雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群山地設(shè)計(jì)技術(shù)初探
——以北京2022 年冬奧會(huì)與冬殘奧會(huì)張家口賽區(qū)古楊樹(shù)場(chǎng)館群為例

張利 張銘琦

1 清華大學(xué)建筑學(xué)院

2 清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 張家口賽區(qū)總體空間布局

1 項(xiàng)目背景

北京2022年冬奧會(huì)與冬殘奧會(huì)分為北京、延慶、張家口三個(gè)賽區(qū)。張家口賽區(qū)核心區(qū)位于河北省張家口市崇禮區(qū)太子城及其周邊區(qū)域，規(guī)劃占地約11km2，分為云頂滑雪公園、古楊樹(shù)場(chǎng)館群以及太子城冰雪小鎮(zhèn)三個(gè)組團(tuán)。云頂滑雪公園利用現(xiàn)有云頂滑雪場(chǎng)改造而成，承擔(dān)自由式滑雪與單板滑雪比賽；古楊樹(shù)場(chǎng)館群為新建場(chǎng)館群，承擔(dān)跳臺(tái)滑雪、越野滑雪、北歐兩項(xiàng)與冬季兩項(xiàng)滑雪比賽；太子城冰雪小鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)是集交通、住宿、購(gòu)物、餐飲、會(huì)議、展示、教育、康養(yǎng)、醫(yī)療等功能為一體、以冰雪為特點(diǎn)的旅游小鎮(zhèn)，賽時(shí)為冬奧會(huì)與冬殘奧會(huì)提供功能保障服務(wù)，賽后帶動(dòng)該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

古楊樹(shù)場(chǎng)館群位于張家口賽區(qū)核心區(qū)南部，距離太子城高鐵站約2.3km。古楊樹(shù)場(chǎng)館群為新建大型雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群，集中了國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心、國(guó)家越野滑雪中心、國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心、張家口山地轉(zhuǎn)播中心與山地電視轉(zhuǎn)播間四個(gè)奧運(yùn)場(chǎng)館，以及冰玉環(huán)、技術(shù)官員酒店、山地運(yùn)維中心、蓄水池、直升機(jī)停機(jī)坪等重要永久配套設(shè)施，還有超過(guò)3萬(wàn)m2的板房、篷房、集裝箱、看臺(tái)等臨時(shí)設(shè)施。

古楊樹(shù)場(chǎng)館群是歷屆冬奧會(huì)中最為集中的雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群，一方面，集中建設(shè)大量永久設(shè)施與臨時(shí)設(shè)施有助于資源高效集約利用，對(duì)賽事舉辦、場(chǎng)館投資及后期運(yùn)維等都非常有利；另一方面，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、交通組織等提出了巨大挑戰(zhàn)。

不可否認(rèn)的是，此次申奧成功前，我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)的狀況是冰強(qiáng)、雪弱，與之對(duì)應(yīng)的場(chǎng)館建設(shè)亦是如此。古楊樹(shù)場(chǎng)館群所涉及的跳臺(tái)、冬兩、越野等運(yùn)動(dòng)，在此之前國(guó)內(nèi)連一座符合奧運(yùn)比賽標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)館都沒(méi)有，大部分國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)員甚至不具備參賽資格，實(shí)現(xiàn)“辦賽精彩、參賽出彩”的目標(biāo)任重而道遠(yuǎn)。雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作對(duì)于國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在“首次設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)不清、復(fù)雜環(huán)境、科研創(chuàng)新、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)”方面，限于篇幅，本文主要對(duì)適用于復(fù)雜山地環(huán)境雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群規(guī)劃建設(shè)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行分析與總結(jié)。

2 山地設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)踐

古楊樹(shù)場(chǎng)館群主要的山地設(shè)計(jì)技術(shù)包括：復(fù)雜環(huán)境與裝配式建筑技術(shù)、山地交通與市政技術(shù)、綠化種植與生態(tài)修復(fù)技術(shù)、可再生資源利用技術(shù)、場(chǎng)館全季利用技術(shù)。

