水立方變“冰立方”，冬奧“黑科技”還有哪些？

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原標(biāo)題：水立方變“冰立方”，冬奧“黑科技”還有哪些？

經(jīng)過17天的激烈角逐，東京奧運會落下帷幕。6個月后，全球的目光將聚焦北京冬奧會。這是中國歷史上第一次舉辦冬季奧運會，也是繼北京2008夏季奧運會、南京2014青奧會后，中國第三次舉辦的奧運賽事。

自獲得舉辦權(quán)以來，國家相關(guān)部門便如火如荼地進(jìn)行籌備工作，據(jù)北京冬奧組委規(guī)劃建設(shè)部部長劉玉民介紹，本次冬奧共使用39個場館，包括競賽場館12個、訓(xùn)練場館3個、非競賽場館24個。同時，場館及相關(guān)設(shè)備設(shè)施的建設(shè)秉持“綠色、低碳、可持續(xù)”的理念。因此，在建設(shè)過程中，冬奧場館都融入了多種多樣的科技元素，不僅能夠向世界展示中國之美，也能向世界展示這了不起的中國制造！那么，本次冬奧里會出現(xiàn)哪些黑科技呢？一起來看看吧。

“水立方”變“冰立方”

2008年夏季奧運會期間，國家游泳中心（水立方）成功舉辦了游泳、跳水和花樣游泳比賽。在這里，游泳運動員打破了21項世界紀(jì)錄，水立方也成為世界上“最快的游泳池”。作為世界上第一個擁有智能化泳池轉(zhuǎn)換冰場技術(shù)的場館，“水立方”變身為“冰立方”，將在北京冬奧會和冬殘奧會上承擔(dān)冰壺項目和輪椅冰壺項目的比賽。對“水立方”改造升級后，建立了冬夏場景轉(zhuǎn)換的運營模型。建筑功能高度靈活；體育場地實現(xiàn)冰場/ 泳池之間智能化快速轉(zhuǎn)換；新增的空調(diào)、除濕系統(tǒng)和經(jīng)過調(diào)試的氣流組織保障高品質(zhì)的室內(nèi)環(huán)境，降低對冰面的影響；群智能控制提升了室內(nèi)環(huán)境、設(shè)備自動化監(jiān)控的能力。這些系統(tǒng)為冬奧會賽時和賽后冬夏場景的智慧化可持續(xù)運營提供了完備的技術(shù)解決方案。

國家游泳中心冰壺賽道圖源：本刊綜合.科技讓冬奧更精彩[J].發(fā)明與創(chuàng)新(大科技),2021(05):14-19.

那么，大家最感興趣的問題應(yīng)該是場館里的水冰是如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的？這個轉(zhuǎn)換不是直接把泳池里的水凍成冰，而是涉及整個場館的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要在場館的比賽大廳中部搭建可轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，安裝可拆裝制冰系統(tǒng)。把游泳池的水放空、排干，再把鋼結(jié)構(gòu)支撐體系和混凝土面板安裝完成，鋪上制冰管道，制冰后將形成具有4條標(biāo)準(zhǔn)賽道的冰壺場地。中心運行期間將通過系統(tǒng)聯(lián)動實現(xiàn)溫度、濕度恒定，將冰壺場冰面溫度控制在零下3-5度，環(huán)境相對濕度小于35%，實現(xiàn)智能化管理。

鋼結(jié)構(gòu)支撐體系圖源：北晚新視覺網(wǎng)

混凝土面板圖源：北晚新視覺網(wǎng)

“冰絲帶”引領(lǐng)冬奧“黑科技”

“冰絲帶”指的是2022年冬奧會北京賽區(qū)唯一的新建冰上競賽場館——國家速滑館，將在冬奧會期間承擔(dān)速度滑冰項目的比賽任務(wù)。如果說 “水立方” 是把柔軟的水設(shè)計成堅硬的方塊，“冰絲帶” 則是把堅硬的冰設(shè)計成柔軟的絲帶，這其中蘊(yùn)含了中國人剛?cè)岵?jì)的智慧，一種隱藏于自然界的均衡。建筑外曲面幕墻四周22條飄逸的 “絲帶”，既是幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，又將遮陽、立面照明和建筑效果設(shè)計融為一體，其代表著北京冬奧會將在2022年舉辦，又像是速度滑冰員在冰上風(fēng)馳電掣劃過的痕跡，象征著速度與激情。

“冰絲帶”外觀圖源：北京日報客戶端

“冰絲帶”內(nèi)部架構(gòu)同樣令人震撼，其下部采用全冰面設(shè)計，冰面面積約為12000平方米，是目前亞洲最大的冰面。同時，冰面采用分模塊控制單元，將冰面劃分為若干區(qū)域，根據(jù)比賽項目分區(qū)域、分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制冰。其采用的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)，是全世界最大的采用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)，也使其成為全球首個采用該技術(shù)進(jìn)行制冷的冬奧場館，通過對比賽場地內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、冰面溫度、澆冰水的純度和溫度等進(jìn)行精準(zhǔn)控制，可實現(xiàn)世界上最快制冰。其中部設(shè)計為緊湊的平面輪廓和空間體積，能夠回收約80%在制冰過程中產(chǎn)生的余熱，并將這些余熱充分用于運動員生活用水、融冰池融冰、冰面維護(hù)澆冰、除濕和采暖等方面，一年可節(jié)電約200萬千萬·時。其上部為長跨198m、短跨124m的鋼索網(wǎng)編織的“天幕”，其中的低輻射膜能夠降低冰面的輻射負(fù)荷20%以上，實現(xiàn)節(jié)能長效運行。此外，屋面結(jié)合建筑造型設(shè)置太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏裝機(jī)容量為300kWp，相當(dāng)于近200個家庭的年用電量。

