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國(guó)家游泳中心，又名“水立方”、“冰立方”，位于北京市朝陽(yáng)區(qū)北京奧林匹克公園B區(qū)西側(cè)，和國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”遙相呼應(yīng)。國(guó)家游泳中心始建于2003年12月24日，占地面積6.2公頃，建設(shè)規(guī)模約8萬(wàn)m2，主體建筑緊鄰城市中軸線。國(guó)家游泳中心是北京市地標(biāo)建筑、2008年北京奧運(yùn)會(huì)標(biāo)志性建筑物之一、2022年北京冬奧會(huì)北京賽區(qū)競(jìng)賽場(chǎng)館之一。2003年7月28日，國(guó)家游泳中心建筑設(shè)計(jì)方案正式確定。2008年1月28日，國(guó)家游泳中心正式竣工。2018年12月26日，國(guó)家游泳中心正式開(kāi)始改造，啟動(dòng)向“冰立方”的華麗轉(zhuǎn)身。2020年7月，完成場(chǎng)館永久設(shè)施改造任務(wù)，滿足舉辦冬奧會(huì)測(cè)試賽的需求。

雙奧場(chǎng)館”國(guó)家游泳中心通過(guò)“水冰轉(zhuǎn)換”制出4條冬奧標(biāo)準(zhǔn)的冰壺賽道，它將成為冬奧會(huì)歷史上最大體量的冰壺場(chǎng)館、世界上唯一一個(gè)水上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目和冰上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目可自由轉(zhuǎn)換的大型比賽場(chǎng)館。北京冬奧會(huì)的男子冰壺、女子冰壺、混合雙人冰壺比賽將在改造后的國(guó)家游泳中心進(jìn)行。

國(guó)家游泳中心外景?市重大項(xiàng)目辦

國(guó)家游泳中心外觀如同一個(gè)冰晶狀的立方體，造型簡(jiǎn)潔現(xiàn)代，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的“方盒子”是中國(guó)傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代科技共同“搭建”而成的。中國(guó)人認(rèn)為，沒(méi)有規(guī)矩不成方圓，按照制定出來(lái)的規(guī)矩做事，就可以獲得整體的和諧統(tǒng)一。在中國(guó)傳統(tǒng)文化中，“天圓地方”的設(shè)計(jì)思想催生了“水立方”，它與圓形的“鳥(niǎo)巢”——國(guó)家體育場(chǎng)相互呼應(yīng)，相得益彰。方形是中國(guó)古代城市建筑最基本的形態(tài)，它體現(xiàn)的是中國(guó)文化中以綱常倫理為代表的社會(huì)生活規(guī)則。而這個(gè)“水立方”又能夠最佳體現(xiàn)國(guó)家游泳中心的多功能要求，從而實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)文化與建筑功能的完善結(jié)合。

“冰立方”夜景?新京報(bào)

在中國(guó)文化里，水是一種重要的自然元素，設(shè)計(jì)者將水的概念深化，不僅利用水的裝飾作用，還利用其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，基于“泡沫”理論的設(shè)計(jì)靈感，他們?yōu)閲?guó)家游泳中心包裹上了一層建筑外皮，上面布滿了酷似水分子結(jié)構(gòu)的幾何形狀，表面覆蓋的3000多個(gè)ETFE膜又賦予了建筑冰晶狀的外貌，使其具有獨(dú)特的視覺(jué)效果和感受，輪廓和外觀變得柔和，水的神韻在建筑中得到了完美的體現(xiàn)。ETFE膜是一種透明膜，能為場(chǎng)館內(nèi)帶來(lái)更多的自然光。它是根據(jù)細(xì)胞排列形式和肥皂泡天然結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成的，這種形態(tài)創(chuàng)意十分奇特。同時(shí)，ETFE膜具有高抗污，易清洗的特點(diǎn)，通常雨水即可清除主要污垢。作為大型比賽場(chǎng)館的建筑材料用ETFE膜，更大的優(yōu)勢(shì)還在于它們可以加工成任何尺寸和形狀，滿足大跨度的需求，節(jié)省了中間支承結(jié)構(gòu)。作為一種充氣后使用的材料，它可以通過(guò)控制充氣量的多少，對(duì)遮光度和透光性進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)省能源的同時(shí)起到保溫隔熱作用。

