承辦冰上比賽項(xiàng)目，是國(guó)家游泳中心“水立方”的首次。從高溫、高濕的“水立方”變成低溫、低濕的冰上項(xiàng)目“冰立方”，并不是將室內(nèi)溫度降低到結(jié)冰那么簡(jiǎn)單。“在不破壞原有建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，我們和北京市建筑設(shè)計(jì)院、清華大學(xué)等多家國(guó)內(nèi)頂尖的建筑設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)聯(lián)手，按照‘水冰轉(zhuǎn)換，雙輪驅(qū)動(dòng)’的策略，開展了結(jié)構(gòu)、溫度、濕度、照明、聲學(xué)等方面的攻關(guān)和改造，使‘水立方’實(shí)現(xiàn)‘冰場(chǎng)—泳池’復(fù)合型‘雙奧場(chǎng)館’循環(huán)利用。”參與改造項(xiàng)目的哈工大土木工程學(xué)院教授張文元說。

“水立方”變身“冰立方”凝聚了哈工大多個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究成果。為了在水面上安裝可拆卸冰面，張文元團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了冰水轉(zhuǎn)換賽場(chǎng)的結(jié)構(gòu)方案、設(shè)計(jì)詳圖、性能指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系；為了減少微小震動(dòng)對(duì)冰壺運(yùn)行軌跡的影響，土木工程學(xué)院副教授丁勇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冰面影響因素的全過程監(jiān)控。而為了保證室內(nèi)溫度恒定，給“水立方”頂棚安上“窗簾”的是哈工大建筑學(xué)院教授陸詩(shī)亮團(tuán)隊(duì)。

中國(guó)首例 世界獨(dú)有

冰城科研團(tuán)隊(duì)“水冰轉(zhuǎn)換”助力冬奧

冬奧會(huì)上，“冰立方”受到各方關(guān)注。“它的內(nèi)部環(huán)境是等差溫度，身處場(chǎng)館的不同位置，溫度會(huì)有不同：冰面的溫度要保證在-5℃以下，提高冰的硬度來保障比賽要求；1.2米以上則使溫度控制在5℃以上；到觀眾席的位置，則要保證溫度在10℃-12℃以上，使觀眾有最佳的觀賞體驗(yàn)。”陸詩(shī)亮說，我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的天幕是保障室內(nèi)環(huán)境等差恒溫的“幕后英雄”。

國(guó)家游泳中心水立方內(nèi)部實(shí)景圖

“水立方”最初設(shè)計(jì)的房頂為半透明式，這樣能更好地將自然光引進(jìn)館中，增加室內(nèi)亮度。但是如果改成冰上項(xiàng)目，半透明的房頂會(huì)導(dǎo)致冰面溫度發(fā)生劇烈變化，影響比賽效果。“我們?cè)谂镯斨虚g，研究安裝一層遮擋物，將自然光線遮擋掉，通俗地說就是給它拉上一層可移動(dòng)‘窗簾’。”陸詩(shī)亮說。

陸詩(shī)亮20多年一直專注于冰上體育建筑領(lǐng)域，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到科研，其所在團(tuán)隊(duì)在全國(guó)體育場(chǎng)館設(shè)計(jì)領(lǐng)域一直走在前頭，曾設(shè)計(jì)過大連體育中心，亞洲杯大連比賽中心，十三屆十四屆全國(guó)冬運(yùn)會(huì)冰上場(chǎng)館等國(guó)內(nèi)重大體育比賽賽場(chǎng)，積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

水立方改造后外景圖

正是因?yàn)樵诒w育建筑方面的成就，2019年，受冬奧組委會(huì)委托，對(duì)“水立方”進(jìn)行整體環(huán)境改造，邀請(qǐng)到了陸詩(shī)亮團(tuán)隊(duì)。“這個(gè)改造項(xiàng)目難度巨大，組委會(huì)對(duì)如何將游泳館高溫高濕的環(huán)境變成冰壺場(chǎng)低溫低濕環(huán)境精準(zhǔn)控制沒有把握，于是邀請(qǐng)了我們和北京建筑設(shè)計(jì)院、清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)頂尖的多家建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)參與。”陸詩(shī)亮說，在進(jìn)行改造之前，團(tuán)隊(duì)首先進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研頂棚遮光問題。大家知道，“水立方”原屋頂采用的是白色ETFE膜，我們的任務(wù)就是找到一個(gè)合適的材料進(jìn)行遮擋。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)反復(fù)模擬，最終選擇一種厚約0.26毫米的PVC膜材，這種材料又薄又輕，美觀不突兀，既能起到遮擋作用，又能對(duì)室內(nèi)溫度濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

材料選定了，其次就是在哪放、如何放的問題。“‘水立方’上方頂棚有6—7米高的層高，這6—7米的距離之間夾著兩層頂棚膜，中間是金屬結(jié)構(gòu)。我們就是利用兩層膜之間的金屬結(jié)構(gòu)空間鋪設(shè)一層遮擋物。”陸詩(shī)亮說，這層膜并不是一張平整的大網(wǎng)，而是由幾百塊“小窗戶”組成，需要安裝人員一塊一塊整齊精準(zhǔn)地排列好。

