基于PCA的冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究*

陸詩亮 趙紫璇 郭 旗

0 引言

中國以2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)為契機(jī)提出了“三億人上冰雪”的發(fā)展目標(biāo)，不斷出臺(tái)的國家政策和群眾對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)不斷高漲的熱情，對(duì)我國冰雪運(yùn)動(dòng)及其周邊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用[1]。隨著北冰南展西擴(kuò)的發(fā)展勢頭明顯，全國冰上運(yùn)動(dòng)設(shè)施數(shù)量和質(zhì)量需全面提升[2]。冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑由于其承辦體育賽事的特殊性、使用場景的多元化以及建設(shè)地點(diǎn)的地域性，對(duì)于優(yōu)化推動(dòng)我國體育事業(yè)全面建設(shè)，促進(jìn)冰上運(yùn)動(dòng)的迅猛發(fā)展方面發(fā)揮著不可取代的作用。

冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑面臨大尺度、高投資、高能耗、運(yùn)維困難[3]的困擾，建筑界一直在探討其可持續(xù)運(yùn)維，尋求建筑尺度與能耗、成本與營利之間的平衡。因此，其可持續(xù)運(yùn)維評(píng)價(jià)體系研究值得深入探索，應(yīng)通過設(shè)計(jì)手段、建筑技術(shù)、智慧管理[4-5]等多層面進(jìn)行分析。我國當(dāng)前多集中在建筑本體的研究，并未嚴(yán)格區(qū)分綠色建筑與可持續(xù)運(yùn)維建筑等的區(qū)別，缺乏針對(duì)特殊公共建筑類型的必要制度的引導(dǎo)。本文基于冰上運(yùn)動(dòng)場館這一特殊的研究對(duì)象，致力于建立冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過主成分分析法（PCA）進(jìn)行量化分析，獲得可持續(xù)運(yùn)維潛力指標(biāo)因子對(duì)提高冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力的貢獻(xiàn)率和權(quán)重集，以期為建設(shè)可持續(xù)運(yùn)維的冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑提供參考與引導(dǎo)。

1 研究背景

1.1 冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑賽時(shí)賽后利用存在矛盾

冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維的困難之處在于冰雪運(yùn)動(dòng)的季節(jié)限制，最適宜開放使用的階段只有冬季的一個(gè)季度左右[6-7]（圖1）。因此多方面考慮建筑設(shè)施使用環(huán)境以及需求，實(shí)現(xiàn)不同季節(jié)的“一館多用”是冰上運(yùn)動(dòng)場館賽后運(yùn)營的普遍思路[8]（圖2）。如我國的國家速滑館，借助本身的低溫屬性來為人們提供大眾冰上健身、低溫存儲(chǔ)等[9-10]。2022年冬奧會(huì)中，冰壺賽事便是交付給了國家游泳中心“冰立方”來承辦，通過改造實(shí)現(xiàn)場館冬夏兩季不通氣候下的循環(huán)使用[11]（圖3）。但是多種運(yùn)動(dòng)類型的碰撞與融合，使各項(xiàng)技術(shù)和設(shè)施配備的運(yùn)行存在矛盾，不同使用模式下的比賽廳熱環(huán)境差異性較大，因此需要靈活運(yùn)維。冰上運(yùn)動(dòng)體育產(chǎn)業(yè)可以作為觸媒，將多領(lǐng)域有機(jī)融合，在運(yùn)維中形成聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，因此對(duì)場館的賽后可持續(xù)運(yùn)維提前布局，在設(shè)計(jì)層面選取相應(yīng)的可持續(xù)性的技術(shù)與設(shè)施[12]，通過多元運(yùn)營途徑來解決賽時(shí)賽后利用的矛盾。

圖1 東北寒地城市冰上運(yùn)動(dòng)館各月份使用狀態(tài)統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 statistical chart of use of ice sports museum in northeast cold city

圖2 冰上運(yùn)動(dòng)體育館賽后多元利用模式Fig.2 multi-use mode in ice sports centre after game

圖3 國家速滑館和國家游泳中心冰壺賽場Fig.3 The National Speed Skating Museum and National Swimming Center curling field

