• 【冬奥小课堂】开眼啦!来看看冬奥场馆中的科技范儿
    发布日期:2021-09-14 14:08   来源:未知   阅读:

  国家速滑馆,22条“冰丝带”飞舞飘扬;国家雪车雪橇中心,1.9公里的赛道如游龙盘卧;国家跳台滑雪中心,“如意”亮相……

  2020年12月19日拍摄的位于张家口市崇礼区的国家跳台滑雪中心“雪如意”

  场馆是办好北京冬奥会、冬残奥会的基础,竞赛场馆更是运动竞技、观赛和展示城市发展水平的窗口。记者从前不久召开的北京冬奥会和冬残奥会场馆建设新闻发布会上获悉,北京2022年冬奥会和冬残奥会共使用39个场馆,其中包括12个竞赛场馆。截至去年年底,12个竞赛场馆永久性设施完工。今年上半年,举行了雪上项目和冰上项目测试活动,所有竞赛场馆顺利通过考验,设施运行表现出色。

  蓝图变为现实背后,是工匠们2000多个日夜的拼搏奋战,是无数项攻坚克难的专利设计,是生态修复、协同发展、赛后利用等多重考量。记者通过几组关键词,带您感受场馆建设中的“科技范儿”——

  22条高低盘旋的“丝带”,宛如速滑运动员冰刀划过冰面的痕迹。在以北14公里、奥林匹克森林公园西侧,有着“冰丝带”之称的国家速滑馆与鸟巢、水立方遥相呼应,成为北京城的新地标。

  作为北京2022年冬奥会唯一的新建冰上竞赛场馆,“冰丝带”曾被业内称为“世界级建造难题”。2020年5月,它以最高分荣获“2019年度中国钢结构金奖年度杰出工程”大奖,这是国内钢结构行业的最高奖项。而“天幕”的成功“编织”是其主要加分项。

  据介绍,长200米、宽130米的大跨度屋顶是“冰丝带”建设中面临的首要难点。不同于一般建筑,其屋顶为不规则马鞍形,更增加了建设难度。

  不过,最终呈现给我们的,是目前世界体育场馆中规模最大的单层双向正交马鞍形索网屋面,碗状看台顶部周圈环桁架上的钢索网结构,最大跨度达到198米×124米,但用钢量仅为传统屋面的四分之一。

  建设团队将这张索网称为“天幕”。通俗地讲,就像是把一个“网球拍面”盖在房顶上,作为“骨架”支撑。只不过这个“拍面”是由粗大的钢索编织而成,不是平面而是马鞍形。

  而编织索网的关键“零件”是高钒密闭索。国内当时并无厂家生产这种“零件”,如果用“拿来主义”,沿用国外技术,对工程建设者来说会相对轻松。但国家速滑馆项目团队还是选择了一条难走的路。

  “我们更希望能突破技术壁垒,实现核心技术国产化。”国家速滑馆项目总工程师李久林表示,就像芯片一样,如果不能自主掌握,那么制造和运输成本极高,建设周期也受限于人。

  他们成功了!2018年5月,国内第一条相关生产流水线个月后,第一车成品索到达国家速滑馆施工现场。当年11月16日,国家速滑馆的屋面环桁架合为一体。同期,工人们开始在地面编织“天幕”。2018年12月28日,“网球拍面”在地面组装完毕,开始往屋顶提升、张拉。2019年4月26日,完成索定,“天幕”工程完美收官。

  北京城建集团国家速滑馆工程总承包部项目经理李少华介绍,由于索网屋面的空间形态非常复杂,张拉以后每一个“方格”空间形态都不一样,因此填充的每一块单元体尺寸也不同,需要通过实测得到数据后再进行加工定制。

  而这背后,离不开建筑数字信息BIM系统。据了解,“冰丝带”上至8500吨的钢结构,下到每一块形状各异的幕墙玻璃、弧度各异的看台,都实现了数字化,在工厂进行精密生产和预制,在现场精准拼装。因此,建设速度、建设质量成倍提升。