實(shí)施過程對(duì)科研團(tuán)隊(duì)來說也充滿挑戰(zhàn)。研究人員需要站在幾十米高的頂棚爬高測(cè)量、安裝測(cè)試儀器。經(jīng)過半年多的努力，2021年年中該部分改造項(xiàng)目全部完成。經(jīng)過科學(xué)監(jiān)測(cè)，改造后實(shí)現(xiàn)制冰節(jié)能20%—30%，滿足冰上大型比賽要求。

“遮擋物安裝完畢后，真的就像給窗戶拉上了窗簾，場(chǎng)館的溫度明顯下降，并且有效降低熱輻射對(duì)制冰系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷。”陸詩(shī)亮說，這種改造模式不僅是中國(guó)首例，在世界上也是獨(dú)一無二。

一館多用 頂尖科技

“水立方”模式將推向全國(guó)

“這種改造的好處是冬奧會(huì)過后，場(chǎng)館還能恢復(fù)成原來的樣子，不改變?cè)瓐?chǎng)館使用功能。”陸詩(shī)亮說，未來“水立方”將實(shí)現(xiàn)雙輪驅(qū)動(dòng)，即既可以舉辦國(guó)際級(jí)別游泳賽事，也能夠舉辦大型冰上賽事。

一館多用，尤其是從水上項(xiàng)目到冰上項(xiàng)目的大幅度改造，這在過去是從來沒有過的。而且，2022年冬奧會(huì)每一座場(chǎng)館的新建、改建，都凝聚了來自全國(guó)各地科研團(tuán)隊(duì)的最新科技成果。一個(gè)“水立方”改造項(xiàng)目，實(shí)際上凝結(jié)了目前中國(guó)最頂尖的科技成果。改造成功后，如果能把“水立方”模式加以推廣，就能讓全國(guó)體育場(chǎng)館受惠，迅速走上科技節(jié)能之路。

正是基于這一初衷，受科技部委托，陸詩(shī)亮團(tuán)隊(duì)又和同濟(jì)大學(xué)、北京市建筑設(shè)計(jì)院聯(lián)合進(jìn)行體育場(chǎng)館可持續(xù)運(yùn)維的研究。陸詩(shī)亮先后派遣二三十名博士、碩士、博導(dǎo)等科研人員分別趕赴黑龍江、北京、新疆、內(nèi)蒙古、福建、四川等省區(qū)市15個(gè)冰上項(xiàng)目場(chǎng)館進(jìn)行數(shù)據(jù)收集工作。

科研人員在安裝表面熱電偶，用來測(cè)量增設(shè)遮陽(yáng)膜后的頂棚表面溫度

研究人員在收集數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，各個(gè)場(chǎng)館在運(yùn)營(yíng)時(shí)管理千差萬(wàn)別。比如，有的場(chǎng)館將冰面溫度控制在-5℃至-7℃之間，而有的場(chǎng)館將溫度控制在-6℃至-9℃，不同溫度每小時(shí)耗電量是不一樣的，溫度高低直接影響冰面硬度。

“過去，場(chǎng)館運(yùn)營(yíng)管理沒有一個(gè)統(tǒng)一模式，管理團(tuán)隊(duì)有的也不夠?qū)I(yè)，管理模式多是粗放式的。”陸詩(shī)亮說，研究人員收集場(chǎng)館的幾乎所有數(shù)據(jù)，每一個(gè)場(chǎng)館收集的數(shù)據(jù)多達(dá)200多項(xiàng)，比如場(chǎng)館空間、高度、能耗、管理人員、運(yùn)營(yíng)成本、場(chǎng)館開閉時(shí)間等。回來后整理到數(shù)據(jù)庫(kù)中再進(jìn)行提取、建模、分析等后續(xù)工作。

接下來，團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃收集10—15個(gè)場(chǎng)館數(shù)據(jù)，計(jì)劃在半年內(nèi)全部完成數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。“經(jīng)過整理人員的進(jìn)一步整理歸納和研究，可以看到各個(gè)場(chǎng)館的運(yùn)行狀況，以及其控制的主導(dǎo)因素，最后總結(jié)歸納成十幾個(gè)至二十幾個(gè)板塊，這些核心板塊成為控制一個(gè)體育場(chǎng)館的關(guān)鍵。”陸詩(shī)亮說，這些要素控制好，就能為體育場(chǎng)館建設(shè)提供充足的借鑒和指導(dǎo)。未來這些數(shù)據(jù)最后會(huì)整理成文字、策略，對(duì)外分享。

因?yàn)槭苤朴谛袠I(yè)壁壘、商業(yè)秘密等因素影響，體育場(chǎng)館數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)之前無論是在國(guó)內(nèi)，還是在國(guó)外都是從未進(jìn)行過的。此次陸詩(shī)亮團(tuán)隊(duì)通過各種方式突破行業(yè)壁壘，相當(dāng)于給全國(guó)體育場(chǎng)館亮家底、排位次。讓那些管理不善的體育場(chǎng)館管理人員向高效運(yùn)營(yíng)場(chǎng)館借鑒學(xué)習(xí)。

