巧手“織”賽道 換季更“如意”

張利，清華大學(xué)建筑學(xué)院院長，教授，博士生導(dǎo)師，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)——人工剖面賽道類場館新型建造、維護(hù)與運(yùn)營技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

曾作為北京冬奧申委規(guī)劃部副部長以及申奧陳述人，代表中國向IOC做申奧陳述;作為張家口賽區(qū)總規(guī)劃師以及北京賽區(qū)首鋼園區(qū)冬奧項(xiàng)目設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)完成國家跳臺滑雪中心、首鋼滑雪大跳臺等多個(gè)冬奧場館的規(guī)劃設(shè)計(jì);作為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)——人工剖面賽道類場館新型建造、維護(hù)與運(yùn)營技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)完成多項(xiàng)新技術(shù)、新發(fā)明，并應(yīng)用于冬奧場館建設(shè)。

北京2022年冬奧會滑雪大跳臺項(xiàng)目和跳臺滑雪項(xiàng)目將分別在北京首鋼滑雪大跳臺和張家口賽區(qū)的國家跳臺滑雪中心“雪如意”兩個(gè)場館舉行。運(yùn)動(dòng)員們無論是在跳臺上騰飛，還是借助大跳臺翻越旋轉(zhuǎn)，要想充分發(fā)揮技術(shù)水平，展現(xiàn)完美動(dòng)作，都離不開高水準(zhǔn)、高質(zhì)量的跳臺。

以前我國從未建設(shè)過這類符合國際比賽標(biāo)準(zhǔn)的跳臺，因而兩個(gè)場館的建設(shè)充滿挑戰(zhàn)。日前，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)——人工剖面賽道類場館新型建造、維護(hù)與運(yùn)營技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，清華大學(xué)建筑學(xué)院院長張利教授，講述了科技是如何助力這兩個(gè)場館建設(shè)的。

問：首鋼滑雪大跳臺和“雪如意”，由您主持設(shè)計(jì)的這兩個(gè)項(xiàng)目都屬于人工剖面賽道類場館，請您介紹一下場館的建設(shè)難度主要在哪。我們是怎樣攻堅(jiān)克難的？

張利：我國原來沒有冬奧會比賽級別的場館，這一類項(xiàng)目的競賽曲線之所以叫人工剖面，是因?yàn)轭A(yù)計(jì)運(yùn)動(dòng)員比賽所經(jīng)過的賽道軌跡是一條經(jīng)過精確計(jì)算的曲線，由國際雪聯(lián)專家確定，而且這條曲線在比賽過程中不停更新。我們這次用到的是最新設(shè)計(jì)的賽道，賽道曲線的精準(zhǔn)表達(dá)對于我們來說富有挑戰(zhàn)。

雖然我國在山地里施工類似橋梁的結(jié)構(gòu)很有經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)樾捱^很多道橋，但那畢竟是跟車接觸，而這次需要跟運(yùn)動(dòng)員的身體和他們的雪具接觸，所以對賽道表面有特殊要求。也就是說，要使賽道表面達(dá)到4厘米厚的精度，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。

我們采取了兩種做法。第一種是全部的BIM，也就是通過數(shù)字控制系統(tǒng)，盡量去控制在建造過程中設(shè)計(jì)的精度，包括預(yù)期山體沉降所造成的影響，并把它消化掉。第二種是通過精確的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，去監(jiān)測實(shí)際發(fā)生的變化和誤差，做相應(yīng)的修正。因?yàn)樯降厥┕ず统鞘惺┕ぷ畲蟮膮^(qū)別，就是它的環(huán)境變化會超出預(yù)期。在這方面，我們有精確測量雪面冰面完成面平整度、溫度等的小車，及時(shí)反饋動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果，據(jù)此做精確的調(diào)整。

問：冰雪運(yùn)動(dòng)是非常驚險(xiǎn)刺激的賽事，賽道質(zhì)量對于運(yùn)動(dòng)員的競賽成績和競賽安全有很大影響，我們在這方面做了哪些保障工作？

張利：在競賽安全這方面，對于運(yùn)動(dòng)員來說，首先要保證賽道的精確，因?yàn)橘惖辣旧淼挠?jì)算已經(jīng)對運(yùn)動(dòng)員的安全，包括運(yùn)行軌跡做出了一定的預(yù)期，運(yùn)動(dòng)員也預(yù)期賽道能給他相應(yīng)的反饋。其次是利用新的賽道技術(shù)，比如這次是在冬奧會歷史上，第一次使用冰筑滑道的技術(shù)。為什么以前冬奧會比賽都是陶瓷的助滑賽道，這次是冰的助滑賽道？因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員喜歡冰增加的跟雪橇之間黏滑的感覺，相對來說，這樣能得到更明確的支撐反饋，得到更安全的心理暗示。此外，我們還做了防護(hù)網(wǎng)的設(shè)計(jì)等，這一切都依賴于精確的建造。也就是說，我們在全力保障完成計(jì)算體系下運(yùn)動(dòng)員的安全，把計(jì)算體系精確轉(zhuǎn)化到建成體系里去。