1.2 體育建筑可持續(xù)運(yùn)維導(dǎo)向評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)匱乏

體育建筑的可持續(xù)發(fā)展問題一直備受關(guān)注，國際上發(fā)布了一系列促進(jìn)建筑可持續(xù)發(fā)展的空間設(shè)計(jì)行動(dòng)指南[13]?，F(xiàn)階段全球存在多種針對(duì)建筑物可持續(xù)性使用的評(píng)價(jià)體系，例如美國的LEED、英國的BREEAM、法國的HQE以及日本的CASBEE等，這些評(píng)價(jià)體系主要是評(píng)價(jià)建筑物在生態(tài)方面的可持續(xù)性、以及資源友好和環(huán)境友好的程度。2007年德國可持續(xù)建筑委員（Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen, DGNB）制定了一個(gè)可持續(xù)建筑評(píng)估體系DGNB，為建筑可持續(xù)性的設(shè)計(jì)、管理及評(píng)估提供依據(jù)[14]。然而上述多種評(píng)估體系并未深入?yún)^(qū)分建筑類型，大部分針對(duì)的是住宅及辦公建筑[15]（圖4）。而冰上運(yùn)動(dòng)館屬于大跨度空間的特殊公共建筑類型，由于其自身的特殊性，現(xiàn)行評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不完全適用。冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑具有空間復(fù)雜、功能多樣、能耗巨大、人流集中等特點(diǎn)，對(duì)建筑可持續(xù)運(yùn)維具有特殊要求[16]，而針對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維的定制化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍然匱乏。需要結(jié)合國內(nèi)外頒布的冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與可持續(xù)建筑相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1），構(gòu)建冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

圖4 針對(duì)建筑方向的評(píng)價(jià)體系Fig.4 multi-use mode in ice sports centre after game

表1 體育建筑相關(guān)評(píng)價(jià)的指導(dǎo)綱領(lǐng)性文件Tab.1 guiding and programmatic documents for relevant evaluation of sports buildings

1.3 可持續(xù)運(yùn)維導(dǎo)向下的技術(shù)構(gòu)成

承辦冰上項(xiàng)目的場館由于其本身的特殊性，使得場館里溫度分區(qū)復(fù)雜，非常容易被外界風(fēng)、光、熱環(huán)境所干擾，因而能耗需求巨大，是可持續(xù)設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)。因此適宜的形體是可持續(xù)設(shè)計(jì)的首要考量因素[17]。形體設(shè)計(jì)涉及表面積、容積、形狀因素。表面積是同環(huán)境進(jìn)行能量交換的決定因素，容積關(guān)系到整個(gè)場館的空調(diào)負(fù)荷，形狀則關(guān)聯(lián)的是對(duì)于風(fēng)、雪、融雪等外界環(huán)境因素是否有很好的適應(yīng)性[18]。物理空間構(gòu)成與能耗息息相關(guān)，通過采取靈活適宜的被動(dòng)措施，可以使其具有很好的減耗效率。冰上運(yùn)動(dòng)建筑需要依靠復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)來維持場館的良好運(yùn)作，除需要一般的供水設(shè)備、電控設(shè)備和照明設(shè)備外，還需特殊的制冰設(shè)備、冰面維護(hù)設(shè)備和余熱回收設(shè)施等（圖5）。

圖5 冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維技術(shù)體系Fig.5 sustainable operation and maintenance technology system of ice sports building

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

2.1 指標(biāo)選取

基于國外研究和國內(nèi)現(xiàn)狀，結(jié)合冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑運(yùn)維特點(diǎn)，通過文獻(xiàn)整理、走訪調(diào)查形成整體架構(gòu)，本文通過組織焦點(diǎn)小組開展研判（小組成員16人，分成兩部分，成員分別是建筑設(shè)計(jì)專家、冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑管理者及體育行政人員等），討論冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力的影響因素，研判獲取的關(guān)系因子是物理空間、設(shè)備形式、管理模式和智慧運(yùn)營共4項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)：物理空間指冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑的區(qū)位、建筑空間及設(shè)施的配置；設(shè)備形式指和冰上運(yùn)動(dòng)相關(guān)的體育工藝及設(shè)備配置；管理模式指場館的運(yùn)營成本及模式；智慧運(yùn)營意為依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化計(jì)算、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)科技手段的建筑設(shè)施智能運(yùn)維模式[19]。它具備了四大類一級(jí)指標(biāo)，還有細(xì)分的53個(gè)二級(jí)指標(biāo)（表2）。

