国家游泳中心（冰立方）＊

郑方 孙卫华 冯喆

北京市建筑设计研究院有限公司

国际奥委会于2021年2月发布《奥林匹克2020+5议程》，以“奥林匹克运动：把挑战转变为机遇”为主题，提出不再使用新建永久场馆举办奥运会等建议，“把长期的可持续性，包括经济视角的可持续性作为首要基础”。2022年北京冬奥会成为场馆可持续建设的典范，如冰上竞赛场馆中，仅国家速滑馆为新建，其他竞赛场馆均为改造再利用。

2008年奥运会期间，国家游泳中心（水立方）成功举办了游泳、跳水和花样游泳比赛。在这里，游泳运动员24次打破21项世界纪录，成为世界上“最快的游泳池”。赛后，水立方实现了多样化运营，持续举办从国际级到社区级的游泳/跳水比赛，开发各类商业/艺术大型活动，服务市民游泳健身等。这些实践成为全球奥运场馆运营的典范，并于2019年获得国际奥委会颁发的“体育和可持续建筑奖”。2022年冬奥会冰壶比赛和冬残奥会轮椅冰壶比赛为水立方增加了“冰”的功能，建立了可转换的冬季运营新场景。

从奥运会游泳比赛到冬奥会冰壶比赛的场景转换，需要建立建筑空间、体育场地、室内环境、智慧运行等系统性的核心要素关联和转换策略，涵盖建筑设计、结构、设备、能源、智能化与工程建造、临时设施等关键领域，服务赛时、赛后多种使用人群。在科技部支持下，跨专业科研团队针对国家游泳中心（冰立方）展开创新技术研发和应用示范，推动实现奥运会的长期可持续发展，开创面向未来的智慧运行场景示范。

体育场馆在运行中的功能并非单一、固定的，而是服务于比赛、训练、集会、展览等不同活动。每种主要运行状态为一个核心场景，这些场景的相互转换是普遍性问题，只是有的相对简单，有的高度复杂，需要精密的技术体系支撑。

1 建筑空间

建筑空间的通用性（尤其是比赛大厅和周围的辅助空间）是多功能场馆的出发点，也是运行场景转换的核心。水立方平面为边长177m的正方形。游泳池位于地下一层，南北两侧分别是竞赛管理区和运动员区。地下一层以上的内部空间由纵横两道ETFE气枕墙体分成三个大跨空间：1）靠近南立面是戏水乐园；2）西侧是上下层叠的热身池大厅和多功能网球场；3）东北侧包括中部的比赛大厅、南北小楼和南北步行街。这样一个丰富的内部空间体系为赛事、大型活动和商业运营提供了高度的适应性。

奥运场馆的基本模式为“永久场馆+临时设施（Overlay）”，这需要使用功能高度灵活，赛时临时设施易于安装；具备良好的基础设施条件，避免临时设施规模过大，从而节约办赛和大型活动的投资。

1.1 比赛大厅

比赛大厅是竞赛和大型活动的核心场所，中部是游泳池和跳水池场地（不计跳塔，包括泳池池岸在内的场地约为长100m、宽40m、高28m）。2008年奥运会赛时，比赛大厅观众席位17 000个；赛后拆除二层及以上的临时看台，保留南北两侧约5 000座的永久看台。比赛大厅屋顶装备先进的机电系统，屋顶钢结构节点预留吊挂点，为临时设施的安装提供条件。

1 夜景鸟瞰

业主：北京市国有资产经营有限责任公司

建设地点：北京市朝阳区

建筑设计：北京市建筑设计研究院有限公司

项目负责人：郑方、孙卫华

设计团队：董晓玉、宋刚、唐文宝、冯喆、朱碧雪、王雪生、陈盛、汪波、任重、王潇潇

总建筑面积：50 000m2

设计时间：2016—2020

建成时间：2020

2 通用建筑空间

夏季，比赛大厅为泳池模式，用于游泳/跳水/花样游泳比赛、艺术装置体验、公众日常参观；大型活动时，采用临时脚手架和面板系统部分或全部填充泳池。冬季，比赛大厅为冰场模式，可进行冰壶、冰球、短道速滑和花滑等项目的比赛和训练；大型活动时，采用冰被覆盖部分或全部冰面。

永久看台为标准坐席，可临时搭设媒体席位、摄像机平台等设施。东西两侧为冰场模式和大型活动时搭建的临时看台，西侧为冬奥会媒体、评论员和电视转播席位；东侧为普通观众席位。永久看台和临时看台分别为冬残奥会设置充足的残疾人席（包括陪伴席）。

1.2 热身池大厅

热身池大厅是为游泳比赛设置的热身、训练泳池，紧邻比赛大厅，使用便利；日常为游泳俱乐部，向公众开放。冬奥会期间，使用脚手架将泳池垫平，作为场馆媒体中心使用。

1.3 多功能厅

热身池正上方为高17m的多功能厅，侧墙和屋面由ETFE气枕幕墙围合，面积约2 600m2，日常布置3片网球场或举办各类中小规模活动。2008年奥运会期间，这里作为场馆安保中心使用；冬奥会期间，用于工作人员和志愿者的休息与用餐。

1.4 竞赛用房

地下一层比赛场地周围为永久性的运动员更衣室、技术与竞赛管理用房。由于冬奥会冰壶比赛需要22间更衣室，因而在临近池岸处改建了永久更衣室，再通过临近车库中布置的集装箱补足所需的临时更衣室数量。运动员医疗站、兴奋剂检查站为永久设施，其他运动员休息室、热身区均在车库临时设置。

