國(guó)家速滑館（冰絲帶）＊

鄭方 董曉玉 林志云

北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 幕墻局部

國(guó)家速滑館是一個(gè)關(guān)于“速度”的設(shè)計(jì)，建筑師將“冰”和“速度”相結(jié)合，形成“冰絲帶”的概念。奧林匹克公園內(nèi)，冰絲帶和鳥(niǎo)巢、水立方交相輝映，成為冬夏兩個(gè)奧運(yùn)的地標(biāo)場(chǎng)館。速滑館集成了通用建筑空間、超大跨結(jié)構(gòu)、自由曲面幕墻、冰場(chǎng)節(jié)能等創(chuàng)新技術(shù)，為北京冬奧會(huì)賽時(shí)賽后的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供保障。

1 設(shè)計(jì)概念

國(guó)家速滑館的設(shè)計(jì)概念始于建筑內(nèi)部的功能需求，比賽所需的400m環(huán)形冰場(chǎng)決定了比賽大廳的尺度。設(shè)計(jì)之初，首先緊貼400m大道冰場(chǎng)的技術(shù)環(huán)道連續(xù)布置看臺(tái)，使觀眾最大可能地靠近冰場(chǎng)；然后使用橢圓碗狀的表面切割成12 000座的容量。看臺(tái)頂端邊緣沿橢圓平面形成一條起伏連貫的空間曲線，作為屋面的外邊界；吊頂中心點(diǎn)設(shè)定為距離冰面約20m，以有效控制大廳體積。看臺(tái)頂部空間曲線和中心低點(diǎn)自然契合，形成了馬鞍形雙曲面屋頂?shù)某跏紟缀芜壿?，將比賽?chǎng)地完全包裹。這種從內(nèi)到外的設(shè)計(jì)形成了速滑館簡(jiǎn)潔、有力的形象。

設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中計(jì)劃設(shè)置一個(gè)作為訓(xùn)練冰場(chǎng)和多功能廳的副廳，只需考慮少量座席。副廳尺度適中，運(yùn)營(yíng)成本也遠(yuǎn)低于比賽大廳，適合舉辦各類(lèi)中小型活動(dòng)，與比賽大廳功能互補(bǔ)。因?yàn)橘悤r(shí)功能并不需要副廳，所以考慮將冬奧會(huì)臨時(shí)看臺(tái)拆除后的空間用于副廳，作為賽時(shí)賽后場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的核心策略。一方面，臨時(shí)看臺(tái)拆除之后的大跨度空間不僅與副廳的尺度相當(dāng)，而且可以提供多樣化的商業(yè)運(yùn)營(yíng)契機(jī)；另一方面，在保持建筑體積完整性的基礎(chǔ)上，有效控制賽時(shí)建筑規(guī)模，節(jié)省投資。

建筑設(shè)計(jì)為通用空間，用以適應(yīng)日益多樣化的城市公共生活。通過(guò)屋頂雙曲面的復(fù)雜找形和精確計(jì)算，降低比賽大廳的容積，為單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)提供了高效的垂跨比和拱跨比，展現(xiàn)了動(dòng)感的建筑效果。

2 賽時(shí)賽后運(yùn)營(yíng)

借鑒2008年奧運(yùn)會(huì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)立足于賽后永久設(shè)施，以臨時(shí)設(shè)施應(yīng)對(duì)賽時(shí)需求。根據(jù)賽后運(yùn)營(yíng)需求，計(jì)劃永久的場(chǎng)地、更衣室、觀眾服務(wù)空間及機(jī)電系統(tǒng)；采用臨時(shí)看臺(tái)、臨時(shí)辦公區(qū)、室外綜合區(qū)等臨時(shí)設(shè)施，應(yīng)對(duì)奧運(yùn)會(huì)龐大、多變的臨時(shí)需求。

賽時(shí)場(chǎng)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(chǎng)館內(nèi)的前后院區(qū)都是封閉區(qū)域，所有人員只能通過(guò)安檢進(jìn)入場(chǎng)館。在冬奧會(huì)期間，場(chǎng)地內(nèi)不提供為觀眾服務(wù)的停車(chē)場(chǎng)。觀眾主要通過(guò)地鐵8號(hào)線等公共交通到達(dá)國(guó)家速滑館，在西廣場(chǎng)安檢驗(yàn)票后觀看比賽。場(chǎng)地西南側(cè)預(yù)留奧運(yùn)會(huì)賽時(shí)公交專(zhuān)線車(chē)場(chǎng)。后院位于東側(cè)，靠近奧林西路，是一個(gè)封閉管理的安全區(qū)域，為運(yùn)動(dòng)員及隨隊(duì)貴賓、電視轉(zhuǎn)播、媒體、技術(shù)員等持證人員提供集散空間、管理和運(yùn)營(yíng)設(shè)施、倉(cāng)儲(chǔ)等必要服務(wù)，包括室內(nèi)空間和室外場(chǎng)院。奧運(yùn)會(huì)期間，后院人群的使用面積需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于賽后日常運(yùn)營(yíng)的需求。因此，設(shè)計(jì)詳細(xì)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(shí)用房?jī)纱箢?lèi)，臨時(shí)用房搭建于停車(chē)場(chǎng)和觀眾前院等位置。