表2 焦點(diǎn)小組討論指標(biāo)組成一覽表Tab.2 a list of focus group discussion index components

2.2 評(píng)價(jià)方法

主成分分析（PCA）在20世紀(jì)初被建立，是一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法[20-21]。PCA的思想在于把評(píng)估架構(gòu)里的多個(gè)因子轉(zhuǎn)化成由少數(shù)互相沒有關(guān)聯(lián)的重要變量進(jìn)行描述的綜合評(píng)價(jià)體系，它使用線性方程把全部的因子進(jìn)行歸納統(tǒng)籌，經(jīng)過公式的處理使得它們用來反映上一級(jí)的變異量，所有的線性組合均是一種主成分[22]，這個(gè)方式可以給多維度的數(shù)據(jù)開展降維操作，降低其復(fù)雜程度[23]。同時(shí)對(duì)于選取的綜合因子反映出來的信息給與解釋，以此來使得整個(gè)評(píng)價(jià)模式更為全面、飽滿[24]。

指標(biāo)建構(gòu)方面由于前期研究和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)匱乏，因此將德爾菲法或焦點(diǎn)小組與問卷調(diào)查結(jié)合起來，應(yīng)該是比較完備、客觀的指標(biāo)建構(gòu)方法。

2.3 問卷設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)

根據(jù)焦點(diǎn)小組討論確定的指標(biāo)框架，本文設(shè)計(jì)了問卷調(diào)查，問卷采用李克特五分量表法[25]進(jìn)行繪制，測量專家對(duì)影響冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力因素重要性的調(diào)查。開展正式調(diào)研前，發(fā)放20份問卷進(jìn)行初步試驗(yàn)（pilot test），針對(duì)不合理處進(jìn)行修正。將修正過的問卷在高校、設(shè)計(jì)單位、冰上運(yùn)動(dòng)體育場館管理單位、體育行政單位等場所發(fā)送，當(dāng)場或者隔日回收。本文的調(diào)查一共發(fā)送了250份問卷，得到有效問卷208份，有效率達(dá)到了83%，符合70%的有效性標(biāo)準(zhǔn)，問卷結(jié)果有效。填寫問卷的人員的特征性統(tǒng)計(jì)如圖6所示。調(diào)查問卷覆蓋了高校、設(shè)計(jì)單位、場館管理、體育行政等各級(jí)別的專家，有71%的受訪專家從業(yè)時(shí)間在10年以上，由此該問卷涵蓋了各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)于冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力的評(píng)價(jià)信息。

圖6 問卷填寫人員描述性統(tǒng)計(jì)Fig.6 descriptive statistics of questionnaire fillers

2.4 數(shù)據(jù)信度檢驗(yàn)

借助SPSS軟件檢驗(yàn)問卷的信度，即測量調(diào)研數(shù)據(jù)的可靠程度，獲取到了本次調(diào)查的克朗巴哈（Cronbach）α信度指標(biāo)是0.870，滿足標(biāo)準(zhǔn)閾值0.8的最低要求，說明問卷的信度較好。問卷效度從內(nèi)容效度和建構(gòu)效度兩方面來研判，前者為通過查閱文獻(xiàn)、實(shí)地調(diào)研、焦點(diǎn)小組座談研究的基礎(chǔ)而得到的，具備了現(xiàn)階段冰上項(xiàng)目場館設(shè)施可持續(xù)運(yùn)維的基本潛力因子，因此其內(nèi)容效度好。而后者的判斷依據(jù)53個(gè)二級(jí)因子和同它們相關(guān)聯(lián)的上一級(jí)因子的關(guān)聯(lián)程度。

