北京冬奥会五环标志塔——延庆“海陀塔”设计

杜 异，刘钟木

(清华大学美术学院，北京 100084)

引言

北京延庆“海陀塔”作为北京冬奥会标志性景观，从设计到建设完成历时10个月，于2022年1月25日竣工。 “海陀塔”位于北京延庆区平原中心，距京藏高速2 000 m，距京礼高速580 m，距京张高铁1 200 m，距延庆城区8.5 km，与冬奥延庆赛区国家高山滑雪中心“雪飞燕”遥相呼应。其独特的地理位置，以及作为延庆最高的建构筑物，奥运标志塔“海陀塔”有助于冬奥文化和冰雪文化的传播(图1)。

“海陀塔”是在原中科院延庆太阳能发电研究基地太阳能集热实验塔的基础上改建而成。太阳能发电站项目是“十一五”国家高技术研究发展计划的重点项目。原塔为钢筋混凝土结构，高度119.45 m，屋顶截面直径20.4 m，腰部最细部位直径17.1 m，2013年1月完工投入使用(图2)。实验塔改造后更名为“海陀塔”，由原塔塔身、五环标志、冰雪飘带组成，总高度137.6 m，其中置于塔顶的五环标志高21 m、宽38 m，单环直径12 m。

图1 海陀塔地理区位图Fig.1 Location map of Haituo Tower

图2 太阳能集热实验塔原塔Fig.2 The original tower for the solar heat collection experiment

1 设计概念与技术策略

设计遵循“简约、安全、精彩”的办奥理念，设计首先采取尊重原构筑物的基本形态，尽可能保持原构筑物的基本形态；其次是新建部分应与原塔身紧密结合，实现高度融合浑然一体(图3)。因此，设计根据原塔身的形态在6个边附加6条飘带造型，每条飘带尽可能减小体量，并通过对材料的研究尽可能降低荷载重量。每条飘带长118 m，流畅的线条与冰雪滑道动感的线条相一致，随风飘舞顺塔身盘旋上升，象征奥林匹克格言“更快、更高、更强、更团结”。

图3 海陀塔设计立面分解图Fig.3 The exploded view of the design elevation of Haituo Tower

“海陀塔”的设计意象源于“冰雪”概念(图4)。首先，作为2022年北京冬奥会的三大赛区之一，延庆赛区包括国家高山滑雪中心与国家雪车雪橇中心，将产生21枚金牌，未来将成为距北京最近的冬季雪上运动基地。其次，每年在延庆龙庆峡都举办冰雕游园会，延庆夏季清凉，被称为北京的后花园，有“冰雪夏都”的美誉。这都离不来“冰雪”概念，“冰雪”概念和形象不仅可以纪念本次冬奥会的举办，也契合延庆“冰雪夏都”的发展定位。

图4 海陀塔冰雪意象参考图Fig.4 References to Haituo Tower ice and snow imagery

为使“海陀塔”呈现“冰雪”意象，塔身整体形象最终锁定为冰雕的形象。冰雕晶莹剔透，类似材料有很多，包括镀膜玻璃、镜钢金属板等，考虑到降低荷载和缩短工期等因素，最终飘带采用钢结构外挂ETEF膜结构(图5)。ETFE膜透光性好，在阳光和灯光映射下能达到冰雕晶莹剔透的效果，同时这种材料自重轻、抗拉伸，材料本身具有可回收、无环境污染、耐-20 ℃低温至280 ℃高温、施工速度快等特点。为解决11级强风下膜结构的稳定性，设计创新性地采用了双层膜叠加和双向拉索结构，进一步巩固的膜结构整体在强风下不会变形。

图5 海陀塔飘带局部结构Fig.5 Partial structure of Haituo Tower’s floating ribbon

飘带钢结构主要承担膜结构的固定作用，由三条竖向主结构和不规则横向杆件构成。为进一步实现“冰雪”概念，造型采用中国传统冰裂纹造型，具有中国传统文化特征性，飘带钢结构全部采用白色饰面，与无色透明ETEF膜结合，高度契合“冰雪”概念(图6)。

图6 海陀塔建成效果Fig.6 Completion effect of Haituo Tower

塔顶五环标志是“海陀塔”作为冬奥标志塔的重要符号，考虑五环标志与塔身的比例关系，经过设计反复推敲，最终确定五环标志高21 m、宽38 m，单环直径12 m，该五环标志是目前国内最大的五环标志(图7)。奥运五环设置于塔顶面临最大的挑战是抗风性问题，“海陀塔”所处区域最大瞬间风力能达到11级，综合考虑荷载、风阻、美学，以及安装实施等多方面因素，最终奥运五环采用镂空设计，将总重量控制在50吨左右，既减轻了自身重量，也符合强风的穿透性，同时也节省了钢材并降低了安装工程的实施难度。