國(guó)家游泳中心的墻面和屋頂都分內(nèi)外三層，設(shè)計(jì)人員利用三維坐標(biāo)設(shè)計(jì)了3萬(wàn)多個(gè)鋼質(zhì)構(gòu)件，多個(gè)位置不同的鋼質(zhì)構(gòu)件組成了堅(jiān)圓的空間鋼架結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)都是我國(guó)自主創(chuàng)新的科技成果，填補(bǔ)了世界建筑史的空白。

國(guó)家游泳中心改造面積約50000㎡，長(zhǎng)177m、寬177m、高31m，建筑總面積8萬(wàn)m2（賽時(shí)），10萬(wàn)m2（賽后）。場(chǎng)館內(nèi)部是一個(gè)六層樓建筑，平面呈正方形。賽時(shí)座位17000座，賽后永久座位6000座。國(guó)家游泳中心是典型的外柔內(nèi)剛，外部只看到充氣薄膜，好像弱不禁風(fēng)，而支撐這些薄膜的是堅(jiān)實(shí)的鋼結(jié)構(gòu)，里面觀眾看臺(tái)和室內(nèi)建筑物為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。國(guó)家游泳中心的墻壁和天花板由1.2萬(wàn)個(gè)承重節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)的網(wǎng)狀鋼管組成，這些節(jié)點(diǎn)均勻地分擔(dān)著建筑物的重量，使其堅(jiān)固得足以經(jīng)受住北京最強(qiáng)的地震。其地下部分是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在澆筑混凝土的時(shí)候，在每根鋼柱的位置都設(shè)置了預(yù)埋件(上部為鋼塊)，鋼結(jié)構(gòu)的鋼柱與這些預(yù)埋件牢固的焊接在一起，就這樣，地上部分的鋼結(jié)構(gòu)與地下部分的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形成一個(gè)牢固的整體。正是靠著優(yōu)越的結(jié)構(gòu)形式和良好的整體性，“水立方”才擁有了“過(guò)硬的身體”，達(dá)到了抗震8級(jí)烈度的標(biāo)準(zhǔn)。

“冰立方”內(nèi)景?新京報(bào)

“冰立方”館內(nèi)改造示意圖

從“水”到“冰”，看起來(lái)就是加上“兩點(diǎn)”這樣簡(jiǎn)單。但現(xiàn)實(shí)卻恰恰相反，冰壺場(chǎng)地是公認(rèn)的對(duì)冰面質(zhì)量要求極高的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。除了對(duì)冰面光滑度和平整度的要求，對(duì)整體環(huán)境中溫濕度、照明、聲音傳播、空氣流動(dòng)等都具有很高的要求?！八D(zhuǎn)換”實(shí)際上是一項(xiàng)大工程。首先，要對(duì)游泳池進(jìn)行“填坑”，泳池里的水抽干以后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)要根據(jù)坑底平面的荷載能力去搭建可轉(zhuǎn)換架體，設(shè)計(jì)師們?cè)谠嚵四绢^、鋼筋等多種材料以后，選擇了目前鋼結(jié)構(gòu)加輕質(zhì)混凝土預(yù)制板結(jié)構(gòu)體系。

但是如何保證冰面在穩(wěn)定牢固的同時(shí)，還能達(dá)到冬奧會(huì)比賽要求？秘密就藏在支撐冰面的可轉(zhuǎn)換鋼結(jié)構(gòu)中。它由2600根3米高、2米長(zhǎng)的薄壁H型鋼搭建而成，每根梁柱裝有柱腳，每個(gè)連接點(diǎn)裝有可拆卸高強(qiáng)螺釘，確保鋼架堅(jiān)固結(jié)實(shí)。架體搭設(shè)完畢后，施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果顯示，每平方米增加1噸的荷載，鋼結(jié)構(gòu)的最大變形僅有1.6毫米，符合3毫米以內(nèi)的設(shè)計(jì)要求。有了骨架還不夠，冰不能直接“長(zhǎng)”在骨頭上，所以制冰基礎(chǔ)層施工也十分重要。其具體步驟是先在混凝土預(yù)制板面上鋪一層PE膜，然后再鋪兩層擠塑保溫板，保溫板之上再鋪一層PE膜和抗滑移層，最上面一層才是制冰管架。2019年底，“水立方”第一次完成游泳池與冰場(chǎng)的轉(zhuǎn)換，耗時(shí)近60天；2020年12月，完成第二次轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的搭建，耗時(shí)20天；2021年10月1~14日，完成冰面制作，僅耗時(shí)13天。如此高效的轉(zhuǎn)化速度的原理是：首先把泳池里的水抽干，然后在泳池內(nèi)搭設(shè)可轉(zhuǎn)換架體。在下一個(gè)制冰環(huán)節(jié)，現(xiàn)在的賽場(chǎng)旁邊有兩組制冷管道，一進(jìn)一回形成回路，就像人體的動(dòng)脈和靜脈，制冰基礎(chǔ)層上密密麻麻有序鋪裝的制冰排管相當(dāng)于毛細(xì)血管一樣與動(dòng)脈靜脈相連。而室外制冷機(jī)組就是“心臟”，打開(kāi)制冰機(jī)組使其運(yùn)行，將載冷劑通過(guò)管道循環(huán)輸送至制冰場(chǎng)，保證賽場(chǎng)制冰順利進(jìn)行。