2.5 指標(biāo)級(jí)建構(gòu)

指標(biāo)集建構(gòu)采用因子分析中的主成分分析法，初始時(shí)利用因子分析模塊的KMO檢驗(yàn)以及Bartlett球形檢驗(yàn)開展因子的適用性檢驗(yàn)。KMO= 0.828，Sig（顯著性水平）=0，均表明適合進(jìn)行因子分析[26]。

將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA分析，經(jīng)運(yùn)行結(jié)果顯示特征值＞1的一級(jí)指標(biāo)有12個(gè)（表3），它們的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了70%（而英國NGST研究依據(jù)PCA處理因子結(jié)構(gòu)，它的貢獻(xiàn)率值為62%[27]）。采用最大方差旋轉(zhuǎn)后，獲取了每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的主成分和其旋轉(zhuǎn)矩陣系數(shù)（表4）。

從表3可以看出，一級(jí)指標(biāo)主成分由4個(gè)擴(kuò)展為12個(gè)。初期“物理空間”指標(biāo)，專家認(rèn)為應(yīng)擴(kuò)展細(xì)分為“建筑選址”“內(nèi)場空間”“輔助設(shè)施”“裝配技術(shù)”“場地預(yù)留”“屋頂形態(tài)”“器材設(shè)備”“運(yùn)營營利”，從實(shí)際情況看，建筑物理空間包含內(nèi)部與外部空間，運(yùn)用各種建筑主要要素與形式，由其依據(jù)場館功能特征擴(kuò)展細(xì)分出8個(gè)指標(biāo)是科學(xué)合理的。初期“設(shè)備形式”指標(biāo)擴(kuò)展細(xì)分為“制冰工藝”與“能源利用”，根據(jù)實(shí)際情況，制冰工藝與能源利用雖然都與設(shè)備形式有關(guān)，但二者具有獨(dú)立體系屬性，因此擴(kuò)展細(xì)分為2個(gè)指標(biāo)。X50~X52聚集在第五主成分下，一起歸入“音響燈光”。X44~X46指標(biāo)聚集在第9主成分下，說明將這三個(gè)指標(biāo)歸入“運(yùn)營成本”是合理的。同時(shí)，將部分被標(biāo)記為不重要或重要性不顯著的因子排除，如“X41雨水回收技術(shù)的應(yīng)用”和“X42廢水利用”等。綜上所述，修正后的冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)集合如表4所示，共具備了一級(jí)因子12個(gè)，二級(jí)因子50個(gè)。同時(shí)，各二級(jí)因子通過提取主成分方式歸入一級(jí)因子。

表3 解釋的總方差Tab.3 total variance explained

表4 指標(biāo)所屬的主成分和旋轉(zhuǎn)矩陣系數(shù)Tab.4 main components and coefficients of the index belong

2.6 因子權(quán)重計(jì)算方法

每個(gè)因子的權(quán)重反應(yīng)的為該因子對(duì)于整體目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)能夠有多大關(guān)聯(lián)，同時(shí)也反映了其對(duì)于整體目標(biāo)評(píng)價(jià)的影響力。它的模型計(jì)算為：

假如有p個(gè)因子，從中選擇m個(gè)主成分，X=(X1,X2, …,XP)T是因子集向量，主成分是Y=(Y1,Y2, …,Ym)T，那么：Y=AX，而這里的A=aij( )mxp，aij是Yi和Xj二者的相關(guān)系數(shù)。假如B=b1,b2, …,bp( )是各因子權(quán)重向量，而Yi的貢獻(xiàn)率是hi，m個(gè)主成分的全部的貢獻(xiàn)率是M，那么因子權(quán)重的獲取方式是：

在這里，依據(jù)這種方式的因子集進(jìn)行修正，那么獲取到二級(jí)因子為p=50個(gè)，而又m=12個(gè)主成分，M=70%。依據(jù)上述公式，能夠獲取各類二級(jí)因子的權(quán)重（圖7），而一級(jí)因子權(quán)重是歸屬于其中的二級(jí)因子的權(quán)重的累加（表5）。

