随着冬残奥会于今日落下帷幕,历时40余天的冬奥盛会即将完美收官。冬奥期间,国家雪车雪橇中心作为国内唯一一条雪车雪橇赛道,承担雪车、钢架雪车、雪橇三个项目的全部比赛内容,让观众感受到雪车、雪橇运动风驰电掣的魅力。建筑专业期刊《建筑技艺》以“山林场馆,生态冬奥”为主题,从工艺和结构两个角度,对这项国家级形象工程进行了深入报道。
国家雪车雪橇中心位于北京2022年冬奥会延庆赛区西南侧,依托海拔2198米的小海陀山天然山形建设,与被称为“雪飞燕”的高山滑雪中心、冬奥村(距离延庆冬奥村1千米,行车5分钟)和山地新闻中心相邻,形成整体的赛区场馆群。
国家雪车雪橇中心赛道是国际雪车联合会认证的亚洲第三条、世界第17条雪车雪橇赛道,垂直落差121m,长度1975m,设置16个弯道 (其中第11弯道为回旋弯),最高速度135km/h,最大加速度4.9g,赛道设置5个出发区 (其中一个为大众体验使用)。主要建设内容包括赛道、出发区、结束区、运行与后勤综合区、出发训练道(冰屋)及团队车库、制冷机房等。国家雪车雪橇中心赛场提供观众坐席2000个和站席8000个。是本届冬奥会设计难度最高、施工难度最大、施工工艺最为复杂的新建比赛场馆之一。
雪车雪橇赛道回旋弯 ©孙海霆
品谈主持人
曾 群,同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司副总裁、总建筑师
品谈嘉宾
张玉婷,中国建筑设计研究院有限公司李兴钢工作室建筑师
刘文珽,中国建筑设计研究院有限公司任庆英工作室结构师
张文华,北控集团业主代表
胡 越,北京建筑设计研究院总建筑师,胡越工作室主持建筑师
汤朔宁,同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司总裁
柳亦春,大舍建筑设计事务所创始合伙人
蔡昭昀,中冶建筑研究总院有限公司设计院副总工程师,中国京冶工程技术有限公司首席总建筑师
金秋野,北京建筑大学建筑与城市规划学院常务副院长、教授
张 准,和作结构建筑研究所联合创始人、主持设计师
李兴钢,中国建筑设计研究院有限公司总建筑师
首先感谢李总带领我们参观北京2022年冬奥会延庆赛区国家雪车雪橇中心。在《建筑技艺》举办的“结构成就建筑之美”论坛上,李总讲到过这个项目,那时我的理解主要建立在建筑与结构的关系层面。今天参观后才发现,项目还涉及到自然、基础设施、地形、地貌等地理和人体尺度因素,而这些又与体育运动息息相关。非常高兴与各位专家一同参加今天的品谈会,期待大家对项目的进一步解读。下面请设计团队张玉婷就项目的建筑设计情况进行总体介绍。
俯瞰蜿蜒的赛道屋顶 ©李木子
我代表北京2022年冬&残奥会延庆赛区场馆设施建设项目设计团队建筑专业负责人向各位专家介绍国家雪车雪橇中心的整体设计过程。与短道速滑、冰壶、冰球等项目相比,雪车、钢架雪车和雪撬对大众而言比较陌生,可以说我们面临的是一个“未知”的项目。目前,全世界共有17条专业雪车雪橇比赛赛道,其中没有一条赛道是相同的,这是因为整条赛道的设计必须源于自然,也就是在自然山林环境下择地而生的状态,从而导致不同赛道的形状、弯道数量都不尽相同。
世界雪车雪橇场馆赛道简图 (AT建筑技艺改绘)
延庆赛区作为北京2022年冬奥会的赛区之一,位于张家口赛区和北京赛区之间。这里的地形相对复杂,山高林密,山间坡度很陡,为竞技比赛创造了良好的自然条件。依托于此,国家雪车雪橇中心选址在一处非常狭窄的山脊之上,赛道高差达到121m,运动员在其中滑行极具挑战性。延庆赛区的赛区全貌,山顶是国家高山滑雪中心,山下是国家雪车雪橇中心和冬奥村,旁边的山地新闻中心属于非竞赛场馆。整个场馆能容纳7 500人,遵循“山林场馆、生态冬奥”的设计理念。
轴测图 ©李兴钢建筑工作室
