“科技专家合力 冬奥场馆由“水立方”变“冰立方””

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从水到冰，水立方变形记

刚刚过去的元旦，对所有为冬季比赛场馆奔走的人来说是个大日子:北京奥运会的所有比赛场馆都在年12月31日前全面建成。

国家游泳中心(水立方)是第一个实现完工改造的场馆，也是世界上第一个采用智能化技术建立了游泳池转换冰场。 现在有了新名字的冰立方。

时间回到了去年7月31日，2022年冬季奥运会主办权花落北京。 按照计划，水立方变身为冰立方，接受冰壶比赛，在中国最有名的会场，晶莹剔透的蓝色膜结构中，邀请世界来客，一切看起来都很完美。

出乎意料的是，这个先入为主的决定让水立方的命运陷入了困境:冬奥会历来以混凝土结构冻结，要在水立方举办，只能彻底放弃原有的功能，在游泳池里浇筑混凝土。

这样的话，水立方里就没有水了。

一方是国民具有特殊情结的重要奥运会遗产之一，是创造24项世界纪录的世界最快的游泳池。 一方面是冰壶场的严格标准、国际奥委会的严格关闭和科技冬奥、绿色冬奥的庄严承诺。

水还是冰，夏天还是冬天，这两个难以抉择的命题横亘在奥运队的面前。

水立方从哪里来？

没有水就没有灵魂

抛开游泳池，北京国资企业所属国家游泳中心的杨奇勇社长是最不能接受的。

从2004年开始，他开始在水立方工作。 那时的水立方还是空地，这一天过后位于中轴线西侧的蓝色地标还留在了刚刚赢下会场设计方案的图纸上。 来自一位现场工程师，杨奇勇亲自经历了会场的拔尖之地，2008年的奥运会盛事，之后几千日夜的会场运营，无数人慕名而来。 迄今为止，水立方接待了2700万游客，举办了1600多个活动。

进入冬奥申请行列，这个会场独特的气质和影响极大地被国际奥运会和国际冰壶组织的一致所吸引。 申奥队问我们能不能进行冰壶比赛。 我们在网上看了视频。 与冰球、速度滑冰相比，冰壶没有太大的运动幅度，我觉得比较轻松。 杨奇勇回忆说。

现实情况大不相同。 明确承办后，大家都意识到，原来的冰壶比赛是极其难吃的硬骨头，对场地的技术要求极高，需要坚实的混凝土基础。

这也是国际冰壶组织的确定要求。 年末，国际冰壶组织首次派人到水立方考察，提出了在游泳池中浇筑混凝土的要求。

如果浇筑 ，则意味着游泳池将被废弃，放弃水立方的夏季奥运会功能。

设计总负责人、北京市建筑设计研究院副总建筑师郑方的话让我感受到了各种各样的具体情况。

郭晶晶等人在那里获得的金牌。 他把手指对准遥远的10米跳台，中国跳水&lsquo。 梦之队获得了除男子10米台以外的所有金牌。

池子的荣耀就像昨天一样。 2008年，选手们在这个游泳池刷新了24次21项世界纪录。 菲尔普斯一个人获得了8枚金牌。 放眼另一边，那里有嬉皮乐园，孩子们很喜欢，馆里甚至有婴儿游泳池。

水是这座建筑物的灵魂，郑方反复说，它的一切设计都与水有关。 大家来这里是为了游泳、玩水。 请看上面屋顶的泡沫。 多边形的气枕像水分子一样包裹着这所房子的钢结构。 从内外、结构到功能，这里都和水有关。 失去水，这个房子就没有灵魂。

年来，国际游泳和跳水比赛每年都如期上演，观众一到点就会在电视上播出。 杨奇勇说。

不仅感情上难以接受，他手里还有真正的经济账。 得益于夏季奥运会的光环和带动，以及人们对奥运会遗产的爱护，水立方的旅游收入达到了总收入的三分之一，这一比例为国内第一。 跑道被破坏性拆除后，后台成千上万的机器设备将被淘汰，成本高昂。

因为不想浇注 混凝土，所以没有其他方法。 准备时间在大家的懊悔和矛盾中骚动起来。

杨奇勇知道不能等死，拯救游泳池！

年初，矛盾已经箭在弦上。 两个人多年并肩作战的老朋友在游泳池旁徘徊。 在这期间，他萌生了一个大胆的想法:夏天游泳，冬天滑冰，是否能把水立方变成两栖动物？

水冰转换，以这届奥运会历史上前所未有的方式带来了破局的希望。

难的冰

顾名思义，水冰变换在保存水上功能的基础上，增加冰上功能，实现水立方和冰立方的交换。

这不是天外飞仙的想法。 根据多年的建筑施工经验，结构工程师杨奇勇对在游泳池铺设可拆卸的稳定支撑结构很有信心。

但是，如果上升到冰上，就什么也没有了。

在此之前，世界上唯一的日本游泳馆在上世纪90年代在游泳池铺设简易冰，提供滑冰娱乐，但破坏其性质的普通滑冰和奥运会级别的冰壶比赛，很难改造。 更令人沮丧的是，当时国内对冰面性能的研究还空白。