表5 評(píng)價(jià)體系指標(biāo)構(gòu)成Tab.5 composition of the evaluation system indicators

圖7 評(píng)價(jià)體系指標(biāo)權(quán)重Fig.7 the evaluation system composition and weight

3 評(píng)價(jià)模型對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)性設(shè)計(jì)的啟示

3.1 增效提質(zhì)：節(jié)能舒適導(dǎo)向下的智慧冰場策略

制冰工藝權(quán)重值為39.13%，排在第一位，對(duì)可持續(xù)運(yùn)維潛力的提高起主要作用，這與冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑的功能特質(zhì)直接相關(guān)。其中H1制冰工藝與技術(shù)（4.30%）、H6空調(diào)和除濕系統(tǒng)（4.29%）、H5防結(jié)露設(shè)計(jì)（4.26%）和H11場館智能控制系統(tǒng)（4.20%）等的權(quán)重相對(duì)較大，占P1制冰工藝權(quán)重的44%，所以將從冰場制冰、場館熱舒適度及智慧冰場策略三個(gè)方面分析可持續(xù)運(yùn)維提升路徑。

制冰工藝與技術(shù)是冰上運(yùn)動(dòng)場館可持續(xù)運(yùn)維的關(guān)鍵要素，對(duì)場館能耗具有重要的影響作用，而制冷方式和制冷劑的選擇，直接影響場館的能耗性能。不同冰上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的冰場制冷，宜根據(jù)冰面場地的布局采用分區(qū)模塊化制冰模式。國內(nèi)冰場制冷系統(tǒng)通常采用乙二醇作為載冷劑的間接制冷系統(tǒng)，制冷媒也宜采用更加安全、環(huán)保、高效的（HFC+HFO）混合制冷劑以及二氧化碳等。氨制冷劑有毒且易燃，而含氯氟化物制冷劑會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，已逐漸被淘汰。冰上運(yùn)動(dòng)館制冷機(jī)房中有主、備用兩臺(tái)冷機(jī)，維持著冰場的冰面質(zhì)量，為節(jié)省管道，降低輸送過程中的冷能損耗，應(yīng)盡量縮短機(jī)房和冰場的距離。通?？沙修k比賽的冰上運(yùn)動(dòng)場館會(huì)設(shè)有兩塊冰場，制冷設(shè)備應(yīng)兼顧兩塊冰場的使用要求，避免重復(fù)建設(shè)同功能設(shè)備。

同時(shí)，專家問卷結(jié)果也表明了目前以人為本的冰場熱環(huán)境，是維持場館使用者使用頻率、保障冰上運(yùn)動(dòng)場館長效活力的有效途徑，對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑的可持續(xù)運(yùn)維也具有重要影響?？照{(diào)系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)于維持場地區(qū)與觀眾區(qū)的人體熱舒適性至關(guān)重要。室內(nèi)相對(duì)濕度隨著空氣溫度的升高而增大，冰場上空會(huì)出現(xiàn)起霧現(xiàn)象，所以需將室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度降低，因此與控制溫度相比控制場館內(nèi)的濕度更重要。但是這樣會(huì)影響到人體的空間感受，因此，場館內(nèi)宜設(shè)置除濕機(jī)并采用合適的氣流組織，加強(qiáng)空氣流動(dòng)來達(dá)到維持適宜的冰場熱環(huán)境的目的。

智慧冰場策略能提高場館的節(jié)能效率，提升場館的長期運(yùn)行水平，是目前智慧冰上場館的發(fā)展趨勢。其涉及了場館各使用客群的機(jī)電系統(tǒng)智能化管控運(yùn)行和智慧場館服務(wù)，能夠?yàn)楸线\(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維提供必要的信息，通過場館智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)的宏觀感知、推理、判斷以及自我決策，提供具有高效、節(jié)能、安全、健康人性化功能環(huán)境的冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑。智慧運(yùn)營場館設(shè)施體系應(yīng)能適應(yīng)多種活動(dòng)的舉辦需求，以提高場館的使用率，帶動(dòng)建筑整體可持續(xù)發(fā)展。

