2022年北京冬奧會唯一新建冰上競賽場館——國家速滑館已完工，接下來場館將為冬奧測試賽做準備。
國家速滑館是一個關(guān)于“速度”的設(shè)計，冰和速度結(jié)合為“冰絲帶”。奧林匹克公園內(nèi)，鳥巢、水立方和冰絲帶交相輝映，成就夏季、冬季兩個奧運的傳奇。速滑館的設(shè)計集成了通用空間、超大跨結(jié)構(gòu)、自由曲面幕墻、冰場節(jié)能等關(guān)鍵技術(shù)，為北京冬奧會賽時、賽后的可持續(xù)運營提供保障。
場地概念
2022年冬奧會期間，北京賽區(qū)承擔起全部冰上項目的比賽和訓練任務(wù)。國家速滑館是北京賽區(qū)為此次冬奧會唯一新建的冰上競賽場館，用于大道速滑比賽；其他改造場館包括水立方（冰壺）、國家體育館（冰球）、五棵松體育館（冰球）、首都體育館（短道和花滑）均為2008年奧運會的寶貴遺產(chǎn)。
鳥巢水立方和冰絲帶?BIAD
速滑館的場地位于奧林匹克森林公園西側(cè)，北鄰國家網(wǎng)球中心，原來是2008年北京奧運會射箭場、曲棍球場所在地。這兩個場館當時都是按照臨時場館設(shè)計，順利完成了奧運會和殘奧會比賽的歷史使命。歷經(jīng)10年風雨，2017年3月拆除，為冬奧會舉辦做準備。
場地的東側(cè)、南側(cè)為奧林匹克森林公園環(huán)抱。自2008年建成以來，森林公園四季花團錦繡，樹木蔚然成林，已經(jīng)成為深受公眾喜愛的場所。速滑館東側(cè)約600米，是森林公園的主峰“仰山”，受人工堆土所限，山高僅48米，卻是北京中軸線從城市通往自然的北端點，取“高山仰止”之意，具有深遠的象征意義。速滑館建筑體量巨大，但不應(yīng)該與仰山爭鋒，因此冰場自地面下沉一層，使建筑高度遠低于仰山山脈。速滑館建筑平面為完整的橢圓形，長軸南北向，平行于奧林匹克公園中軸線，強化城市中軸的象征意義。
國家速滑館?冬奧組委劉興華
橢圓平面的圓心正對奧林西路弧形的圓心，以保留場地南側(cè)的用地，限制建筑覆蓋的范圍。森林公園由東側(cè)向基地內(nèi)擴展，使綠地包裹場館，而不是任由城市建設(shè)反向侵蝕森林。通過這一布局，速滑館還為西側(cè)鄰近林萃路的社區(qū)提供了一個友好的公園界面，與國家網(wǎng)球中心賽場形成和諧的共生關(guān)系。
通用空間
比賽大廳的設(shè)計目標是提供一個多功能的通用空間。其基本尺度來自速滑比賽規(guī)則的場地要求。通用空間的概念由密斯最早提出，這一概念試圖取消空間的功能屬性，特指大跨度、靈活使用的單一空間，對于現(xiàn)代大空間建筑具有革命性的意義。城市公共生活日益多樣化，并且隨著時代不斷變遷，促使大空間的通用性成為應(yīng)對社會生活變化的一種方式。1942年，密斯制作了一個音樂廳的照片拼貼畫，采用阿爾伯特·康于1937年設(shè)計的格倫·馬丁飛機組裝大樓的室內(nèi)做為背景，在其中設(shè)置了木材和鋼板制成的靈活的墻和頂棚，疊加通用空間概念。
① 自內(nèi)而外的設(shè)計
如同鳥巢的形式出發(fā)點一樣，建筑的體積策略來自于體育場的內(nèi)部功能特點。環(huán)繞400米冰道連續(xù)布置看臺，使用橢圓平面切割形成12000座位。看臺最頂?shù)倪吘壯貦E圓平面形成一條連續(xù)不斷、起伏連貫的空間曲線。吊頂?shù)闹行狞c設(shè)定為距離冰面約20米，可有效地控制大廳的體積。契合曲線的形式，就自然形成了馬鞍形雙曲面屋頂?shù)某跏紟缀芜壿?。環(huán)形看臺和雙曲面屋頂完全包裹比賽場地，形成歡樂熱烈的賽場氛圍。好的賽場氛圍既可以令運動員比賽時更為興奮，創(chuàng)造新的世界紀錄，也能提升觀眾觀賽的美好體驗，充分感受速滑運動的魅力。
比賽大廳?BIAD