相比于平时所接触的工程,国家雪车雪橇中心的工作模式也有所不同。首先,作为冬奥项目,它的业主单位不唯一,除了北控集团外还有冬奥组委等50多个业务口,其中和场馆建设相关的业务口超过30个。此外,在施工过程中我们还需要配合地灾处理、氨制冷系统、填挖坑的抗滑移与防洪治理,以及赛区的路桥、隧道等施工建设单位。其中一个主要的合作方是负责雪车雪橇赛道工艺的德国戴勒公司,我们根据相应的工艺需求设计场馆。
实际上,从项目选址到建成,我们反复推敲了若干版比赛的赛道方案。2016—2017年,我们频繁地往返国内外请教外方专家。开始正式施工后,国际单项组织——雪车协会和雪橇协会每隔2~3个月都会来场馆检查,只有通过了他们的共同认证,我们才能继续施工。经过一版一版的推进,最终确定了赛道的稳定版本。与此同时,相应的配套附属设施也随着每一版赛道的调整而逐步完善。最终形成的整体赛道共设置了三个出发区,低位出发区(出发区3)主要用于培养青少年运动员。当然,国家雪车雪橇中心是新建赛道,世界各国的运动员来到一条新赛道时通常也需要一个熟悉的过程,因此运动员会从比较低位的出发区出发,慢慢上升到正式的出发区。
上午参观时,我们看到的遮阳屋顶就是赛道的地形气候保护系统(简称TWPS),它可以通过多重方式保护整个赛道。这一系统在弯道处仿照人工地形进行设计,从而避免赛道被低角度的阳光照射。顶部遮阳棚为单边悬挑的钢木组合结构,在赛道前区还有一道遮阳帘。去年国家队训练时赛道还处于施工状态,这些遮阳帘能保护赛道免受沙尘、风雪的影响。在赛道的背侧、不影响观众观赛的位置,我们设置了一个固定的挡风背板,可以有效解决山间夜晚风大的问题。屋顶还设有人行步道,既能让工作人员通行,又能成为5.5~13.5m长木梁悬挑端的配重。遮阳棚下的吊顶板采用的是铝单板,一方面要保证赛道没有眩光,另一方面向外倾斜的铝单板表面可以迅速导出冷凝水,防止滴在冰道上。我们对TWPS进行了一系列模拟,希望形成最科学、有效的遮阳范围,避免因设计冗余带来材料浪费。
人工地形气候保护系统 ©李兴钢建筑工作室
从屋顶步道看向出发区2 ©李兴钢建筑工作室
在赛道的简图中可以看到其整体构造,底部是一个U型槽,主要布置输送氨液的氨管和电缆设施;U型槽内布置摇摆柱支撑赛道;赛道背部是V型钢柱系统,支撑三角木梁;顶部是木瓦屋面。赛道是一个三维曲面,其找形与内部设置的卡具形状息息相关,每隔2~2.5m会设置固定赛道制冷管的卡具,卡具的模数对应上部木梁和支撑结构的轴网系统,从而产生多道与之相对应的中心线及分轴线。在设计时,我们会出具一个三维定位表格,标注每个交点的坐标系数,施工方依据此进行轴线定位。当然,赛道中也有很多不同的情况,所以我们还出具了一系列典型剖断面定位表格,帮助施工方理解整个赛道的变化。例如螺旋弯赛道段,它的屋顶和U型槽的结构支撑存在双层重叠,我们做了精密的测算和设计。赛道采用喷射混凝土建造技术,设计对赛道面层厚度也有一定的要求。例如,建设C1弯时,会先按照赛道形状布置相应的卡具,在卡具上铺设制冷管,然后再布置经过特殊设计的钢筋网片,最后设置找平管。整个赛道表面的冰面厚度大约5cm,不能有厚薄不均的情况,否则会影响比赛效果。赛道完成后,再进行遮阳棚的施工。遮阳棚的悬挑端较长,随着赛道开口面的变化,屋脊随之扭动,可以为观众提供更好的观赛视野。参观时金秋野老师问我,为什么在遮阳棚的前区有很多格栅。其实是为了散热,经过白天的照射,悬挑大的遮阳棚内会聚集热空气,晚上打开遮阳帘,热空气就能从前端的格栅导流出去,尤其是在9月中的制冰期,效果十分明显。
计算生成的遮阳屋面的基准体量投影线和剖面 ©李兴钢建筑工作室
需要特别强调的是,国家雪车雪橇中心的赛道材料主要为混凝土,顶部设有木质防撞挡板。其赛道的滑行难度比较大,在C13弯的位置速度最快,运动员容易发生失误,有时候冲得比较高,就需要防撞挡板来保护运动员。同时,整个赛道的照明系统也比较特殊,不能有任何阴影出现在赛道上,所以会随着赛道和防撞挡板的变化而变化。