冰壶比赛的冰块很讲究。

如果你接触过 路线，你会惊讶地发现，它不是平坦光滑的冰，而是散布着无数的小粒子，大小不均匀，共占约冰场的一半面积。 冰壶在冰点高的玉石路上迅速滑动。

长45米、宽4.75米、厚4~5厘米的冰块其实就像切糕一样，制冰师必须依次铺设各层结构。 从浮冰到冷冻生产线再到比赛浮冰，每次制冰，国际顶级制冰师一般需要约10个工作日的时间，用细水管将解决的纯净水提升几十上百次，弄平，喷水，形成冰点。

冰壶路线也不是永恒不变的水平冰，冰壶在跑道上滑动，制冰师修冰，随着室内环境的微小变化，跑道表面发生着微妙的变化。

用郑方的话来说，冰很敏感。

冰壶比赛要求场地湿度在30%以下，冰面温度约为负8℃，冰面以上1米空的气温在10℃，馆内温度在16℃以内，这些数据直接影响冰壶和冰的摩擦系数 冰壶馆里充满了灯光和照相机，还坐满了不同数量的观众，他们产生大量的热量，对冰产生了各种各样的影响。 总之，空气体温度、湿度、气流场的分布等总是影响着课程的质量。

因此，在水立方举行冰壶比赛，不仅标准的冰块结冰，还对会场内的温度、湿度、通风、节能等进行了全面改造。

前景不透明的中国方案

年4月，国际冰壶联合会在瑞士巴塞尔举行男子冰壶世界锦标赛，邀请杨奇勇和郑方参加比赛，学习经验。 杨奇勇知道，短兵相接的时候到了。 他们带着水立方水冰转换的方案去了巴塞尔。

一进门，尚未提交提案。 世界冰壶联盟的技术代表首先提出一张纸，29个技术标准。 那是杨奇勇和郑方第一次看到冰壶全球通用的标准，第一次感受到形势的严峻:相比之下，水立方几乎不满足。

根据 第5条，世界冰壶联盟倾向于采用混凝土基础，其他方案必须征求同意。

混凝土基础通常是安全的。 水冰变换方案设想在原游泳池跑道上，通过建立可变换的结构，安装可装卸的制冰系统，形成标准的冰壶场。 冬天过后，结构被删除，返回游泳池。

谁也不知道这个人培养场馆创新利用的中国方案，前面的路怎么样？

只能进入 ，不能退出，没有其他选择。 杨奇勇这样描述了当时的心情，表示我们拒绝浇混凝土，希望有机会做水冰转化的实验。 如果不能满足所有标准，就无条件服从。

军令状被交给，水立方暂时幸免于难。

冰水双层天

作为2008年北京奥运会第一个水上项目比赛场馆，水立方总建筑面积6.5万至8万平方米，地下部分建筑面积15000平方米以上，内置许多游泳池、跳台，有一半面积的嬉皮乐园

从高温高湿的游泳池环境，到低温、干燥的冰场环境，冰水可以说是双重天，改造技术难度和工程多，复杂度远远超过了设想。

构建 变换结构是改造的主要课题，重视高速、稳定、高精度。

冰壶比赛对冰面的平坦性要求极高，每平方米承受150公斤的重量时，冰面的变形不能超过1毫米。 助理制冰师张金泉表示，我们将可拆装的钢结构开发为冰层下的主体结构，为卷边路线提供了坚实的结构支撑。

路线的最下面是钢结构支撑体系，然后是10厘米的轻质混凝土砌块和2楼各5厘米的保温层，其次是pe防潮隔离层和无纺布层，7厘米的制冰排出管和蜂窝框架上，是运动员接触到的真正的冰层。

作为最终冰面的基础，混凝土板2米以内的台阶在3毫米以下，全场的台阶在6毫米以下，这是装配结构安装误差的极限。

在改造中，许多原本引以为豪的设计，现在成了需要解决的难题。 例如醒目的蓝色泡沫外墙。

水立方的蓝色膜结构很轻，透光性很强，但是对被宠坏的冰面来说，从早到晚的阳光并不友好。 高级技术经理时玉桥表示，他们在膜结构下铺上pvc膜，给水立方拉上窗帘，以免阳光对冰造成影响。 直到水立方切换到夏天模式，这个黑膜才能除去。

冰壶被称为咆哮运动，冰壶选手的比赛没有扩音设备，全靠尖叫，对场地的声音环境要求很高，所以球队已经进行了5次模拟噪声实验，取得了1.8秒的混响效果。

科学技术专家合力破冰

2019年，科技部会同北京市、河北省和北京冬奥会委员会，与教育部、工信部、国家体育总局等部门组成科技冬奥会领导小组，统一设计科技冬奥会要点任务，为北京奥运会和冬季奥运会提供科技

包括清华大学、哈尔滨工业大学、同济大学、中建一局、商汤科技等志愿参加的东北农业大学在内的国内顶尖科研力量集结，在科技部的布置下，致力于冰的内部性能和外部影响研究寻求突破。