問：“雪如意”依山而建，施工難度很大?，F(xiàn)在人們越來越注重環(huán)保，這種依山而建的場館是怎么兼顧施工與環(huán)保的？

張利：大概考慮了三點(diǎn)。第一，最小化的生態(tài)足跡。之前四五屆冬奧會，相應(yīng)的主辦國家或者主辦城市的跳臺滑雪中心都是直接建在山體地表，這樣不但會增加山體地表修復(fù)的難度，還切斷了山體表面生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系。當(dāng)然，好處無非是施工量相對小一些。我們這次下了決心，把8到15米長的跳臺競賽賽道整個(gè)支在山體上，這樣賽道底下就相當(dāng)于橋落地的系統(tǒng)是落在生態(tài)系統(tǒng)表面的，剩下的生態(tài)系統(tǒng)還可以很好地維持原貌。也就是說，賽道做完以后，地表徑流可以繼續(xù)，這就意味著生物的恢復(fù)、物種的遷徙都可以繼續(xù)，實(shí)現(xiàn)了最小化的生態(tài)足跡。

第二，預(yù)制和模塊化。在山里修任何東西，一定要做好單元式替換的心理準(zhǔn)備，因?yàn)橛行〇|西隨著氣候變化需要更新。這就需要模塊化設(shè)計(jì)，一定要把模塊化的東西拷貝留存，以備不時(shí)之需。就像汽車，有很多集成好的模塊，哪個(gè)模塊壞了，就換掉哪個(gè)模塊。在冬季項(xiàng)目中有大量臨時(shí)設(shè)施，對于臨時(shí)設(shè)施來說，預(yù)制和模塊化尤其重要。預(yù)制模塊化的東西又叫韌性功能模塊，它具備保溫能力、結(jié)構(gòu)支撐能力和空間容納能力。比如集裝箱、帳篷房、板房，這三類基本都可以劃歸到這個(gè)體系中。對這個(gè)體系，我們要求在冬奧會時(shí)對地表產(chǎn)生零接觸，也就是它移走以后沒有任何足跡殘留。由于技術(shù)改進(jìn)，采用了復(fù)合式墻體，在保溫性能上，房子已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于往屆冬奧會比賽使用的帳篷和臨時(shí)房屋。

第三，盡可能低的碳足跡。在碳足跡方面，所有材料能夠用碳足跡低的，就絕不用碳足跡高的，包括對金屬板厚度的選擇、對結(jié)構(gòu)連接螺絲的選擇等，都是從這個(gè)角度出發(fā)去考慮的。

問：雖然冰雪賽事十分精彩，但是在冬季觀賽，對于很多冰雪愛好者來說，也是一項(xiàng)不小的考驗(yàn)，因?yàn)閼敉猸h(huán)境實(shí)在太冷了。而且像“雪如意”這樣的場館又是依山而建，在這種高寒的山地環(huán)境下，對于改善觀眾的觀賽體驗(yàn)，做了哪些保障？

張利：實(shí)際上，觀賽體驗(yàn)主要是體感問題。如果去看過冬奧會或者冬季的世界錦標(biāo)賽，一定有體會，就是坐不住。平昌冬奧會氣溫是零下5攝氏度，利勒哈默爾冬奧會當(dāng)年氣溫接近零下10攝氏度，而這次北京冬奧會，預(yù)計(jì)崇禮最極端的晚上比賽氣溫約為零下15攝氏度。如何提升觀眾體感溫度，成了最大的課題。

不用去想怎么把場景加熱，比如加熱座席，沒用！加熱這一點(diǎn)不管用。解決方案來自曹彬老師領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，采用的是人穿戴式方案，用以提升體表溫度。他們有一個(gè)專門模仿人上半身實(shí)際溫度變化的設(shè)備，被形象地稱為“假人”，用來研究穿什么樣的衣物、用什么樣的坐墊能夠幫助提升體感溫度。經(jīng)過反復(fù)測試，現(xiàn)在已經(jīng)能夠保證即使在零下40攝氏度的情況下，體感溫度也可以達(dá)到0攝氏度左右。這是一個(gè)很大的提升。

問：首鋼滑雪大跳臺實(shí)現(xiàn)了一臺兩用，也就是說，單板滑雪大跳臺和自由式滑雪空中技巧都可以在這個(gè)場地進(jìn)行轉(zhuǎn)換使用。雖然這次冬奧會上兩個(gè)項(xiàng)目并不都在這個(gè)大跳臺進(jìn)行，但它對場館的賽后利用起到了示范作用。聽說這個(gè)技術(shù)在全球是首次實(shí)現(xiàn)，請您詳細(xì)介紹一下。