图7 海陀塔五环标志最终效果Fig.7 The final effect of the Olympic rings of Haituo Tower

为保证“海陀塔”持续的太阳能实验工作，与中科院实验人员反复沟通确认实验要求和集热技术，集热口温度达上千度，其周边部分散出光有时会达300 ℃，飘带尺度与集热口保持合理距离，并在集热口两侧采用金属网替代膜结构，同时杆件也采用钢板罩保护等措施，确保太阳能集热实验能够持续进行(图8)。

图8 海陀塔保留实验功能的北部立面Fig.8 The northern facade of Haituo Tower which retains its experimental function

图9 海陀塔飘带照明灯具安装图Fig.9 The lighting installation diagram of Haituo Tower’s floating ribbon

2 灯光意象与照明设计

灯光的表现是实现冰雕效果和“冰雪”意象的重要手段。“海陀塔”地处远郊，夜晚黑暗星空可见，同时从50 m以内近距离、200 m左右中距离和1 000 m左右远距离三个视距进行视觉体验评估其亮度，其塔身亮度既要避免与暗环境形成高对比，又要呈现塔身的细节，同时，从降低能耗和降低成本的角度出发，控制塔身亮度在合适的范围之内是实现上述目标的必要手段(图9)。最终采用每条外侧主结构内腔设置单条RGB+W线型LED投光灯带，灯带每米36个灯珠72 W/m，为使光带随飘带曲线流动感更顺畅，全部飘带共采用1 m灯带458套、0.5 m灯带275套、0.3 m灯带327套，总长度1 494 m，总满功率48.7 kW，动态表演状态下仅为12 kw(图10)。灯带光束角60°，可对两侧膜结构有最大限度额配光，为避免从不同角度通过透明膜看到灯具光源，灯具两侧增设遮光板，避免了暴露光源的问题，达到了见光不见灯的效果(图11)。

图10 海陀塔飘带照明灯具安装最终效果Fig.10 The final effect of the lighting installation of Haituo Tower’s floating ribbon

图11 海陀塔飘带照明灯具安装与遮光板实景Fig.11 Actual view of lighting installation and shading panel of Haituo Tower’s floating ribbon

为了让“奥运五环”点亮夜空，在塔顶五环标志结构的双侧采用点光源排列手法，可在夜空中呈现清晰的五环标志。同样考虑点亮的五环与夜空的亮度对比以及节能等因素，经过多次实验和评估，最终采用0.3 W、4 000 K的白色点光源，并在每个光源上加装磨砂罩进一步降低亮度，点光源采用同心圆布点，光源间隔8 cm，200 m距离观看已能满足表面光的柔和性和均匀性，控制了光源数量，总安装量58 994个点，表面43 W/m2，五环标志双面总满功率17.7 kW，大幅度降低了五环和塔身的亮度，却仍然可以灿烂夺目(图12)。

图12 海陀塔呈现冰晶效果与五环亮灯效果Fig.12 Haituo Tower presents ice crystal effect and five rings lighting effect

飘带在冬奥期间呈现由五环颜色构成的动态画面，未来还将根据春、夏、秋、冬和不同节庆呈现不同主题的灯光秀(图13、图14)。

图13 海陀塔灯光变化效果1Fig.13 The lighting change effect of Haituo Tower

图14 海陀塔灯光变化效果2Fig.14 The lighting change effect of Haituo Tower

3 结束语

“海陀塔”作为本届冬奥会的重要文化遗产被永久保留，“冰雪”意象不仅在“海陀塔”的造型设计上得以体现，也在其夜景照明设计上得以发展，是艺术与技术的结合，通过“冰雪”意象记载着北京冬奥会这一重大事件，也成为延庆“冰雪夏都”的恰当注释，服务于延庆的未来发展(图15)。“海陀塔”形似纪念碑，纪念着北京作为唯一举办过夏季奥运会和冬季奥运会的城市；又似奖杯，见证着运动员们的拼搏精神和取得的好成绩；又似火炬，将持续传播奥林匹克精神和冰雪文化。

图15 海陀塔夜景灯光效果Fig.15 Haituo Tower night lighting effect

附：项目信息

总设计：杜异

初步与扩初设计：梁启春、杜大有、刘钟木、欧阳书琳、王琰

施工图总负责：杜异、李勇、高峰

建筑专业设计：李松强、段渊耀、陈莹丽

结构专业设计：池亚军、俞志雄、韩文娜

照明专业设计：江波、杨静

电气专业设计：刘小勇、郭聪、马亮亮