2.1 復(fù)雜環(huán)境與裝配式建筑技術(shù)

古楊樹(shù)場(chǎng)館群地處山區(qū)，占地約420ha，包含三條山谷。建設(shè)用地的最小高程為入口區(qū)的1 620m，最大高程為跳臺(tái)出發(fā)區(qū)的1 771m。其中，國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心高程為1 635～1 771m，國(guó)家越野滑雪中心高程為1 636～1 722m，國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心高程為1 657～1 720m（殘奧賽道高程為1 646～1 677m）。

2 全景鳥(niǎo)瞰

3 古楊樹(shù)場(chǎng)館群總體規(guī)劃圖

業(yè)主：張家口奧體建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：張家口市崇禮區(qū)

建筑設(shè)計(jì)：清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

聯(lián)合設(shè)計(jì)：北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司、Renn Architekten、北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：莊惟敏、張紅（國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心）；

張利、張葵（國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心）；

張利、張葵（國(guó)家越野滑雪中心）

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：莊惟敏、張維、張紅、龔佳振、趙婧賢（國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心）；

張利、張銘琦、張葵、姚虹、王沖（國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心）；

張利、張葵、吳雪、潘睿、張銘琦（國(guó)家越野滑雪中心）

總建筑面積：7 644m2（國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心）；

24 243m2（國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心）；

5 492m2（國(guó)家越野滑雪中心）

設(shè)計(jì)時(shí)間：2017.05—2018.05

建成時(shí)間：2021.06

攝影：布雷

4 國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心與國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心

由于山地地形復(fù)雜、建設(shè)活動(dòng)較少，故建設(shè)單位初次提供的地形測(cè)繪圖誤差在數(shù)米以上的情況時(shí)有發(fā)生。由于古楊樹(shù)場(chǎng)館群占地大、建設(shè)時(shí)間緊、重新測(cè)繪時(shí)間周期較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)之初采用GIS技術(shù)+無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)+Rhino數(shù)字建模技術(shù)，制作了精準(zhǔn)的局部場(chǎng)地三維數(shù)字模型（精度10cm），不僅對(duì)建設(shè)單位初期提供的地形圖進(jìn)行了有效修正，而且場(chǎng)地三維數(shù)字模型操作更加方便直觀，為后期建筑工程的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)施工打下了良好基礎(chǔ)。

在建筑工程層面，國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心作為古楊樹(shù)場(chǎng)館群的控制性工程，工程量最大、建設(shè)難度最高。其原因一是工程地處崇禮高海拔的極寒之地，氣候條件惡劣，山形地貌復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工條件極為不利；二是跳臺(tái)場(chǎng)館本身工程量巨大、建設(shè)周期短，而且由于跳臺(tái)比賽的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)自由流動(dòng)的跳臺(tái)形態(tài)需要大量的異形建筑構(gòu)件。因此，在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用BIM技術(shù)與裝配式技術(shù)，確保工程在不利的山地建設(shè)條件下能夠高質(zhì)量地完工；在深化階段，將大量雙曲面優(yōu)化為大量單曲面+少量雙曲面，降低后期幕墻加工與安裝難度。針對(duì)跳臺(tái)工程的特點(diǎn)，結(jié)合BIM技術(shù)和多個(gè)裝配式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模數(shù)化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝，以減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)。國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心整體結(jié)構(gòu)主要采用鋼結(jié)構(gòu)體系，具有代表性的裝配式系統(tǒng)如頂峰俱樂(lè)部鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、裝配式單元體外幕墻系統(tǒng)、看臺(tái)預(yù)制混凝土臺(tái)階系統(tǒng)、助滑道系統(tǒng)、裁判塔系統(tǒng)等，整體裝配率達(dá)到90%。