3 冬季场景首层平面图

4 2008 年奥运会赛时模式

5 比赛大厅泳池模式

6 比赛大厅冬奥会冰场模式

7 热身池大厅

8 多功能厅

9 冰场结构搭建

2 冰场/泳池场地

比赛场地是体育场馆运营的功能核心。一般来说，北美冰球和篮球的商业模式较为发达，而且二者场地的长宽比例接近，常通过伸缩看台等设施实现场地的转换，国家体育馆、五棵松体育馆等均借鉴了这种模式。在北京冬奥会之前，冰场和泳池兼作冬夏运营的场地，仅见于日本相模原银河体育馆的孤例：银河体育馆将脚手架结构支撑木夹板作为场地基层，使用临时敷设的塑料管道制冰，虽然可以服务社区，却无法承担更高级别的比赛。

在泳池上方搭建冰场，需要解决两个关键问题：一是高精度、快速安装的预制基层，二是精密的移动制冰系统。冰壶场地包括4条赛道，每条长45.72m、宽5m。制冰的范围为赛道端线各增加3m，两侧各增加1m。冰壶库、冰车均需存放于冰面，制冰系统和水处理系统需要采用模块化设备，在场地附近安装。

10 冰壶场地剖面图

11 看台前沿的临时布风管

表1 泳池模式和冰场模式的设计参数

12 制冰技术控制台

在科技冬奥专项支持下，科研团队研发了由钢框架、预制混凝土板、保温板、防水层复合的场地构造体系和快速安装工艺。在基层之上，使用一种蜂窝网格支撑的高强PVC管道制冰。经过全尺寸冰场比赛测试，这一体系获得了世界冰壶联合会（World Curling Federation,WCF）的认可。由此，国家游泳中心（世界最快的游泳池/冬奥标准的冰场）建立了冬夏场景转换的场地核心。

3 可调节的环境

比赛大厅的运行目标是为运动员和观众提供舒适的室内热湿环境、光环境和声环境，同时兼顾大型活动的使用需求。在泳池环境下，减少水的蒸发，控制建筑内表面不结露；在冰场环境，控制冰面结霜和冰的不均匀升华。

3.1 热湿环境

泳池模式和冰场模式的热湿环境参数如表1所示，夏季泳池区和冬季冰场区风速＜0.2m/s。科研、设计、运行团队在对冰场模式下比赛场区域置换送风和固定看台前沿布袋风管送风两种方案进行详尽模拟和比赛实况测试后，选用布袋风管送风的方式，最大程度地降低气流分布对冰面的影响。地下二层局部改造为除湿机房。

为降低除湿负荷，减少不稳定气流对冰面质量的影响，对比赛大厅围护结构的气密性进行系统改进。冬季场景下，临时封闭ETFE幕墙和比赛大厅的自然通风口；检查和密封ETFE屋顶预留的吊点开口，提升幕墙本身的气密性；比赛大厅出入口增设透明帘幕，防火门赛时保持关闭状态。

3.2 光环境

水立方采用的ETFE气枕幕墙为游泳运动创造了明亮、愉悦的自然光环境。为避免自然光直射冰面，比赛大厅屋顶空腔的下层气枕表面覆盖不透光的PVC膜，保证冰上比赛在遮黑模式下进行。比赛大厅的电视转播照明全部更换为LED灯具，以降低对冰面的热辐射。照明模式涵盖冬季冰壶、夏季游泳/跳水、体育展示等大型活动的功能需求。

3.3 声环境

由于比赛大厅容积大，夏季泳池水面与池岸瓷砖反射性强，空间可覆盖的声学板面积有限，因而在游泳比赛时，观众满场模式下的混响时间为2.5s。但是，在进行冰壶比赛时，冰面同样是高反射表面，而且运动员需要自然声呼喊队友、交流战术，这就要求场馆混响时间尽可能缩短。因此，我们在看台下的侧墙增加了永久吸声材料，在临时看台表面、面向大厅的室内玻璃隔断等部分增设临时吸声板，在地面铺设地毯，以增加吸声量，同时在东侧临时看台后增设赛事形象景观，以缩减大厅容积，最终达到冬季冰壶比赛模式下2.0s的混响时间。

4 数字冰场和智慧运行

冰壶的运行曲线由速度、旋转角速度和运动员刷冰干预形成。通过连续的视频捕捉可以分析冰壶的动态、还原曲线，并对冰面的摩擦系数形成数字化反馈。对大量曲线的深度学习可以对冰壶的运行进行某种程度的预测。曲线的还原和预测能够为观众现场观赛、体育展示和电视转播提供丰富的数字化体验。基于数字场馆模型的运行设计，能够让运行团队实时动态地了解各空间的工作岗位状况、人群密度、环境参数等信息，并及时做出反馈。同时，也可以向观众、运动员、媒体等客户群提供智慧场景服务，包括预先了解注册分区、工作流线、看台视角、服务设施、体育信息等。

5 结语

除特定比赛之外，体育场馆还需要多功能、多场景策划，以实现其可持续利用，包括赛时/赛后、大型活动/公众健身、冬/夏季节的使用等。国家游泳中心通过水立方/冰立方冬夏场景的转换，形成了关键的运营场景要素模型、技术支撑体系和智慧场景应用，不仅服务于2022年冬奥会比赛，也为未来体育场馆尤其是奥运场馆的可持续运营，提供了一个具有普遍意义的示范案例。

图表来源

图1 为马健强拍摄；图4，7，8 由国家游泳中心提供；其余图表均为作者自绘或自摄。