場地、看臺、屋頂形成的比賽大廳如同一臺密閉的巨大冰箱，為比賽提供一個精密控制的環(huán)境。在這個內(nèi)核的外層環(huán)繞觀眾休息廳，周邊森林四季更迭，自休息廳往外一覽無余。冬天的時候，溫暖的陽光照亮室內(nèi)的公共空間；夏天又可以隔絕外部炎熱對比賽大廳冰面環(huán)境的影響。
觀眾休息廳?BIAD
② 臨時看臺/副廳
根據(jù)申辦承諾，冬奧會時速滑館設(shè)有12000座席；原計劃賽后保留6000座，另有6000座為臨時看臺。設(shè)計初始把臨時看臺賽時、賽后的轉(zhuǎn)換作為核心課題處理，圍繞400米速滑場地，永久看臺和臨時看臺有如下三種布局方式：
將臨時看臺設(shè)在場地周邊的內(nèi)環(huán)，如同鹽湖城冬奧會速滑館的模式。賽后拆除臨時看臺，在場地外環(huán)形成田徑跑道。這樣，永久看臺不得不遠離場地，難以繼續(xù)舉辦速滑比賽；而跑道的專業(yè)性和娛樂性都不足；
將臨時看臺布置在永久看臺外環(huán)。賽后拆除，留下的空間可以形成一個環(huán)形的商業(yè)運營空間。環(huán)形周長超過400米，位于二層或更高，進深又非常短，拆除后的商業(yè)空間局促，難以形成商業(yè)氛圍；
將臨時看臺集中在一側(cè)布置，另外一側(cè)布置永久看臺。這樣，臨時看臺拆除后的空間完整開闊，并可容納大尺度的空間。為賽場氛圍考慮，在場地周圍環(huán)形布局少量看臺，永久看臺主要布置在單側(cè)，供普通持票觀眾使用；臨時看臺布置在東側(cè)，下層供貴賓、媒體、運動員等使用，上層仍為普通觀眾。
國家速滑館?BIAD
另外，設(shè)計任務(wù)中計劃設(shè)一個副廳。副廳只考慮少量座席，主要作為訓練冰場和多功能廳運營。例如水立方熱身池大廳上方有一個類似尺度的多功能廳，日常作為網(wǎng)球場使用。這個廳尺度適中，運營成本遠低于比賽大廳的大空間，舉辦過各類品牌發(fā)布會、拳擊賽，甚至星戰(zhàn)新片的發(fā)布會。從運營功能上，副廳對于比賽大廳是良好的互補。但是問題在于，比賽大廳本身是一個單純清晰的橢圓形體量，如果附加副廳的體量，會使主廳失去單一形式的純粹性和完整性。
當我們把臨時看臺和副廳兩個課題的挑戰(zhàn)合一，發(fā)現(xiàn)一個貼切的選擇，即把臨時看臺拆除之后的空間形成副廳。一方面，臨時看臺拆除之后的大跨度空間適合于副廳的尺度；另一方面，賽時無需使用副廳，建筑體量可以保持單一完整的形式。臨時看臺拆除后，利用這一空間改造副廳以及周邊的附屬空間，可以提供非常多樣的商業(yè)運營機會。同時，這一方案可以有效地控制賽時建筑規(guī)模，從而節(jié)省投資。
國家速滑館?BIAD
③ 賽時運營
如同2008年奧運會的經(jīng)驗一樣，設(shè)計立足于為賽后需求設(shè)計永久設(shè)施，以臨時設(shè)施應(yīng)對賽時的需求。由此，根據(jù)賽后運營的需求計劃永久的場地、更衣室、訓練、觀眾服務(wù)等空間和機電系統(tǒng)；采用臨時看臺、臨時辦公區(qū)、室外綜合區(qū)等臨時設(shè)施應(yīng)對奧運會龐大和多變的臨時需求。
賽時場地分為西側(cè)的前院區(qū)和東側(cè)的后院區(qū)兩大部分。場館內(nèi)的前后院區(qū)都是封閉的區(qū)域，所有人員只能通過安檢后才能進入場館的安全區(qū)內(nèi)。
在冬奧會期間，觀眾主要通過地鐵8號線等公共交通服務(wù)到達國家速滑館觀看比賽。場地內(nèi)不提供為觀眾服務(wù)的停車場。在場地內(nèi)西南側(cè)，預留了奧運會賽時的公交專線車場。后院位于東側(cè)，靠近奧林西路，是一個封閉管理的安全區(qū)域，為運動員及隨隊官員、貴賓、媒體、技術(shù)官員等持證人員提供集散空間、管理和運營設(shè)施、倉儲和必要的服務(wù)，包括室內(nèi)和室外區(qū)域。
奧運會期間，后院人群的使用面積需求遠遠高于賽后日常運營的需求。因此，設(shè)計詳細地區(qū)分了這些空間的狀況，將所有功能房間劃分為永久用房和臨時用房兩大類別。臨時用房搭建于賽后的地上、地下停車場和觀眾前院等空間。