大型賽事的特點(diǎn)是賽時(shí)搭建大量臨時(shí)設(shè)施以滿(mǎn)足賽時(shí)特定需求，賽后則隨之拆除。為避免浪費(fèi)，古楊樹(shù)場(chǎng)館群內(nèi)的臨時(shí)設(shè)施采用裝配式技術(shù)，通過(guò)租用與購(gòu)買(mǎi)集裝箱房、篷房、板房、腳手架等成熟產(chǎn)品，在場(chǎng)地簡(jiǎn)單硬化處理后進(jìn)行快速搭建，賽后可快速拆除或移至他處循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)“輕觸式建設(shè)”和“對(duì)自然最小干預(yù)”的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 場(chǎng)地GIS 分析

6 山體建筑三維模型

7 裝配式施工

8 國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心

9 從“冰玉環(huán)”看向國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心

另外，由于山地屬于多風(fēng)環(huán)境，而風(fēng)對(duì)雪上運(yùn)動(dòng)影響極大，比如正式的跳臺(tái)滑雪比賽需要控制風(fēng)速在3m/s以下。針對(duì)國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心，首先對(duì)大尺度風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行CFD模擬，運(yùn)用GIS技術(shù)將需要防風(fēng)的賽道設(shè)置在背風(fēng)的山谷中段，利用自然山脊形成天然的擋風(fēng)墻；其次，借助建筑“如意”造型的側(cè)翼結(jié)構(gòu)為賽道擋風(fēng)；最后，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)，對(duì)建筑體型進(jìn)行驗(yàn)算與修正。通過(guò)上述技術(shù)措施，大大減少了后期防風(fēng)網(wǎng)的設(shè)置和建筑用鋼量，減少了項(xiàng)目投資。

10 大尺度風(fēng)場(chǎng)模擬

11 跳臺(tái)風(fēng)場(chǎng)計(jì)算

12 跳臺(tái)側(cè)翼防風(fēng)設(shè)計(jì)

2.2 山地交通與市政技術(shù)

古楊樹(shù)場(chǎng)館群賽時(shí)將容納約1.8萬(wàn)名觀眾與0.6萬(wàn)名注冊(cè)人員，如何在狹窄的山谷空間實(shí)現(xiàn)高效的交通組織，是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要面臨的挑戰(zhàn)。受方案征集期間瑞士格尼斯公司“奧運(yùn)環(huán)”的概念啟發(fā)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了周長(zhǎng)約3km的環(huán)形高架步行平臺(tái)“冰玉環(huán)”。冰玉環(huán)分為西半環(huán)與東半環(huán)，西半環(huán)全長(zhǎng)2km，寬度為15～24m，平均高度為7m，連接四個(gè)奧運(yùn)場(chǎng)館及技術(shù)官員酒店。觀眾使用西半環(huán)平臺(tái)上的前院區(qū)，注冊(cè)人員則使用平臺(tái)下的后院區(qū)，成為冬奧會(huì)歷史上首次解決前院區(qū)與后院區(qū)流線交叉問(wèn)題的典范。東半環(huán)為登山棧道，全長(zhǎng)1km、寬度2～4m。

13 “冰玉環(huán)”賽后利用愿景

14 防洪渠剖面圖

15 棄土邊坡綠化典型斷面圖

16 生態(tài)修復(fù)

古楊樹(shù)場(chǎng)館群在場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置兩條主要車(chē)行道路M1與M2路，其他為包括跳臺(tái)上山路在內(nèi)的輔助道路。其中，M1路寬7.5m，連接場(chǎng)館群入口與北側(cè)的棋盤(pán)梁隧道，可快速通往京禮高速棋盤(pán)梁收費(fèi)站，同時(shí)M1路與太子城冰雪小鎮(zhèn)內(nèi)的4號(hào)路、奧運(yùn)村南路形成賽區(qū)環(huán)形交通網(wǎng)絡(luò)；M2路寬9m，位于冰玉環(huán)下，凈高4.5m（以確保大型轉(zhuǎn)播車(chē)的通過(guò)），與冰玉環(huán)形成立體交通模式。由于地處冰雪地區(qū)，場(chǎng)地內(nèi)所有道路的縱坡皆控制在5%以?xún)?nèi)。