3.2 主體嬗變：高效彈性應(yīng)變下的主動(dòng)式可持續(xù)

評(píng)價(jià)模型中內(nèi)場空間的權(quán)重是15.37%，排在第二，表明了該指標(biāo)對(duì)整體評(píng)價(jià)體系有重要影響。其中H16冰車庫位置（2.56%）、H19比賽廳空間高度（2.41%）和H21冰面天然采光的控制（1.89%）等權(quán)重占其中的45%，所以將從這三個(gè)方面分析可持續(xù)運(yùn)維提升路徑。

澆冰車庫的位置決定了冰面質(zhì)量維護(hù)的便捷性。澆冰車起到掃冰、澆冰的功能，比賽期間的澆冰車平均3 h就要工作一次，與場地轉(zhuǎn)換效率息息相關(guān)，應(yīng)將其設(shè)置在臨近冰場區(qū)域且方便進(jìn)出的房間內(nèi)，其位置應(yīng)方便所有冰場的使用。

比賽廳空間高度決定了場館未來開展運(yùn)營活動(dòng)的潛力。比賽廳能夠拓展為兼?zhèn)浣∩碛?xùn)練、商業(yè)展覽、文藝演出等多樣性的使用途徑[28]。然而為了避免頂棚結(jié)露現(xiàn)象，冰場上空16 m以內(nèi)應(yīng)禁止存在障礙物。為了滿足這些功能多樣化的使用，使得比賽場地以及觀眾席均具有動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)性，即場館滿足所有比賽項(xiàng)目的高度要求，比賽廳凈高需超過16 m。例如帕拉競技冰球館的吊頂可調(diào)節(jié)高度，得以適應(yīng)不同的場景模式需求（圖8）。通過應(yīng)用臨時(shí)設(shè)施和可變技術(shù)，降低初始經(jīng)濟(jì)投入及對(duì)環(huán)境的沖擊，便于匹配賽后當(dāng)?shù)氐氖褂眯枨笠约斑\(yùn)營能力。

圖8 帕拉競技冰球館內(nèi)場空間Fig.8 Pala Arena Ice Hockey Pavilion infield space

冰上運(yùn)動(dòng)場館的冰面天然采光控制問題一直備受爭議，太陽直射光會(huì)向室內(nèi)引入過多的太陽輻射，造成場地冰面不均勻，所以建筑主體空間在自然采光方面應(yīng)遵循其天然的避直射光特質(zhì)。另一方面，體育建筑的人工光環(huán)境營造耗能巨大，因此合理的結(jié)合自然采光，降低人工照明能耗，塑造良好的室內(nèi)光環(huán)境，可以有效提升冰上運(yùn)動(dòng)建筑可持續(xù)運(yùn)維的潛力。

3.3 環(huán)境交互：生態(tài)友好下的能源利用技術(shù)革命

能源利用權(quán)重值為8.41%，顯示其對(duì)可持續(xù)運(yùn)維潛力的評(píng)價(jià)具有較重要的影響。其中H24余熱回收方式（2.58%）和H23座席采暖設(shè)施（1.64%）的權(quán)重占其中的50%，所以將從這兩個(gè)方面分析可持續(xù)運(yùn)維提升路徑。

余熱回收系統(tǒng)決定了場館降低建筑能源損耗的潛力。冰上運(yùn)動(dòng)場館內(nèi)部特殊的熱環(huán)境需求以及融冰制冰設(shè)施巨大的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，使得冰上運(yùn)動(dòng)場館比其他類型體育建筑的日常維護(hù)能耗成本高昂得多。而場館運(yùn)轉(zhuǎn)過程里各類制冷設(shè)備余溫散失能耗占到建筑總能耗的8%～25%以上，因此合理利用余熱回收系統(tǒng)對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑的可持續(xù)運(yùn)維意義重大（圖9）。場館需探索主、被動(dòng)節(jié)能技術(shù)與環(huán)境結(jié)合，運(yùn)用生態(tài)友好的適宜技術(shù)，減少運(yùn)營能耗，從而有效提升建筑能源利用效率。