國家速滑館?BIAD
④ 為賽后預留
從2008年奧運場館賽后運營的實踐來看，建筑空間和衍生功能的多樣性遠超預期。以水立方為例，除了游泳、跳水、花樣游泳的比賽、訓練和健身之外，場館用于演出、大型活動、商業(yè)娛樂的適應(yīng)性非常廣泛，從國事活動到咖啡廳的小聚，從世界錦標賽到嬰兒游泳訓練，在設(shè)計之初需要盡可能考慮空間框架和技術(shù)措施的預留。
速滑館的比賽大廳是奧林匹克公園內(nèi)最大的室內(nèi)空間，與鳥巢的室外體育場、國家體育館的體操/冰球場地、水立方的游泳/冰壺場地、國家會議中心的會展空間形成良好的運營互補。速滑大道的內(nèi)場通常設(shè)置兩塊標準的冰球場地，用于日常冰上訓練。2010年溫哥華冬奧會的列治文奧林匹克速滑館（Richmond Olympic Oval ）在賽后改造為社區(qū)運動中心，設(shè)有冰球場、跑道、籃球場等。2002年鹽湖城冬奧會速滑館（Utah Olympic Oval）在速滑場地外圍設(shè)有田徑跑道。國家速滑館現(xiàn)有的場地條件除了滿足這些類似的功能，還考慮內(nèi)場可以全部制冰覆蓋，形成一個無阻礙的11500平方米的冰面。這樣一個冰面為日常大規(guī)模的公眾冰上健身提供了一個不同以往的場地，也為賽后的商業(yè)演出預留了前所未有的空間。屋面的吊掛承重荷載經(jīng)常會限制演出設(shè)施的布局，為此，按照 5 個不同的區(qū)域（不互相組合）考慮屋面附加吊掛活荷載分布，每個區(qū)域吊掛均布活荷載0.5kN/m2，集中活荷載分配到每個區(qū)域中間的4個吊點，每個吊點75kN，總計75kNx4=300kN。大部分場館附屬的運營空間，包括運動員、競賽管理、媒體、場館運營等都位于地下。因此，在東西兩側(cè)設(shè)下沉庭院，為地下空間提供自然采光和通風條件。這些運營空間統(tǒng)一按照標準辦公區(qū)設(shè)置，利于賽后的功能轉(zhuǎn)換。
施工中的索網(wǎng)?陳麗謀
超大跨索網(wǎng)結(jié)構(gòu)
速滑館屋面南北向長跨約198米，東西向短跨約124米。桁架體系所需的結(jié)構(gòu)斷面高度將大幅增加建筑的總體高度，與控制建筑高度的出發(fā)點違背。屋面的雙曲面建筑形式符合索網(wǎng)體系的受力特點，因此采用單層正交雙向馬鞍形索網(wǎng)體系。承重索沿東西向短跨，垂跨比1/15；穩(wěn)定索沿南北向，拱跨比約1/28。網(wǎng)格間距4米，平行雙索，采用高釩封閉索，直徑64-74mm。索網(wǎng)端部連接在環(huán)形桁架上。為驗證計算工況和模擬施工過程，北京建院委托浙江大學空間結(jié)構(gòu)研究中心進行了1/12實體模型實驗。現(xiàn)場施工按照模擬結(jié)果進行。
索網(wǎng)的找形始于內(nèi)部的建筑功能需求。首先控制冰面中心的凈高約20米，自中心點開始，按照有效的結(jié)構(gòu)垂跨比、拱跨比控制，向東西側(cè)高處看臺上升，向南北側(cè)低處看臺下降，形成空間雙曲面。然后測試雙曲面的室內(nèi)外建筑效果，在結(jié)構(gòu)效率和動感的建筑形式之間尋求平衡。這一找形方法有效地控制了比賽大廳的空間容積，以節(jié)省冰場大空間制冰、除濕、空調(diào)等能耗，并為大廳的混響時間控制提供有利的條件。同時，單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)極大地降低了建筑的整體高度，建筑體量得到有效的控制，融入仰山腳下森林公園的環(huán)境。通過單層雙向正交雙曲面索網(wǎng)的設(shè)計，實現(xiàn)建筑功能、超級結(jié)構(gòu)、綠色節(jié)能與建筑效果協(xié)調(diào)一致。
施工中的索網(wǎng)室內(nèi)?BIAD