  这只是冬奥场馆建设中多项“自主创新”的一个例子。不仅是国家速滑馆,“国产”新技术、新材料还被大量运用到其他冬奥场馆建设中。

  河北张家口,国家跳台滑雪中心,因形似而被称为“雪如意”。这是我国首座符合国际标准的跳台滑雪场馆,也是北京2022年冬奥会张家口赛区工程量最大、技术难度最高的竞赛场馆。

  在“十三五”国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术”项目的支持下,依托这一工程实践,我国首次掌握符合国际标准跳台的设计方法与建造技术。

  据该项目有关负责人介绍,国家跳台滑雪中心建立运维云平台统筹设计施工,实现自下而上的信息化集成和智能分析,同时研发了助滑道冰面准分布式智能监测系统和铺面平整性智能检测车,使得助滑道冰面精度与着陆坡表面达到厘米级精度,助滑道冰面温度监测误差小于0.5℃,填补了国际空白。

  延庆赛区,雪车雪橇赛道是半U型混凝土浇筑结构,混凝土里预埋误差不超过5毫米的冷凝管,通过在表面制冰最终形成赛道。看似并不复杂,但1.9公里长的赛道浇筑要一气呵成,一次成型很难。各种弯度、各种落差交织在一起,更是难上加难。建设团队也选择放弃高薪聘请国外团队,走自主创新之路:1.9公里赛道混凝土一次性喷射浇筑成型。

  “冰丝带”的“黑科技”不只有“天幕”,其1.2万平方米的冰面也创下亚洲之最。值得注意的是,它还在世界上首次应用二氧化碳跨临界直冷制冰技术,实现碳排放趋近于零,成为低碳绿色运动场馆的样板工程。

  记者了解到,在冬奥会三大赛区的场馆建设过程中,低碳环保成为主要发力方向。

  “北京冬奥会将使用8座冰上场馆、10块冰面,除首体花样滑冰训练馆因冰面未改造而沿用原有制冷系统外,其他7座场馆9块冰面,均使用环保型制冷剂。”北京冬奥组委规划建设部部长刘玉民表示。

  除了“冰丝带”之外,首都体育馆、首体短道速滑训练馆以及五棵松冰球训练馆也选用了二氧化碳跨临界直接制冷系统。这是目前世界上最先进、最环保、也是最节能的制冷技术,在冬奥会历史上尚属首次。

  据介绍,二氧化碳制冰技术是国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项2019年批复启动的“国家速滑馆智慧场馆建设和应用关键技术研究与示范应用”项目重点研发成果之一。在国家速滑馆,场馆的多功能超大冰面亚临界、跨临界多工况并行二氧化碳直接蒸发制冰集中式制冷系统,亚临界、跨临界多工况并行二氧化碳集中式制冷中压回油系统等应用均属国际首次。

  据国家速滑馆制冰系统有关设计负责人介绍,二氧化碳制冷剂破坏臭氧层潜能值为0,全球变暖潜能值为1,并且无异味、不可燃、不助燃,是可持续性最好的冷媒之一。与传统制冷系统比,能效可提升20%以上。通过场馆的智能能源管理系统,还能够把制冰过程产生的废热用于除湿、冰面维护、场馆生活热水等。全冰面模式下每年仅制冷部分就能节省200多万度电,相当于约120万棵树实现的碳减排量,整个制冷系统的碳排放趋近于零。

  延庆,雪车雪橇赛道宛如一条巨龙盘卧小海陀山南麓。据了解,雪车雪橇是冬奥会中速度最快的项目,被誉为冬奥会“雪上F1”。www.281333.com,它的专业性强、危险性高,因此对场地要求非常苛刻。“综合了各种因素之后,最终只有南坡的选址符合条件。”据有关负责人介绍,这是国内唯一一条雪车雪橇赛道,也是目前世界上唯一的南坡赛道。