古楊樹(shù)場(chǎng)館群場(chǎng)地狹小、高差變化大、凍土深達(dá)2m、市政管線繁多，為有效解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在M2路下新建了全長(zhǎng)2km的綜合管廊。該綜合管廊為水艙、電力艙與電信艙的三艙斷面，分別容納給水管、消防管、中水管、造雪水管、10kV電力管道、通信光纖、轉(zhuǎn)播、安防等管道，艙內(nèi)斷面為5.1m×2.9m。為便于管廊的運(yùn)行和管理，綜合管廊配備逃生口、人員出入口、專(zhuān)用檢修口、吊裝口、排水/消防/通風(fēng)設(shè)施以及檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，燃?xì)夤艿篮臀鬯艿啦蝗牍芾取?/p>

古楊樹(shù)場(chǎng)館群沿M2路設(shè)“50年標(biāo)準(zhǔn)、100年校核”的防洪渠，防洪渠分明渠與暗渠。為減少明渠截面，采用混凝土箱型渠，開(kāi)口寬度為2.5～7m不等，并在其表面做景觀美化處理。賽道內(nèi)的雨水可順著賽道一側(cè)的植草溝排入防洪渠，場(chǎng)地內(nèi)的雨水則經(jīng)雨水井、雨水管網(wǎng)后到達(dá)防洪渠。在場(chǎng)館群上游冬兩區(qū)域設(shè)5萬(wàn)m3蓄水池，下游入口區(qū)域設(shè)20萬(wàn)m3蓄水池，起到洪水調(diào)蓄的作用。

2.3 綠化種植與生態(tài)修復(fù)技術(shù)

古楊樹(shù)場(chǎng)館群的綠化種植與生態(tài)修復(fù)技術(shù)以山地原生態(tài)景觀塑造為目標(biāo)，尊重場(chǎng)地原有地形，盡可能保留并利用現(xiàn)狀植物，減少對(duì)林地的破壞；利用本地植被，盡可能強(qiáng)化林地的連續(xù)性與整體性，做到新增植被和原始林地融為一體；所有植物材料均采用本地馴化物種，保證苗源數(shù)量，確保種植成活率；著重考慮對(duì)可視面及破壞嚴(yán)重面（如切削山體后的護(hù)坡）進(jìn)行重點(diǎn)生態(tài)修復(fù)。場(chǎng)地土方施工采用表土剝離技術(shù)，施工前首先剝離表土，集中堆放；施工后回覆表土，進(jìn)行植草綠化。

古楊樹(shù)場(chǎng)館群場(chǎng)地內(nèi)存在很多高大護(hù)坡，高度為4～100m。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用格賓支護(hù)體系、生態(tài)袋、無(wú)土混合纖維噴播復(fù)綠等技術(shù)，既保證了山體護(hù)坡安全穩(wěn)定，又能實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。例如，格賓支護(hù)體系填充的地方材料不少于90%，其上可種植綠化。

2.4 可再生資源利用技術(shù)

古楊樹(shù)場(chǎng)館群的電力系統(tǒng)主要采用風(fēng)力發(fā)電，按照張家口市整體電力規(guī)劃，賽區(qū)內(nèi)建筑冬季采暖應(yīng)采用電供熱系統(tǒng)，不僅使每戶(hù)的室溫靈活可控，還能避免火電帶來(lái)的空氣污染、顯著減少碳排放，實(shí)現(xiàn)“綠色辦奧”。