“以哈爾濱為例，哈爾濱有許多體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館，但許多場(chǎng)館的功能都是單一的，游泳館只能游泳，冰球館只能打冰球，如果“水立方”模式可以復(fù)制，那么就解決了體育場(chǎng)館單一使用功能的問題，使一個(gè)體育場(chǎng)館可以一館多用，而且通過大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保可持續(xù)管理運(yùn)營(yíng)。”陸詩(shī)亮說，比如，過去制一塊冰需要2度電，而通過科學(xué)規(guī)劃管理，可能只用1度電就夠了，使管理成本大大降低。甚至在科學(xué)精準(zhǔn)計(jì)算的前提下，還可以舉辦多種大眾冰水融合娛樂活動(dòng)。

政策扶持 科學(xué)管理

加速擁抱體育產(chǎn)業(yè)多元化時(shí)代

20多年來，陸詩(shī)亮一直專注體育場(chǎng)館設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)，陸詩(shī)亮親眼見證了中國(guó)體育產(chǎn)業(yè)翻天覆地的變化，同時(shí)也看到了中國(guó)體育場(chǎng)館多元化時(shí)代的到來。“過去中國(guó)體育場(chǎng)館很少，一座城市可能只有一個(gè)體育館。設(shè)計(jì)難度也很大，因?yàn)樾枰獫M足大跨度、大空間的設(shè)計(jì)要求，需要多專業(yè)互相配合。”陸詩(shī)亮說，不僅如此，過去中國(guó)人均體育場(chǎng)地僅1.05平方米左右，可以說大部分人基本沒有健身鍛煉的場(chǎng)所。現(xiàn)在上升到人均2平方米，但這個(gè)數(shù)字跟國(guó)外相比，還是太少了。跟我們鄰國(guó)日本相比，他們?nèi)司w育場(chǎng)地達(dá)到17平方米，是我們國(guó)家的8倍多。

在冰立方頂棚兩層鋼結(jié)構(gòu)氣枕間敷設(shè)遮擋膜

陸詩(shī)亮說，最近這些年，國(guó)家大力支持體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尤其是各地體育場(chǎng)館建設(shè)。如今各地體育場(chǎng)館建設(shè)呈高速發(fā)展的趨勢(shì)，建設(shè)數(shù)量和規(guī)模是之前的四五倍之多。“從模式到技術(shù)，再到理念，體育產(chǎn)業(yè)發(fā)生了巨大的變化，我們的目的就是使體育建筑真正走向民間”。陸詩(shī)亮說，以前的體育場(chǎng)館是高高在上的，只在專業(yè)比賽時(shí)才開放。當(dāng)然，當(dāng)時(shí)的考慮是運(yùn)營(yíng)成本高，一旦開放，支出太多，一個(gè)小時(shí)幾百幾千的費(fèi)用。現(xiàn)在我們主張的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)模式，就是盡量降低運(yùn)營(yíng)成本，打1個(gè)小時(shí)球，可能二三十塊運(yùn)營(yíng)成本就夠了。也就是說，從過去粗放型的運(yùn)營(yíng)管理到如今精細(xì)化、科學(xué)化運(yùn)營(yíng)管理，讓更多人受惠。

如今，體育場(chǎng)館的分類更加專業(yè)、清晰、細(xì)化。城市綜合體、專業(yè)場(chǎng)館和社區(qū)健身休閑場(chǎng)所、全民健身中心、專業(yè)足球場(chǎng)地等都針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)人群。“比如，過去足球場(chǎng)一般是足球和田徑混合，僅2021年全國(guó)各地出現(xiàn)了八九座專業(yè)足球場(chǎng)，這是過去從來沒有過的。”陸詩(shī)亮說，專業(yè)足球場(chǎng)對(duì)觀眾來說更加友好，觀看更清晰，感受更直觀，同時(shí)也跟國(guó)際模式接軌。

體育場(chǎng)館多元化不僅體現(xiàn)在體育場(chǎng)館分類更加精細(xì)，更體現(xiàn)在它的邊界也在無限延伸。“它可以是一個(gè)復(fù)合多元的綜合體，它既可以用于體育運(yùn)動(dòng)，也可以用于餐飲娛樂，甚至可以購(gòu)物，滿足不同消費(fèi)需求。”陸詩(shī)亮說，像網(wǎng)球、馬術(shù)等高端運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地也在層出不窮，而且價(jià)格也開始親民，幾百塊錢能體驗(yàn)一下。觀眾的觀賞體驗(yàn)更佳、更舒適，溫濕度適宜，服務(wù)更加到位，觀眾看冰上比賽不會(huì)凍得瑟瑟發(fā)抖。

“在國(guó)家政策的大力扶持下，中國(guó)體育產(chǎn)業(yè)會(huì)迎來高速發(fā)展期。讓體育健身融入到每個(gè)人的生活中。”