2 從奧林西路步行橋望向速滑館

業(yè)主：北京國(guó)家速滑館經(jīng)營(yíng)有限責(zé)任公司

建設(shè)地點(diǎn)：北京市朝陽(yáng)區(qū)

建筑設(shè)計(jì)：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司（初步設(shè)計(jì)和施工圖）

總建筑面積：126 800m2

設(shè)計(jì)時(shí)間：2016—2018

建成時(shí)間：2021

4 從奧林匹克塔望向速滑館

從2008年奧運(yùn)場(chǎng)館賽后運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，建筑空間和衍生功能的多樣性遠(yuǎn)超預(yù)期。以水立方為例，除了游泳、跳水、花樣游泳的比賽、訓(xùn)練和健身外，場(chǎng)館用于演出、大型活動(dòng)和商業(yè)娛樂(lè)的適應(yīng)性非常廣泛，從國(guó)事活動(dòng)到學(xué)術(shù)論壇，從世界錦標(biāo)賽到嬰兒游泳訓(xùn)練，通用的空間框架為賽后運(yùn)營(yíng)提供了高度靈活的技術(shù)條件。

5 運(yùn)動(dòng)員區(qū)的下沉庭院

6 首層平面圖

7 剖面圖

8 西廣場(chǎng)夜景

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(niǎo)巢的室外體育場(chǎng)、國(guó)家體育館的體操/冰球場(chǎng)地、水立方的游泳/冰壺場(chǎng)地、國(guó)家會(huì)議中心的會(huì)展空間形成良好的運(yùn)營(yíng)互補(bǔ)。速滑大道的內(nèi)場(chǎng)通常設(shè)置兩塊標(biāo)準(zhǔn)的冰球場(chǎng)地，用于日常冰上訓(xùn)練。2010年溫哥華冬奧會(huì)的列治文奧林匹克速滑館在賽后改造為社區(qū)運(yùn)動(dòng)中心，設(shè)有冰球場(chǎng)、跑道、籃球場(chǎng)等。2002年鹽湖城冬奧會(huì)速滑館在速滑場(chǎng)地外圍設(shè)置田徑跑道。國(guó)家速滑館的場(chǎng)地條件除了滿(mǎn)足這些類(lèi)似的功能，還考慮內(nèi)場(chǎng)全部制冰覆蓋，形成一個(gè)無(wú)阻礙的11 500m2的大型冰面，不僅為日常大規(guī)模的公眾冰上健身提供場(chǎng)地，也為賽后的商業(yè)演出預(yù)留了超乎想象的空間。從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，體育館屋面的吊掛承重荷載經(jīng)常會(huì)限制演出設(shè)施的布局。為此，按照5個(gè)不同的屋頂區(qū)域考慮屋面附加吊掛活荷載分布，每個(gè)區(qū)域吊掛均布活荷載0.5kN/m2（不互相組合），集中活荷載分配到每個(gè)區(qū)域中間的4個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)75kN，總計(jì)300kN。

大部分場(chǎng)館附屬的運(yùn)營(yíng)空間，如運(yùn)動(dòng)員、競(jìng)賽管理、媒體、場(chǎng)館運(yùn)營(yíng)等都位于地下。因此，在東西兩側(cè)設(shè)置下沉庭院，為地下空間提供自然采光和通風(fēng)。這些運(yùn)營(yíng)空間統(tǒng)一按照標(biāo)準(zhǔn)辦公區(qū)設(shè)置，以利于賽后的功能轉(zhuǎn)換。

3 超大跨索網(wǎng)結(jié)構(gòu)

速滑館屋面南北方向長(zhǎng)跨200m，東西方向短跨130m。如果采用桁架體系，所需的結(jié)構(gòu)斷面高度將大幅增加建筑的總體高度，與盡可能控制建筑高度的出發(fā)點(diǎn)相悖。屋面的雙曲面建筑形式符合索網(wǎng)體系的受力特點(diǎn)，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，垂跨比1:14.4；穩(wěn)定索沿南北向，拱跨比約28.6。網(wǎng)格間距4m，平行雙索，采用直徑70～78mm的高釩封閉索，索網(wǎng)端部連接在環(huán)形桁架上。

索網(wǎng)的找形始于集約空間的目標(biāo)。首先控制冰面中心的凈高約20m，自中心點(diǎn)開(kāi)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(tái)上升，向南北側(cè)低處看臺(tái)下降，形成空間雙曲面。然后測(cè)試雙曲面的室內(nèi)外建筑效果，在結(jié)構(gòu)效率和動(dòng)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，降低了冰場(chǎng)制冰、除濕、空調(diào)等能耗，為大廳的混響時(shí)間控制提供了有利條件。同時(shí)，單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)極大地降低了建筑的整體高度，使其自然融入仰山腳下的森林公園。通過(guò)單層雙向正交雙曲面索網(wǎng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑功能、超級(jí)結(jié)構(gòu)、綠色節(jié)能與建筑效果的協(xié)調(diào)一致。