“冰絲帶”內(nèi)部全景圖源：北京冬奧組委官網(wǎng)

冰磚城堡——國家體育館

有著“折扇”之稱的國家體育館將在冬奧期間承擔(dān)男子冰球項目全部比賽、女子冰球部分賽事以及冬殘奧會冰橇冰球的部分賽事，為了保證這些比賽的順利進(jìn)行，自2018年起場館就開展升級改造工作。新建訓(xùn)練館的外立面使用863塊具有凹凸質(zhì)感的冰花圖案玻璃，在燈光的配合作用下，呈現(xiàn)出冰磚城堡的效果。

國家體育館改造升級后的鳥瞰圖圖源：周忠發(fā),朱忠義,周筍,李培,蔡春杰.國家體育館2022冬奧新建訓(xùn)練館摩擦擺隔震設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu),2020,50(20):1-7.

為了增加實用性，設(shè)計團(tuán)隊在外層壓花玻璃幕墻內(nèi)側(cè)增加了一層使用被稱作低輻玻璃的LOW-E鋼化玻璃制作的內(nèi)幕墻，能大幅減少紫外線進(jìn)入場館。整個雙幕墻極大的提高了場館的隔熱、保溫和隔音功能。由于新建訓(xùn)練館主體采用鋼結(jié)構(gòu)，其整體重量達(dá)到了2000噸，其中屋頂鋼結(jié)構(gòu)就重達(dá)1500噸，為了使16根勁性柱能夠托起1500噸重的屋頂，設(shè)計團(tuán)隊在每根勁性柱頂端安裝摩擦擺支座，并在側(cè)面加裝一套電渦流阻尼器，極大增加了整體減震效果。整個摩擦擺支座在面對震動時，可以讓1500噸的屋頂在360度范圍內(nèi)進(jìn)15cm自由位移，能夠經(jīng)受8級地震的考驗。

國家體育館冰面圖源：澎湃新聞

國家體育館新建訓(xùn)練館冰面共有結(jié)構(gòu)底板、砂層、保溫層、保護(hù)層、防水層、精平層、滑動層、制冷管道層以及抗凍混凝土層等13層結(jié)構(gòu)，為了保證冰面的平整度，設(shè)計團(tuán)隊引進(jìn)瑞士激光攤鋪儀，配合激光測距等監(jiān)測設(shè)備，對冰面結(jié)構(gòu)層實行逐層校驗，將誤差控制在5mm以內(nèi)。同時，為了應(yīng)對不同賽事對地面的承壓要求，冰面最上層的抗凍混凝土標(biāo)號由常規(guī)C30提升至C40，提升了冰面承壓力10%以上。此外，國家體育館的冰面不僅能在8h內(nèi)實現(xiàn)冰藍(lán)場地的轉(zhuǎn)換，還能同時滿足60×30和60×26的雙重國際冰面標(biāo)準(zhǔn)。尤其值得注意的是在進(jìn)行冰藍(lán)場地轉(zhuǎn)換時，只需在冰面上直接攤鋪一層15~20mm左右的冰甲板，而無需等待冰面融化。項目團(tuán)隊在結(jié)構(gòu)施工時提前預(yù)留的兩種規(guī)格預(yù)埋件，可以隨時通過改變圍擋位置，對場地進(jìn)行自由調(diào)節(jié)，以滿足不同賽事需求。

全新的冬奧火炬——“飛揚(yáng)”

“飛揚(yáng)”火炬集中了多領(lǐng)域的智慧和科技，呈現(xiàn)出較高的設(shè)計水平和具有中國特色的藝術(shù)形式。與以往冬奧火炬的金屬外殼不同，“飛揚(yáng)”火炬的外殼由碳纖維及其復(fù)合材料制造而成，復(fù)合材料的特殊性質(zhì)使“飛揚(yáng)”火炬相比以往冬奧火炬輕了20%左右，同時具備高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、耐紫外線輻射等特點，破解了火炬外殼在1000℃高溫制備過程中起泡、開裂等難題，采用的具有國際先進(jìn)水平的三維立體編織成型技術(shù)使得火炬外形更加優(yōu)美。

“飛揚(yáng)”火炬圖源：碳纖維專家破解冬奧火炬外殼諸多難題[J].紡織科學(xué)研究,2021(03):11.

而且，“飛揚(yáng)”火炬創(chuàng)造性的使用氫作為燃料，安全可靠性高，可抗10級大風(fēng)，保證了火炬在極寒天氣中的順利使用?；鹁嫒紵龝r的碳排放為“零”，環(huán)保性很強(qiáng)，實現(xiàn)了“綠色”理念與冬奧的結(jié)合。

結(jié)語：

北京冬奧會上的國產(chǎn)黑科技遠(yuǎn)不止所介紹的這些，“快、護(hù)、暖、美”冬奧戰(zhàn)服能夠讓運動員在比賽中發(fā)揮出最棒的成績；實時監(jiān)測運動員體溫數(shù)據(jù)的創(chuàng)口貼體溫計給冬奧期間國家防疫提供了強(qiáng)有力的保障；定位位置信息和監(jiān)測身體狀況的智能穿戴式手表為運動員的安全保駕護(hù)航……這場冬奧盛宴定會讓世界再次認(rèn)識中國，讓全球各國人民再次認(rèn)識什么是中國制造。冰雪是純潔的象征，冰雪運動是充滿激情和活力的運動，大家一起祝福北京冬奧會成功舉辦！

參考文獻(xiàn)：

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來源：了不起的中國制造

出品：網(wǎng)易新聞

編輯：IPRdaily王穎校對：IPRdaily縱橫君