由于雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館的人工造雪會(huì)帶來(lái)大量水資源浪費(fèi)，因而水資源利用技術(shù)就顯得尤為重要。古楊樹(shù)場(chǎng)館群為確保雨水的合理利用，遵循海綿賽區(qū)的規(guī)劃理念，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”多途徑雨水及融雪水的收集與利用系統(tǒng)：1）人行道采用透水鋪裝，賽道旁設(shè)置植草溝；2）地表水經(jīng)防洪渠流入場(chǎng)館群入口區(qū)域的20萬(wàn)m3蓄水池，蓄水池采用硅砂蜂巢雨水自?xún)艋到y(tǒng)，地表水經(jīng)此系統(tǒng)處理后可用于冬季造雪、夏季綠化灌溉、景觀河道用水、澆灑道路用水以及沖洗廁所，確保水資源的高效利用；3）所有場(chǎng)館及基礎(chǔ)設(shè)施的污水統(tǒng)一排入賽區(qū)設(shè)置的污水處理站，做到了全收集、全處理與再利用。

2.5 場(chǎng)館全季利用技術(shù)

17 國(guó)家越野滑雪中心鳥(niǎo)瞰

18 從賽道看向國(guó)家越野滑雪中心

19 賽后利用整體功能策劃

20 黃昏下的雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群

參照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)運(yùn)營(yíng)良好的雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群必然要實(shí)現(xiàn)四季運(yùn)營(yíng)。例如，2012年加拿大溫哥華冬奧會(huì)雪上賽區(qū)舉辦地惠斯勒的夏季游客數(shù)量已明顯超過(guò)了冬季游客，成為世界知名的全季旅游度假勝地。古楊樹(shù)場(chǎng)館群聚集了眾多雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館及相關(guān)配套設(shè)施，冬奧會(huì)后，一方面可以繼續(xù)舉辦世界級(jí)賽事或作為國(guó)家隊(duì)訓(xùn)練基地使用；另一方面，繼續(xù)向公眾開(kāi)放，鼓勵(lì)市民參與冬季冰雪運(yùn)動(dòng)及夏季戶(hù)外健身休閑活動(dòng)，促進(jìn)其形成健康的生活方式。

古楊樹(shù)場(chǎng)館群賽后將打造為全季山地運(yùn)動(dòng)體育公園。國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心助滑道系統(tǒng)冬季制冰、夏季使用陶瓷；著陸坡冬季造雪、夏季使用人工植被，從而實(shí)現(xiàn)冬季跳雪、夏季跳草，四季舉辦國(guó)際賽事，未來(lái)還可引進(jìn)風(fēng)靡全世界的紅牛攀爬運(yùn)動(dòng)；頂部圓環(huán)空間可作為展示、觀景、餐飲、會(huì)議使用；底部體育場(chǎng)可舉辦賽事開(kāi)閉幕式、演藝秀、足球比賽、仿真冰冰上表演等活動(dòng)。國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心與國(guó)家越野滑雪中心除了舉辦賽事及日常訓(xùn)練外，冬季可讓公眾體驗(yàn)越野滑雪與射擊運(yùn)動(dòng)，夏季借助豐富的山形地貌舉辦斯巴達(dá)勇士賽、禧瑪諾車(chē)迷節(jié)、馬術(shù)等活動(dòng)。冰玉環(huán)因其三圈路徑共計(jì)10km，可舉辦“奧運(yùn)跑”及輪滑障礙追逐賽等活動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

北京2022年冬奧會(huì)與冬殘奧會(huì)的成功申辦，對(duì)于我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)的發(fā)展與冰雪場(chǎng)館的建設(shè)起到了加速推進(jìn)作用。當(dāng)前，眾多符合奧運(yùn)比賽標(biāo)準(zhǔn)的雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館工程皆已完工，并陸續(xù)舉辦奧運(yùn)測(cè)試活動(dòng)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)切身的設(shè)計(jì)實(shí)踐，從跟跑、并跑到努力領(lǐng)跑而積累下來(lái)的適用于復(fù)雜山地環(huán)境雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群規(guī)劃建設(shè)的設(shè)計(jì)技術(shù)，為未來(lái)我國(guó)建設(shè)雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群及山地公共建筑群提供指導(dǎo)并發(fā)揮示范作用，也對(duì)未來(lái)我國(guó)建設(shè)更多符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館群、實(shí)現(xiàn)“三億人參與冰雪運(yùn)動(dòng)”的目標(biāo)，有著重要意義。