4 自由曲面幕墻

大道速滑是在400m長(zhǎng)的橢圓冰道上對(duì)抗速度的競(jìng)賽，速度是設(shè)計(jì)概念的核心。運(yùn)動(dòng)員一圈圈地飛馳而過(guò)，在冰面上留下晶瑩閃亮的刻痕，這些速度的印跡沿著橢圓輪廓上升、彎曲、內(nèi)外交錯(cuò)，形成“冰絲帶”的立面。

從雙曲面屋頂邊緣起始，立面自上而下向外傾斜，在二層形成最大平面，以容納比賽場(chǎng)外圍的一圈觀眾休息廳。立面的絲帶數(shù)量、密度以及玻璃的折面方式經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，選定為在基準(zhǔn)線上彎曲4次，形成層疊的褶皺。幕墻的自由曲面是由橢圓短軸和長(zhǎng)軸兩個(gè)端點(diǎn)的典型斷面沿橢圓平面和馬鞍形屋面外邊緣放樣形成。在兩個(gè)典型斷面中，曲面玻璃的半徑統(tǒng)一為1 500mm，其他為相切的直線段，曲面板塊的面積約占47%。這種做法既簡(jiǎn)化了玻璃加工的工藝，又達(dá)到了相對(duì)滿(mǎn)意的曲面效果。

之后，在曲面安裝直徑35cm的印刷玻璃遮陽(yáng)圓管，凸起處密集、凹陷處疏松，總計(jì)22根。玻璃管呈半透明狀，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、夾層膠片和漸變彩釉印刷等工藝，對(duì)當(dāng)前幕墻玻璃的設(shè)計(jì)應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。2018年初，在恒溫、恒濕、正壓車(chē)間進(jìn)行工藝測(cè)試，成功生產(chǎn)了第一條“冰絲帶”，再通過(guò)原型測(cè)試對(duì)幕墻的構(gòu)造工藝進(jìn)行驗(yàn)證。從設(shè)計(jì)到幕墻深化、玻璃板片加工、幕墻單元生產(chǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)安裝均采用同一個(gè)三維模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造全過(guò)程的數(shù)字化。曲面幕墻結(jié)構(gòu)采用單索支承網(wǎng)殼體系，斜向幕墻索和豎向的S形龍骨協(xié)同作用，以呈現(xiàn)如同絲帶般的效果。索和龍骨的連接采用特別設(shè)計(jì)的梭形節(jié)點(diǎn)，展現(xiàn)幕墻構(gòu)造的精巧細(xì)節(jié)。

9 幕墻的幾何建構(gòu)

10 施工中的索網(wǎng)

11 比賽大廳的鋁覆層膜結(jié)構(gòu)吊頂

12 比賽大廳周?chē)磁_(tái)

13 觀眾入口大廳

14 觀眾休息廳

5 冰場(chǎng)節(jié)能

比賽大廳的頂棚對(duì)冰面的輻射熱負(fù)荷高達(dá)冰面全部負(fù)荷的40%，可以通過(guò)控制頂棚材料的發(fā)射率大幅度降低制冰的能耗。常見(jiàn)頂棚材料的發(fā)射率高達(dá)0.9左右，而在膜材表面噴覆高亮的鋁涂層，可以使其降低至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(chǎng)環(huán)境露點(diǎn)溫度以上，以降低和避免結(jié)露現(xiàn)象的產(chǎn)生。國(guó)家速滑館采用的鋁覆層膜結(jié)構(gòu)吊頂發(fā)射率小于0.3，這使得比賽大廳的內(nèi)部空間呈現(xiàn)前所未有的非物質(zhì)性效果。

冰絲帶是世界首個(gè)采用CO2直冷制冰系統(tǒng)的大道速滑館，大幅提高了冰場(chǎng)溫度的均勻度，制冰余熱回收后，用于生活熱水、澆冰車(chē)用水、轉(zhuǎn)輪除濕等。速滑館屋面外緣設(shè)置建筑一體化的太陽(yáng)能光伏電力系統(tǒng)，藍(lán)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(yùn)動(dòng)的特色。

6 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家速滑館以?shī)W林匹克森林公園為映襯，以冰上劃痕為空間意象，從臨時(shí)看臺(tái)和副廳的轉(zhuǎn)換形成賽時(shí)賽后場(chǎng)景的關(guān)鍵，應(yīng)用超大跨索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、高集成工藝曲面幕墻、低輻射膜結(jié)構(gòu)頂棚等技術(shù)，以數(shù)字模型協(xié)同設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和建造，為“精彩、卓越、非凡”的冬奧盛會(huì)提供了超越技術(shù)本身的借鑒意義。

圖片來(lái)源

圖1，8，12 為劉興華拍攝；圖4 為趙強(qiáng)拍攝；圖5 為金衛(wèi)鈞拍攝；圖10 為蔡昭昀拍攝；其余圖片均為作者自繪或自攝。