“冰立方”內(nèi)的冰壺賽場(chǎng)?新京報(bào)

冰壺運(yùn)動(dòng)是需要高度技巧的項(xiàng)目，冰場(chǎng)開(kāi)裂、高低差、不平整、空氣結(jié)露、冰面結(jié)露等均會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員發(fā)揮造成影響。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系超高精度質(zhì)量控制要求，國(guó)內(nèi)無(wú)相關(guān)工程借鑒經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)計(jì)算、安拆施工、運(yùn)輸維護(hù)要求高。

改造后的“冰立方”可容納觀眾約4600人，游泳池上搭建冰壺基地，在奧運(yùn)會(huì)歷史上尚屬首例。水立方為膜結(jié)構(gòu)工程，場(chǎng)館內(nèi)部環(huán)境濕熱，空氣質(zhì)量、節(jié)能、照明、聲控等均為“冰水”轉(zhuǎn)換帶來(lái)難題。

與傳統(tǒng)施工不同，此次“水立方”改擴(kuò)建過(guò)程采用“不停業(yè)”模式展開(kāi)，賽時(shí)臨時(shí)設(shè)施盡量采用裝配式部品部件，避免施工場(chǎng)地與公眾使用空間相互干擾。采用“智慧”手段，減少勞動(dòng)力、資金、物料的損耗，解決交叉領(lǐng)域的技術(shù)障礙，也是本工程一大難題。

本次改造要全過(guò)程兼顧“雙奧”場(chǎng)館可持續(xù)運(yùn)維要求，為拓展場(chǎng)館的賽后使用功能，形成“雙奧會(huì)”示范性可持續(xù)運(yùn)營(yíng)遺產(chǎn)，場(chǎng)館需打造持續(xù)優(yōu)化的業(yè)務(wù)流程協(xié)同運(yùn)營(yíng)管理體系，形成創(chuàng)新平臺(tái)，在滿足冬奧會(huì)場(chǎng)地要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)賽后冬夏“冰水”雙輪驅(qū)動(dòng)。

為滿足2022冬奧會(huì)冰壺比賽需求，在原有泳池上搭設(shè)4條標(biāo)準(zhǔn)冰壺賽道，包括鋼結(jié)構(gòu)支撐體系、混凝土面板和制冰系統(tǒng)及配套管線、賽場(chǎng)除濕系統(tǒng)。通過(guò)建立模塊化搭拆工藝、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、制冰工藝標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)國(guó)家游泳中心“冰水”功能快速轉(zhuǎn)換的成套技術(shù)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)場(chǎng)館“冰水”轉(zhuǎn)化的技術(shù)空白。

可轉(zhuǎn)換場(chǎng)地結(jié)構(gòu)調(diào)平動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為確保冰面質(zhì)量與室內(nèi)環(huán)境滿足冰壺比賽要求，對(duì)溫濕度探測(cè)器布置點(diǎn)與布置方式的多種組合進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化冰面與冰壺場(chǎng)地環(huán)境智能控制程序。在測(cè)試比賽及實(shí)際應(yīng)用階段，測(cè)試室內(nèi)物理環(huán)境控制效果，實(shí)測(cè)驗(yàn)證理論分析的合理性，有效提高檢測(cè)精度與反饋頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)冰面及室內(nèi)環(huán)境的精準(zhǔn)控制。