圖9 冰場的能量系統(tǒng)組成與利用Fig.9 energy system composition and utilization of the ice field

座席采暖設(shè)施保障觀眾的觀看體驗(yàn)感與觀演品質(zhì)。冰上運(yùn)動(dòng)場館中冰場與場地看臺(tái)區(qū)域的溫度需求差異顯著。觀眾席的環(huán)境溫度不能低于18 ℃，建筑內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)為維持觀眾坐席區(qū)域的合理溫度，往往承擔(dān)了較大的運(yùn)營荷載，能源消耗巨大，座席采暖設(shè)施可與余熱回收系統(tǒng)相結(jié)合，提升場館內(nèi)觀眾坐席區(qū)域熱舒適性，從而緩解建筑空調(diào)系統(tǒng)能源消耗大的問題。

3.4 便捷服務(wù)：城市融合下的生態(tài)布局策略

建筑選址權(quán)重值為8.34%，其對(duì)可持續(xù)運(yùn)維潛力的評(píng)價(jià)具有重要的影響。其中H29場館服務(wù)半徑（3.28%）、H28建筑選址（2.01%）和H27場館可達(dá)性（1.89%）等權(quán)重占其中的86%，所以將從這三個(gè)方面分析可持續(xù)運(yùn)維提升路徑。

場館服務(wù)半徑及建筑選址決定了其對(duì)城市周邊區(qū)域輻射影響力的潛力，場館可達(dá)性決定了場館吸引使用人群的潛力。冰上運(yùn)動(dòng)館的社會(huì)特性使其具有巨大的人流吸引力，勢必能夠帶來大量的使用人群以及社會(huì)關(guān)注度，同時(shí)也為周邊商業(yè)活動(dòng)帶來巨大的動(dòng)力。一個(gè)冰上運(yùn)動(dòng)體育館能夠?qū)Ψ綀A2 km之內(nèi)的周邊設(shè)施產(chǎn)生直接影響，同時(shí)也會(huì)間接輻射到周邊45 min路程內(nèi)的至少30萬人口日常生活模式。比如為場館使用者服務(wù)的餐飲建筑、冰上運(yùn)動(dòng)器材的銷售與維護(hù)機(jī)構(gòu)、各種冰上運(yùn)動(dòng)的會(huì)員俱樂部、賽后休閑娛樂的場所等。另外，周邊城市區(qū)域在場館帶動(dòng)下興旺發(fā)展，也會(huì)給冰上運(yùn)動(dòng)館的經(jīng)營維護(hù)帶來更大的便利。冰上運(yùn)動(dòng)場館在總體布局上與區(qū)域內(nèi)人文生態(tài)環(huán)境的有機(jī)結(jié)合是非常重要的。統(tǒng)籌考慮場館總體布局規(guī)劃、城市生態(tài)系統(tǒng)與區(qū)域人文環(huán)境的問題（圖10），助力城市可持續(xù)健康發(fā)展，同時(shí)在區(qū)域環(huán)境布局上，城市綠化系統(tǒng)的有機(jī)滲透可以使得場館綠化體系更加和諧，形成有機(jī)聯(lián)系的互益共生體。

圖10 冰上運(yùn)動(dòng)館文化生態(tài)環(huán)境解讀Fig.10 interpretation of cultural and ecological environment

4 場館規(guī)模對(duì)可持續(xù)運(yùn)維潛力指標(biāo)影響分析

冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑規(guī)模應(yīng)取決于場館的定位，冰上運(yùn)動(dòng)場館的定位決定了場館承辦的賽事性質(zhì)、場館影響力的輻射范圍等，進(jìn)而決定了場館和配套設(shè)施的規(guī)模。根據(jù)不同的場館規(guī)模，考慮到運(yùn)維成本，冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維設(shè)計(jì)對(duì)于各項(xiàng)潛力指標(biāo)的關(guān)注重點(diǎn)也有所不同，當(dāng)成本有限時(shí)，應(yīng)選取每項(xiàng)重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，保障有限投資產(chǎn)生最大效益，具體詳見表6。

表6 場館規(guī)模與重要潛力指標(biāo)分析Tab.6 analysis of the venue scale and important potential indicators