張利：國際雪聯(lián)這兩項(xiàng)比賽相應(yīng)的管理者都有可持續(xù)發(fā)展的綠色意識。原來這兩項(xiàng)比賽是徹底分開的，一項(xiàng)在城市廣場舉行，偏極限，就像在首鋼園區(qū)舉行的單板滑雪大跳臺項(xiàng)目;另一項(xiàng)空中技巧項(xiàng)目經(jīng)常在山區(qū)舉行。這兩個(gè)項(xiàng)目曲線雖然包含類似的助滑、加速起跳、落地三個(gè)部分，但原本差別非常大，基本上不具備兼容性。相對來說，空中技巧曲線水平落點(diǎn)更長，而單板大跳臺曲線更短，但更陡。

兩項(xiàng)比賽的管理者在得知我們有這樣的想法后都很支持，大概用兩天的時(shí)間通力合作，把兩條曲線盡量做得兼容。最終，助滑的大部分和完整的落地區(qū)是重疊的，只有從助滑的最后約1/6到起跳區(qū)前面的約2/3這部分是有變化的。也就是說，將首鋼滑雪大跳臺“飛天飄帶”進(jìn)行一定的處理，它就能變成空中技巧的競賽曲線。具體而言，在首鋼滑雪大跳臺上，利用設(shè)備的諸多接口，留下可能安裝附加結(jié)構(gòu)的地方，使用大概600個(gè)鉆石型結(jié)構(gòu)，組合堆疊成需要的形狀。這種鉆石晶體式搭接完成以后，再附上一塊板，就可以實(shí)現(xiàn)48小時(shí)之內(nèi)，從原來滑雪大跳臺的曲線變成空中技巧的曲線。

首鋼滑雪大跳臺“飛天飄帶”

問：賽道在冬夏兩季的轉(zhuǎn)換是一個(gè)難題，您和團(tuán)隊(duì)是怎么去解決的？

張利：第一，關(guān)于冬夏轉(zhuǎn)換，大概分成兩種情況。一種是像“雪如意”這樣，本身就具有夏季比賽的潛力，只要充分把潛力發(fā)揮出來就行。比如這次我們用的助滑道，原來用陶瓷顆粒的時(shí)候，夏季比賽的感覺和冬季是不一樣的，現(xiàn)在用冰筑滑道，在陶瓷表面噴一層很淺的水以后，在雪橇上的感覺就和冬季比賽幾乎完全一樣。在跳臺滑雪比賽落地區(qū)，用人工草噴水以后，摩擦力和彈性基本接近雪面，這樣冬季比賽基本可以在夏季實(shí)現(xiàn)。從比賽內(nèi)部邏輯上，實(shí)現(xiàn)了全季的使用。另一種是當(dāng)冬夏季不可以做這種完美轉(zhuǎn)換的時(shí)候，對某些比賽場地，比如首鋼單板滑雪大跳臺，使用的是模仿雪的方式。有一種材料叫“金針菇”，實(shí)際是一種合成材料，底下是一個(gè)柔軟的墊子，上面織有一些纖維狀突起，表面有一個(gè)小球，像金針菇一樣，在人工滑雪場或者一些模擬滑雪的機(jī)器上可以見到?？罩屑记梢埠?，單板大跳臺也好，運(yùn)動(dòng)員在空中完成騰躍以后，落地瞬間對膝蓋的沖擊力很大，而“金針菇”正好能夠吸收相當(dāng)?shù)哪芰?。利用這種替代材料雖然不能完美復(fù)制冬季比賽的感覺，但仍可以使運(yùn)動(dòng)員在一定程度上去適應(yīng)。

第二，更重要的是，除了運(yùn)動(dòng)員教練員以外，任何一個(gè)冬奧體育場館，要想在四季跟正常的市民使用發(fā)生關(guān)系，一定得有親民的屬性。如果說冬季運(yùn)動(dòng)員是超人，那一般市民則是常人，常人使用一個(gè)山里的目的地設(shè)施時(shí)，常用的方式是登山、慢行、長時(shí)間停留等，我們要把這些常人使用情境融入冬季比賽的超人設(shè)施。典型的像“雪如意”，結(jié)束區(qū)為什么設(shè)計(jì)成一個(gè)平的足球場，而不是慣用的一個(gè)反坡？因?yàn)榭紤]到要在這里承接大型的活動(dòng)。而大型的活動(dòng)，從室外音樂會到產(chǎn)品發(fā)布會，再到活動(dòng)開閉幕式等，場地默認(rèn)大小就是一個(gè)90米長的最小足球場。在“雪如意”上面有頂峰俱樂部，市民到達(dá)頂峰以后，除了看一看“雪如意”，還可以有別的體驗(yàn)。在這4000平方米的無柱空間，可以舉行集會、展覽、會議，還可以進(jìn)行聚餐等。沿著“雪如意”的周邊，設(shè)計(jì)了四條臺階路，一共幾千級，這是超過比賽維護(hù)需求的。在這里，市民可以登山、慢行，甚至進(jìn)行超過兩個(gè)半小時(shí)的停留。這樣，它就有可能成為一個(gè)旅游目的地，在賽后得到更好的利用。

張家口賽區(qū)國家跳臺滑雪中心“雪如意”