奥运场馆奏出科技强音——自主创新？盘点2007

    作为奥运筹备的决战之年，2007年里所发生的每一件事，都使我们真切地感受到奥运离我们更近了。

    7月28日，随着北京射击馆与顺义奥林匹克水上公园的同时验收，一轮持续半年之久的场馆竣工高潮由此拉开序幕。目前，除“鸟巢”“水立方”和五棵松篮球馆外，所有在京的竞赛场馆皆已全部竣(完)工。

    这样一批世界一流的体育场馆，在向世人传达北京奥运会“绿色、科技、人文”理念的同时，对我国建筑行业的进步也具有更加积极和深远的意义。

    屋顶创新各不同

    在目前已建成的奥运场馆中，有3座场馆的屋顶结构不得不提，它们在结构和施工上的创新，可说是开创了同类建筑的先河。这三者分别是北京工业大学体育馆、国家体育馆和老山自行车馆。

    单从外型上来看，北工大体育馆“貌不惊人”，就像一只扁扁的“鸭舌帽”。但98米跨度的穹顶，下面没有一根柱子，这样的结构实现起来绝非易事。“大跨度预应力弦支穹顶”是北工大体育馆的奥秘所在。此项施工，不仅创造了世界上最大跨度的弦支穹顶建筑，同时也衍生出我国预应力钢结构的首部技术规程，填补了国内该领域的空白。

    北工大体育馆的这项创造，还影响到了后来的国家体育馆与北京大学体育馆。不过，虽然是同样采用了预应力结构，国家体育馆的屋顶钢结构施工却自有独到之处。

    由于国家体育馆的屋顶为四边形，预应力钢索在南北和东西两个方向上都有，就使得整个工程的力学计算非常复杂；而南北144.5米，东西114米的超大规模，更增加了施工的难度。经多次方案论证，建设者独创了一种特殊的施工工艺。具体的做法就是，把整个钢屋顶结构从南北向上分成数十块“切片”，再将一块块切片在钢支架上从东到西推到预定位置，最后连成一体。

    这项我国拥有完全自主知识产权的施工工艺，其技术含量和施工难度在世界同类建筑中都属罕见，目前已申报国家专利。

    与前二者有所不同，外观形似“飞碟”的老山自行车馆，其钢屋架为双层球面网壳结构，跨度133米，中心点高33米。在室内仰望屋顶，可看见鳞次栉比的各种大小钢架环环相扣，织成一张巨大的圆形“蜘蛛网”。

    这么大的跨度，给施工带来了很大的困难，为此，建设者们使用了拔杆，对钢屋盖采取了整体提升逐步扩散的方法。具体的做法就是在地面上拼装钢屋架，由于屋盖是拱形的，这样每拼装一圈，就将支撑在屋盖底下的拔杆往外挪一圈，而屋盖高度也随之提高。当整个钢屋架拼装完毕的时候，它的高度也被抬到二层看台上面。

    钢屋盖施工最后一步的场面很是壮观：700名工人用64台绞磨机，花了四个小时，才将巨大的“飞碟”变成穹顶。

    而这种自主创新的钢结构吊装技术，被冠之以“钢结构巨型网壳施工技术”的名称，目前已申报国家科技进步奖。

    节能降耗有绝招

    纵观北京奥运会的所有场馆，在建设中都注重节能环保的实现，一个集中的体现，莫过于新颖的幕墙系统设计。

    当观众在炎热的8月走进北京射击馆，会立刻感到一股凉意袭面而来，暑气顿消。而人们也许不会想到，这其实并非空调的功劳。原来，射击馆采用了在国内属先进水平的生态型呼吸式遮阳幕墙，可实现对建筑通风换气的全智能自动控制，使室内冬暖夏凉，极大地减少了空调制冷和取暖的耗能。

    所谓呼吸式幕墙，就是在外层幕墙与楼面之间设置铝合金开窗，外侧幕墙上下两端分别设置了通风口，上面为进风口、下面为出风口。在双层幕墙之间安装有温度感应装置，可以根据温度的变化，把冷风和热风与室内空气进行交换，实现自然通风对流。有了这层呼吸式幕墙，射击馆就像是被包在一个“保温膜”里，可以利用室外自然风调节室内温度。夏季，射击馆与双层幕墙间连通的窗户会被关闭，进入这个空间的室外热空气会被直接排出，不会进入场馆内部，从而降低室内空调的能耗；冬季，进入双层幕墙的冷空气可在中间夹层内经阳光照射提高温度，再通过透气窗进入场馆内部，达到提高室温的效果。

    夏日，在户外观看网球比赛，对怕热的人们来说，也许不是件惬意的事。但北京奥运会却力争使网球比赛的观众感到更加的舒适———奥林匹克公园网球中心在国际上首次引进赛场自然通风的设计理念，巧妙地解决了赛场高温的问题。

    据介绍，网球场内的12个“花瓣”观众席上设计了数个吸收自然风的处理设备，通过馆内循环设施，从赛场周围的出风口向场地送风。这样可以有效地降低场地温度5℃左右，使观众席上的高温也得到相应的缓解。此外，三块主赛场观众看台外墙，都布满了白色网眼板，一个个的小点不仅仅是装饰，晚上还能发光，而且这里面还藏着能吸收自然风的设备，被压缩后的自然风能够从看台底层百叶窗中吹进来，给赛场降温。

    新能源利用显神通

    奥运场馆里的新能源利用，其意义不仅在于节能环保，更重要的是示范作用，向全社会展示和提供了一条通往可持续发展之路。

    因此，几乎所有的奥运场馆都或多或少、以各种方式利用了新能源，比如奥运村使用的新型太阳能热水器，北京大学体育馆使用的地源热泵，以及青岛奥林匹克帆船中心采用的海水源热泵等。这里面，尤以国家体育馆、朝阳公园沙滩排球场和北京科技大学为典范。

    在国家体育馆的屋顶和南立面的玻璃幕墙中，安装了100千瓦的太阳能光伏发电系统。在奥运会期间，国家体育馆将利用这些电能为地下车库供电。赛后，这里的电能将并入普通电网，不仅为整幢体育馆供电，还能为普通市民家供电。

    与国家体育馆固定的太阳能光伏组件相比，朝阳公园沙滩排球场的“追日型”太阳能发电系统则显得更加精巧———可随着不同时段太阳光线的转移，随时变换电池的旋转角度，从而最大限度地吸收太阳能。位于沙滩排球场东北角的11千瓦全自动“追日型”太阳能发电系统，由于为远程控制，其太阳能电池可实现270°左右的“追日”旋转，因此发电功率比一般的太阳能系统高30%%以上，是目前世界上转换效率最高的太阳能发电系统。

    而北京科技大学体育馆里148套8米长的光导管则是该场馆所采取的最特殊技术，也是所有场馆中最先进、使用最多的光导管照明系统。

    可别小看了这些光导管，它们能把80%%的太阳光传导到场馆内部，就像一盏盏不用电的灯。经测试，在阳光较好的情况下，它采集的光线能满足体育训练和学生上课的要求，基本可以不开灯或者尽量少开灯，从而大大降低了场馆的能耗。由于光导管是密闭的，可有效地节省维护费用。此外，光导管在白天采集光源照亮室内，晚上则可以将室内的灯光通过屋顶的采光罩传出，起到美化夜景的效果。