5 可持續(xù)運(yùn)維潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的實(shí)踐應(yīng)用

目前對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的應(yīng)用研究尚不完善，在建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)用較為繁瑣。由于研究時(shí)間的限制，且研究結(jié)果包含眾多評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此今后的研究工作計(jì)劃，是將研究結(jié)論有效地轉(zhuǎn)化為實(shí)踐支持體系。利用開發(fā)工具Excel VBA（Visual Basic for Applications）[29]等，配合構(gòu)建大數(shù)據(jù)支撐下的冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維數(shù)據(jù)庫，從而形成具有廣泛代表性的長效動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)平臺(tái)。本文建立的能夠反映可持續(xù)運(yùn)維潛力的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是后續(xù)研究工作的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上通過大數(shù)據(jù)和智能化技術(shù)對(duì)可持續(xù)運(yùn)維評(píng)價(jià)要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測與深度控制，可以進(jìn)一步形成可持續(xù)運(yùn)維研究的決策優(yōu)化，從而為冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維研究及工程實(shí)踐夯實(shí)基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

前國際奧委會(huì)主席雅克·羅格曾經(jīng)指出現(xiàn)如今體育場館設(shè)計(jì)正持續(xù)地發(fā)展，要緊密結(jié)合不斷推陳出新的先進(jìn)科技，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)結(jié)合社會(huì)整體發(fā)展環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的變化[30]。伴隨著2022年北京冬奧會(huì)的到來和全民健身政策的推進(jìn)，即將迎來冰上運(yùn)動(dòng)體育館的建設(shè)高峰，冰上運(yùn)動(dòng)館的多元使用與智慧運(yùn)維是可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向下的必然趨勢，對(duì)于我國冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑發(fā)展的深化和轉(zhuǎn)型具有重要意義。針對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑可持續(xù)運(yùn)維潛力建立了評(píng)價(jià)體系，獲得模型中各潛力指標(biāo)的權(quán)重值及權(quán)重排序。在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的同時(shí)，提出針對(duì)不同冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑規(guī)模的可持續(xù)運(yùn)維提升路徑，倡導(dǎo)以可持續(xù)為主旨，順應(yīng)當(dāng)下和未來的需求。以上結(jié)論可為冰上運(yùn)動(dòng)體育建筑老舊場館的更新改造與新場館的可持續(xù)運(yùn)維建設(shè)提供參考和依據(jù)，以期引起社會(huì)和設(shè)計(jì)師對(duì)于冰上運(yùn)動(dòng)體育體育建筑可持續(xù)運(yùn)維的關(guān)注和思考。

注釋：

① 在中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中，冰上運(yùn)動(dòng)建筑的規(guī)模按照座席容量可分為三個(gè)等級(jí)：小型（3 000 座以下）、中型（3 000~6 000 座）和大型場館（6 000 座以上）。

圖表來源：

圖1：改繪自張爍.北京冬奧會(huì)國家速滑館的可持續(xù)發(fā)展研究[D].北京: 國家體育總局體育科學(xué)研究所, 2020.

圖2：改繪自孫澄, 高亮, 黃茜.冬奧會(huì)場館建設(shè)思想的演進(jìn)與嬗變[J].建筑學(xué)報(bào), 2019(1): 8-12.

圖3a：人民網(wǎng).國家速滑館“冰絲帶”迎來速滑比賽首秀[EB/OL].(2021-04-07)[2022-11-20].http://ent.people.com.cn/n1/2021/0407/c1012-32072119-2.html.

圖3b：張晨霖.國家游泳中心完成第二次“水冰轉(zhuǎn)換”并開啟冰壺體驗(yàn)[EB/OL].(2020-12-21)[2022-11-20].https://www.sohu.com/a/439621678_267106.

圖4-7、9-10：作者繪制

圖8：九地國際.“浮冰上的盒子”06年都靈冬奧會(huì)奧林匹克帕拉競技冰球體育館[EB/OL].(2015-01-19)[2022-11-20].http://www.jiudi.net/2014/content/?2274.html.

表1-6：作者繪制