冰壺場(chǎng)地室內(nèi)物理環(huán)境優(yōu)化策略

施工建造以建筑信息模型（BIM）技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊等信息化技術(shù)和設(shè)備，引進(jìn)智慧工地管理平臺(tái)，將項(xiàng)目進(jìn)度、安全管理、質(zhì)量管理、勞務(wù)管理、商務(wù)管理、黨建管理、BIM技術(shù)、可視化交底等列入平臺(tái)管控中，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目“人、機(jī)、料、法、環(huán)”全方位監(jiān)控，將”被動(dòng)監(jiān)督”變?yōu)椤敝鲃?dòng)監(jiān)控”。創(chuàng)新“智慧”管理理念，完成特定生命周期的管理，讓傳統(tǒng)的建筑工地長(zhǎng)出“智慧大腦”，最終實(shí)現(xiàn)施工數(shù)據(jù)信息化、監(jiān)測(cè)自動(dòng)化、管理智能化、遠(yuǎn)程可視化和決策大數(shù)據(jù)。

"冰立方"智慧工地管理平臺(tái)

將國(guó)家游泳中心能源管理中心、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)（含視頻監(jiān)控、門(mén)禁、電子巡更、周界防范）、場(chǎng)館票務(wù)系統(tǒng)及設(shè)備管理系統(tǒng)整合集成，建立全生命周期的管理模式，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)、能源管控、設(shè)備運(yùn)維管理可持續(xù), 實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)共享、多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、功能協(xié)同，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)館運(yùn)行能耗和碳排放的智能化管控，打造智慧場(chǎng)館可持續(xù)運(yùn)維管理平臺(tái)。

"冰立方"智慧運(yùn)維集成管理平臺(tái)

“冰立方”館內(nèi)監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)示意圖

從“水立方”到“冰立方”，需要建立建筑空間、體育場(chǎng)地、室內(nèi)環(huán)境、智慧運(yùn)行等系統(tǒng)性的核心要素關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換策略，涵蓋建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、能源、智能化和工程建造、臨時(shí)設(shè)施等關(guān)鍵領(lǐng)域。國(guó)家游泳中心現(xiàn)有更衣間數(shù)量不足，難以滿足冬奧會(huì)賽事需求，新建更衣間成本高昂，且擠占場(chǎng)館賽后運(yùn)營(yíng)空間，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地使用集裝箱式運(yùn)動(dòng)員更衣間。對(duì)舊集裝箱進(jìn)行低碳環(huán)保的功能模塊化改造，通過(guò)“快閃”模式進(jìn)場(chǎng)安裝，滿足賽事運(yùn)行時(shí)的運(yùn)動(dòng)員更衣間需求。賽后，集裝箱模塊可以無(wú)痕移除，還原場(chǎng)館運(yùn)營(yíng)空間，且撤出的集裝箱模塊可作為場(chǎng)館的客服咨詢、休息餐飲、商品售賣(mài)等公眾服務(wù)設(shè)施使用，甚至還可以通過(guò)租賃、出售集裝箱模塊實(shí)現(xiàn)場(chǎng)館經(jīng)濟(jì)收益。

集裝箱更衣室?摩盒科技

北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)結(jié)束后，“冰立方”冰上運(yùn)動(dòng)中心將永久保留，打造為集冰上賽事、大眾健身、專業(yè)培訓(xùn)、體育旅游、冰上演出、冰壺運(yùn)動(dòng)推廣、冬奧文化基地等多功能的綜合冰上項(xiàng)目平臺(tái)，預(yù)計(jì)每年接待冰上運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者超過(guò)10萬(wàn)人次。為做好場(chǎng)館的后期運(yùn)營(yíng)，國(guó)家游泳中心在維護(hù)冰壺場(chǎng)地的同時(shí)還利用南廣場(chǎng)地下空間建立了兩塊冰面，一塊為標(biāo)準(zhǔn)冰場(chǎng)、另一塊為冰壺場(chǎng)地，未來(lái)將作為奧林匹克中心區(qū)冰壺項(xiàng)目體驗(yàn)基地，為大眾提供開(kāi)放的平臺(tái)，為三億人參與冰雪運(yùn)動(dòng)提供助力。

來(lái)源：建筑結(jié)構(gòu)