具实用性的综合性冰上体育馆。
冬奥期间，“冰菱花”将承担冰球训练任务，并与冬奥会冰球比赛用馆的五棵松体育馆相邻。两个场馆之间设有地下通道，运动员与工作人员可通过通道穿梭于两个场馆之间，便于训练与赛事。
五棵松冰上运动中心的外观犹如光彩夺目的冰花，纵横交错的外墙“骨架”组成了一朵朵美丽的冰菱。北京市建筑设计研究院建筑师朱小地担任五棵松冰上运动中心的总设计师，他提出“冰菱花”概念，将外墙使用格栅幕墙技术，通过数字技术将每个小格的位置与颜色计算出来，并填充五种幕墙颜色。斜向格栅呈45°交叉，通过几何图形组成雪花的图案，当观众从不同的角度观看时，都会有不一样的画面与感受。
灯光设计方面，也与外墙设计相结合，将灯“藏”在视线盲区。这做到了让观众从场外看不到灯在什么位置，但在灯与幕墙的配合下，却可以观看到“冰菱花”外墙近似于动态的视觉效果，如“漫天冰菱”闪闪发光。多层次多空间的外墙设计，不仅让造型独特别致，灯光与幕墙配合恰到好处，而且也可以兼顾遮阳与节能。
建筑外幕墙是国内首个采用传统铝合金幕墙系统，这使其成为综合传热系数K值小于1.0 的被动式建筑幕墙，不会过分传热，充分体现了“科技”与“环保”相结合的设计理念。
除“冰菱花”的外观设计理念外，超低能耗设计是五棵松冰上运动中心的亮点之一。清华大学同衡设计院节能研究所为此场馆专门进行了超低能耗设计。场馆采用了二氧化碳直冷跨临界制冰系统。二氧化碳直冷跨临界制冰系统颠覆了传统氟利昂的制冷方式，不仅省电环保，其制冷性能还更稳定，效率更高。
冰之帆：“冰垒”外墙环保节能
被称之为“冰之帆”的国家体育局，坐落于北京奥林匹克公园中心区的南部，与“冰立方”“冰丝带”相邻。在2022年北京冬奥会上，“冰之帆”将承办男子冰球全部赛事、女子冰球决赛部分赛事及冬残奥会冰橇冰球部分赛事。
为了迎接北京冬奥会，“冰之帆”在2018年开始进行改造，改造后总面积约9.8万平方米，可容纳2万名观众，成为了国内最大的综合室内体育馆。
“冰之帆”从外观看上去像是一把折扇，又像是晶莹剔透的巨浪，这种视角效果得益于建筑的的玻璃幕墙。建筑外强使用了一面光滑、一面具有凹凸质感的冰花图案的压花玻璃，共计863块。最大的超过8平方米，采用错落有致的排列方式，配合灯光，就会逼真地呈现出由一块块晶莹剔透的冰垒砌出的效果，营造出浓浓的冬季运动氛围。
除此之外，扩建部分还采用了仿冰玻璃砖设计，充分引入自然采光，通过外遮阳和内遮阳系统，调节自然采光，最大限度减少照明能耗，环保节能的同时，也保证了建筑美感。
与其他冬奥冰上运动场馆明显不同的是，国家体育馆有很大一部分空间分配给了更衣室。因冰球运动有其特殊性，厚重的运动装备，超长的器具、运动服需要烘干，冰刀经常打磨修整。这些都对运动员更衣室提出了更高要求。为保证更衣室既满足北京冬奥会运动员使用需求，又符合冬奥会可持续理念，建设者采用了装配式集装箱模块化的工艺，即更衣室主体结构和部件全部采用标准化设计、工厂化生产，现场像搭积木一样进行组装。赛后，每个更衣室单元可以拆开成8个独立的箱体或者重新按需要拼接成新的房间使用，可循环利用。
作者：农民日报·中国农网记者 李丽颖