他们中有人研究极地冰川，有人研究海洋冰对钻井平台的影响，有人专门研究热力学空调，都是运动冰研究的边缘球。

在某种程度上，他们为国内的运动冰研究铺平了道路。

杨奇勇说，这来自场馆建设的需要，但更有价值。

冰壶运动作为舶来品，最初在奥运会争光战术下，因为适合亚洲人参与，所以引入冰壶运动是为了扩大中国冰雪项目的金牌获得者面。 十几年来，有高潮，平谷越来越多。 由于国内没有对冰进行系统研究，因此没有为运动员提供基础所需的冰面新闻。 在世界一流的比赛中，冰的微妙变化会影响关键时刻的战略选择，中国选手读冰能力很弱。

比 更老牌的强队积累了很多历史经验，通过读冰可以得到更好的评价。 国内运动员因缺乏研究新闻而望尘莫及。

通过冰研究的开拓，一方面可以处理标准不齐全、冰面不完整的问题，另一方面还可以积累数据和经验。 如果能知道选手第五次在冰上发生了什么变化，他一定能在大脑中庞大的计算系统中选择更好的战术战略。 杨奇勇说，我们下了很大功夫做研究，把数据交给他们，成为了竞赛的&lsquo。 帮忙。

另外，高水平制冰师这一国内罕见的职业也可以在这一过程中成长，为中国未来的制冰事业提供榜样。

用智慧的大脑指挥转换

2019年末，水立方首次圆满完成水冰转换，历时近60天。 年12月，第二次水冰转换结构建设顺利完成，仅10几天就实现了科技冬奥会要点专项的既定目标。

在大幅加速的水变冰背后，是智能化改造的加持。

第 次转换构建了由2600根薄壁h型钢和1570块轻质混凝土砌块组成的转换结构，各(砌块)钢梁和混凝土砌块分别具有独特的数字身份，在转换施工中，准确高效地重置各构件 在施工中，结合运动捕捉技术和施工测量技术，大大提高了安装精度。

卷边路线要求极高的平坦性。 去年对混凝土板进行了调平，工人每次调平一块板时都会接触周边8块板，测量非常花时间。 目前，搭载10台高精度传感器，实时反映阶梯差变化，调平一次也没有重复。 杨奇勇说，这项技术还很成熟，水冰转换还很有效。

以前传到会场后变聪明了

变化不仅仅是在游泳池内，水立方变成了冰立方，从以前传到会场也变成了真正意义上的智能会场。

杨奇勇表示，水冰转换要求会场后台设备、控制系统具备配合会场功能诉求进行转换的能力，期间必须承担商业活动。 这给场馆设备的智能化水平，甚至物业管理水平带来了巨大的挑战。

为了保障冰立方的室内环境条件满足冰壶比赛的要求，会场设有4000多个传感器领先的楼宇设备管理系统，可以监测和控制会场内的温度、湿度、pm2.5浓度等的变化。 在该系统的精确控制下，卷边路线的冰面温度达到零下8.5度的要求，冰面1.5米高度的温度始终维持在10度，看台观众区的温度从16度固定到18度，真正实现了同室不同的日子。

围绕冰场的观众席下面，看到了一个直径1米的蓝色布袋。 该布管道是除湿送风系统，除湿系统解决的低温低湿空空气通过，均匀地输送到地面空。

会场地下隐藏着60平方米的控制室，墙壁大屏幕是水立方智能建筑运维管理平台，实时显示制冰系统、除湿系统、能源系统、票务系统等的运行情况，展示会场的各设备 可视化的能源管理还可以比较有效地控制会场的能源消耗量和碳排放量。

时玉桥说，在冬奥会之前，观众凭面孔识别进出会场，可以顺利通过新设的4个智能导游屏幕。

我们没有赌博

想起一个异想天开的方案，攻坚克难的考试，直到第一次考试成功时战略基本得到认可，达到冬奥标准选手之前没有投诉。 我们不是赌博。 一起来，杨奇勇说: &lsquo； 水冰转换从梦想到现实，离不开中国科技实力的支持。 现在，我们不仅曾经完成了&lsquo，不可能的任务，今后会更精彩吧。

年11月27日，水立方冰壶场馆改造工程顺利通过验收。 完成第二次水冰转换的冰壶场向公众开放，持续检测和调整会场的冰面和机电系统的运行情况。

郑方表示，如果说2008年我们通过设计会场展示了科技创新的成果，那么2022年，我们将利用改造会场，继续写这个科技创新的中国故事。

他还记得，去年9月，国际奥委会副主席、北京冬奥会协调委员会主席萨马兰奇来到水立方，他们用动画的形式演示了水立方变身冰立方的过程。 萨马兰奇高兴地说，北京正在以智慧的方式举办奥运会。

现在，他们履行了诺言。

2022年2月，多达4600名观众坐在冰立方上，在冰壶划过的美丽曲线中，将延续2008年盛夏，水立方的荣耀。