自由曲面幕墻
大道速滑是在400米長的橢圓冰道上對抗速度的競賽，速度是立面設(shè)計的主題。運動員一圈圈地飛馳而過，冰刀在冰面上留下晶瑩閃亮的刻痕。“冰刀畫的圈，圈起了誰改變。”這些線條是速度的印跡，沿橢圓輪廓上升、彎曲、內(nèi)外交錯而成“冰絲帶”的立面。
從雙曲面屋頂邊緣，立面的基本形式自上而下向外傾斜，在二層形成最大的平面，以容納觀眾休息廳的需求。立面的絲帶數(shù)量、密度以及玻璃的折面方式經(jīng)過參數(shù)化建模測試，最終決定在立面的基準線上彎曲4次，形成層疊的褶皺，就如同天壇層疊的屋頂。之后，在褶皺上安裝直徑35cm的印刷玻璃遮陽圓管，褶皺的凸起處密集，凹陷處疏松，總計22根。玻璃管呈半透明，與高透明度的曲面玻璃互相映襯。絲帶使用的超白玻璃集成了小半徑半圓彎曲、鋼化、夾層SGP膠片和漸變彩釉印刷等工藝，對當今幕墻玻璃的應(yīng)用提出挑戰(zhàn)。2018年初，天津北玻在恒溫、恒濕、正壓車間進行工藝測試，成功生產(chǎn)了第一條“冰絲帶”。之后，通過原型測試對幕墻的構(gòu)造工藝進行驗證。
曲面幕墻的結(jié)構(gòu)采用單索支承網(wǎng)殼體系。通過斜向幕墻索的協(xié)同作用，盡力減小豎向的幕墻龍骨斷面，以強調(diào)冰絲帶的水平向度。索與龍骨的連接采用特別設(shè)計的梭形節(jié)點，展現(xiàn)幕墻構(gòu)造的精巧細節(jié)。
圖片國家速滑館?BIAD
冰場節(jié)能和智慧運行
① 低輻射頂棚
光潔平整的冰面會產(chǎn)生特有的鏡像反射。為降低屋頂對冰面的熱輻射以節(jié)省制冰能源，反射吊頂提供了另外一個鏡像表面。因此，室內(nèi)空間的表現(xiàn)不依靠結(jié)構(gòu)的幾何性，而是以控制能源的鏡像吊頂作為冰場的特色，來發(fā)展大空間的表現(xiàn)力，這是最適合于冰上場館的設(shè)計概念。這種低輻射吊頂已經(jīng)在索契冬奧會和德國因策爾的速滑館得到實踐檢驗。由此，比賽大廳的內(nèi)部空間充滿有趣的鏡像，呈現(xiàn)前所未有的非物質(zhì)性效果。這樣一個大廳，將在2022年冬奧會比賽時，透過無數(shù)電視屏幕，令世人驚嘆。
頂棚對冰面的輻射熱負荷高達冰面負荷的40%，可以通過控制頂棚材料的發(fā)射率來大幅度降低。常見頂棚材料的發(fā)射率經(jīng)常高達0.9左右，在膜材表面噴覆高亮的鋁涂層，可以降低至0.3-0.6。低發(fā)射率的頂棚熱損失小，表面溫度通常能夠保持在冰場環(huán)境露點溫度以上，從而降低和避免結(jié)露的風險。國家速滑館采用發(fā)射率小于0.3的鋁覆層膜結(jié)構(gòu)吊頂，以節(jié)能設(shè)計為目標，同時達成預期的建筑效果。
② 制冰系統(tǒng)熱回收
制冰系統(tǒng)的余熱通過熱泵系統(tǒng)回收，高溫熱水用于生活熱水、澆冰車、轉(zhuǎn)輪除濕。冷水機組自帶的冷凝熱回收裝置產(chǎn)生低溫熱水，用于融冰槽融冰和冰板基礎(chǔ)中防止凍脹的加熱管。高效的余熱回收系統(tǒng)是冰場節(jié)能的關(guān)鍵措施。
③ 太陽能光伏系統(tǒng)
速滑館屋面外緣設(shè)有建筑一體化的太陽能光伏電力系統(tǒng)。藍色的單元電池板自屋頂外邊緣向內(nèi)側(cè)漸變排列，如同正在融化的雪，展現(xiàn)冬季運動的特色。
國家速滑館以奧林匹克森林公園為映襯，冰上畫痕形成立面的“冰絲帶”。設(shè)計自內(nèi)而外，從臨時看臺和副廳的轉(zhuǎn)換形成賽時、賽后同等豐富的空間效果，采用了超大跨索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、高集成工藝幕墻、低輻射膜結(jié)構(gòu)頂棚等技術(shù)，為“精彩、卓越、非凡”的冬奧盛會提供了超越技術(shù)本身的意義。
國家速滑館??冬奧組委劉興華