  场地位置向阳,阳光直射会影响冰面质量,怎么办?项目团队研发出一套独特的地形气候保护系统,赛道遮阳棚结合赛道形状、地形等,实现了传统木结构与现代钢结构的完美结合,有效保护了赛道冰面,也最大限度降低了能源消耗。

  不仅如此,北京冬奥会所有新建室内场馆全部达到绿色建筑三星级标准,其他现有室内场馆达到绿色建筑二星级标准。所有场馆实现100%绿电供应,即电力均来自风力发电或光伏发电,北京冬奥会将成为百年奥运历史上第一次全部使用绿色清洁电力的奥运会。

  夜色下,水立方绚丽多彩的灯光秀总是引人驻足。这个2008年曾惊艳世界的作品,因其出色的设计理念和科技创新,在北京奥运会过去十余年后,依然属于地标性建筑。2022,它要再次绽放,惊艳世界——水立方变成“冰立方”,成为世界首个“水冰转换”场馆。

  这是北京冬奥会场馆建设贯彻可持续发展理念的一个缩影。其背后同样离不开科技的支撑。

  从高温高湿的泳池环境,到低温干燥的冰场环境,可谓“冰水两重天”,改造技术难度和工程复杂度难以想象。

  搭建转换结构是改造的首要难题。据了解,冰壶比赛对冰面平整度要求极高,每平方米在承受150公斤重量的情况下,冰面变形不能超过1毫米。制冰团队研发定制可拆装的钢结构作为冰下主体结构,为冰壶赛道提供牢固的结构支撑。往上依次是10厘米轻制混凝土预制板和两层各5厘米的保温层,接下来是PE防潮隔离层及无纺布层,在7厘米的制冰排管及蜂窝支架之上,才是运动员接触到的真正冰层。

  改造中,很多原来引以为傲的设计,也都成了待解的难题。比如,水立方的“蓝色泡泡外墙”。蓝色膜结构形体轻盈、透光性强,但冰面十分“娇气”。技术团队便给水立方“拉上了窗帘”——在膜结构下覆了一层PVC膜,避免阳光照射对冰的影响。等到水立方切换到“夏季模式”,便可“拉开窗帘”。

  变化不只发生在泳池内,水立方转成“冰立方”,传统场馆也变成了一座后台机器设备、控制系统都有能力随场馆功能需求随时转换的真正意义上的智能场馆。

  除了“水冰转换”,五棵松体育馆还可以在6小时内实现篮球场与冰场之间的相互转换。

  可持续、可利用、可收益,已经成为当今奥林匹克运动发展的一个重要命题。北京冬奥场馆建设始终遵循着这一理念。

  记者了解到,北京2022年冬奥会一方面最大程度使用现有资源,包括2008年奥运会遗产——10个场馆遗产,如水立方等,香港老奇人心水论坛4个土地遗产,如国家速滑馆使用了2008年奥运会两个临时场馆曲棍球场和射箭场的土地;工业遗产——废弃的钢铁冶炼厂变身滑雪大跳台,成为冬奥历史上第一座与工业遗产再利用直接结合的竞赛场馆。

  另一方面,所有场馆设施在赛后将实现长久利用和可持续利用。冬残奥会后,大部分场馆只需进行简单转换就能进入赛后模式,最大限度地提高场馆赛后运营的实效性。

  在北京赛区,所有竞赛场馆全部拥有夏季、冬季项目场地自由转换的“两栖”能力。如水立方,考虑到赛后每年用于冰壶比赛的时间只有两三个月,因此,它的制冰系统全部是临时的,制冰系统和底层的支撑系统能够可持续转换和反复利用。延庆赛区、张家口赛区的竞赛场馆在规划设计中也充分考虑赛后利用,如预留雪上大众项目场地的建设空间等。

  既有场馆的可持续利用,冬季、夏季运动模式可快速转换……北京冬奥会为奥运遗产成为可传承、可服务大众的永久资产提供了“北京方案”。

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