刚刚提到三个出发区,出发区1是雪车、钢架雪车和男子雪橇的出发区,二层设有一个50m跑道,用于运动员赛前热身,从二层可以看到楼下赛道的情况,有助于运动员做好赛前准备;出发区2是女子雪橇、双人雪橇及雪橇团体接力项目的出发区,旁边有一个狭窄的停车场;沿着赛道一直向下是出发区3,主要为青少年使用。场馆南端设有训练道冰屋及团队车库,其中还包括制冰师用房(制冰师在整个赛道里是非常重要的工作人员,所以拥有自己的用房)。冰屋里有一条雪车出发训练道和两条雪橇出发训练道,其中两条雪橇训练道可形成循环式训练,运动员从左边的出发口滑下,从右边的出发口返回。另外,为了运输雪车,所有出发平台和场地之间都有1m的高差,雪车运送进来后无需搬动,可以直接推入出发准备区。在结束区的东侧,布置有很多办公用房,中间是收车结束平台,运动员的每一次滑行都在这里结束,收车后再从卸车平台返回出发区准备下一轮滑行。
出发区1赛道及观众看台 ©张玉婷
出发区1东立面 ©孙海霆
因为项目用地紧促,所以我们将附属配套设施竖向布置。结束区的功能比较复杂,和其他奥运场馆一样,设置了媒体采访区、奥林匹克大家庭和比赛用房。场馆媒体中心虽然在结束区内,但空间相对独立,媒体流线与运动员流线完全隔离,通过楼梯进入一层混采区,其上方是观众看台。奥林匹克大家庭布置了视野良好的观景幕墙,可以俯瞰整个奥运村。结束区下部是著名的螺旋弯,这个弯道在其他国家的赛道中也有出现,不同的是国家雪车雪橇中心的螺旋弯是380°,一部分重叠,另外它的螺旋弯直径更大,更考验运动员对滑行轨迹的控制。运营和后勤综合区是奥运期间各业务口的办公场所,物流用房、安保用房、志愿者休息室都被安排在这个区域。制冷机房是整条赛道的“心脏”,机房里泵送出的氨液会给整条赛道提供制冷能源。观众广场上除了看台还有几层平台,旁边设置了观赛大屏。
悬挑于赛道之上的运营综合区 ©刘紫骐
雪车雪橇中心屋顶采用了木瓦,墙面为石笼墙,树木穿插在赛道与用房之间,从外部看有一种回归于自然山林的感觉,内部却是一个极具现代化的场馆。整个延庆赛区作为一个整体,从雪车雪橇中心可以回望高山滑雪中心“雪飞燕”出发口,从奥运村的缆车站也可以西望雪车雪橇中心的主立面。夜晚,国家雪车雪橇中心变成一条忽隐忽现的“雪游龙”。在这样的山林环境下,我们弱化了场馆的景观照明,以赛道照明和功能照明为主,希望尽量减少对野生动物和自然生态的影响。
夜晚“雪游龙”©孙海霆
我们在赛前设计阶段就考虑到项目的赛后利用,将国家雪车雪橇中心放在这个位置就是希望它与整个赛区形成联动,赛后能够作为奥运遗产开展各项活动,为国际赛事、世界杯、世锦赛、国家队训练服务。另外,运营和后勤综合区也可以改造成带住宿功能的餐饮空间或奥运主题酒店。
我作为北京2022年冬&残奥会延庆赛区场馆设施建设项目设计团队结构专业负责人从2016年开始介入这个项目,能够在这样短的时间内建成,业主给了我们很大的支持,尤其是在文华总的主持和管理下,李总的设计理念全部得到了实现,可以说是这个项目最大的成功之处。作为奥运建筑,项目建设是“没有目标”的,房子的数量未知、面积也未知,所以对建筑设计来说最大的难点是创新和探索。对结构设计来说,最大的目标是实现建筑设想,做到安全、适用、经济、合理。所以,我们的压力来自于设计场馆的标准选择与确定、风荷载的选择与确定、地基复杂、设计周期短、建设时间紧张(3~4年内建成),还有山地环境带来的施工道路狭窄等建设困难。现在,赛区的所有道路已经建设完成并早已投入使用,我们从城区(西城区)到山上大概用了1.5h。但项目建设之初从山下到达建设场地只有一条双向两车道的非标准道路,经常发生拥堵(1~2h是常态),项目施工十分困难。
场地原道路情况 ©任庆英结构设计工作室
在实际建设过程中,各业务口的协调也很繁琐,不仅要配合国际单项组织的要求,还要在奥组委的主导下按照中国标准进行实施,这些都是我们要解决的问题。简单总结为以下几点:
(1)场馆设计中不考虑地灾影响。本项目建设场地位于延庆小海坨区域复杂山地环境中,地质灾害条件极为不利,在这样的特殊环境下开展满足冬奥比赛要求的场馆设计,首先要考虑地质灾害危险性对场馆安全的影响。在早期调研和选址场地的踏勘中,我们建议业主委托专业单位对场地进行风险评估并对存在一定风险的区域进行治理。业主非常支持,聘请了北京市地质调查研究院对赛区场馆进行地质灾害危险性评估并出具了报告。根据报告成果,本工程主体建筑结构设计均不考虑地质灾害对建筑物的影响,仅根据单体建筑实际场地特征考虑相邻土体在自然状态下对结构的影响。
(2)抗震设防标准。北京的设防烈度为8度,属高烈度设防区,而建设场地又位于延庆赛区核心区南区中部山脊之上,地震影响风险性较高,抗震设防标准的确定是项目设计面临的另一个难题。项目踏勘调研阶段我们建议业主委托专业机构对场地地震安全性进行评价,业主聘请了中国地震应急搜救中心对场地进行了安全性评价,并出具《工程场地地震安全性评价报告》,而且通过了中国地震学会的技术审查,成为延庆赛区各场馆抗震设计的重要依据。在具体场馆设计中,我们结合场地具体位置和地震安评报告给出的参数,并根据现行抗震规范,对项目相关结构体系的地震峰值加速度和水平地震影响系数进行了必要放大,大部分场馆的设防标准达到了8.5度的要求。
(3)风荷载的问题。在国家现行荷载规范中,北京市50年重现期的风压是0.45kN/㎡,100年是0.50kN/㎡。从设计的角度来讲这些参数是不能用的,因为城市的风荷载取值是依据大量的年最大风速观测资料通过一定方法获得的,一般应有25年以上的风速资料,最少也不宜少于10年。延庆赛区的观察站是在北京申奥成功后建立的,我们接手设计时只有2年半的风速观测数据。鉴于此,项目设计之初,我们请业主委托专业机构开展了相关场馆的风洞试验,同时在国家重点研发计划“科技冬奥”的支撑下开展了《复杂山地条件下冬奥会场馆风气候与设计荷载理论与应用》子课题的研究,为延庆赛区场馆抗风设计提供了有力支撑,是项目精细化抗风设计的重要依据。
风洞实验模型 ©任庆英结构设计工作室
(4)复杂的建设环境和特殊地基条件。针对山地条件复杂、施工场地狭小、运输困难、环境保护需求等问题,场馆结构选型严格控制混凝土用量,采用了全螺栓装配式钢结构体系,并尽最大可能减小单个构件的重量,通过构件尺寸标准化进一步降低加工和运输成本。为最大限度保护自然环境,避免填挖土方,采用了典型的山地建筑结构形式。对于特殊地基条件(湿陷性土)和陡峭的建设场地采用了人工挖孔灌注桩。
(5)严寒条件。延庆赛区的最大冻土深度根据海拔不同约1.6~2.4m,北京城区是0.8m。依据《北京2022冬奥会及冬残奥会延庆赛区多站气象要素统计分析报告》及实地考察,现场冬季最低温度-36.8℃,平均温度-20℃,根据现行钢结构设计标准,钢材质量等级不宜低于D级。对于长期覆雪工况场馆钢梁、钢柱大量外露的情况,提出“以锈治锈”的理念,室外部分的钢结构采用了耐腐蚀的耐候钢材Q355NHD。同时为了满足建筑的视觉效果,采用了耐候钢专用涂料互穿网络稳定锈化涂层,进一步提升了耐候钢的耐候性能。
下面整体介绍国家雪车雪橇中心的结构设计,其中赛道是设计的核心,如何实现建筑设想是首要目标。该项目的结构可分为遮阳棚、U型槽及基础、赛道、比赛附属用房四部分。遮阳棚采用钢木组合结构,屋面大悬挑部分采用胶合木实体异形梁;U型槽及基础根据山地复杂场地地质情况,采用桩基础;赛道结构表面为空间异形双曲面壳体,其支承体系采用了新型钢筋混凝土摇摆柱结构体系;比赛附属用房采用钢框架结构,局部大悬挑及大跨屋面采用钢桁架结构。
国家雪车雪橇中心作为世界上首个设置在南坡的雪车雪橇赛道,为了克服热量高、耗能大的缺陷,提出了“南坡变北坡”的设计策略。其中,赛道遮阳棚必须具有足够的覆盖长度,且在赛时向观众和转播摄像机位全面敞开。为此,我们设置了大跨度单边悬挑遮阳棚系统,在210榀悬挑遮阳棚中,有30榀超过12m。经过多次论证对比,结合赛区露天、温差大、低温等环境特点,我们提出了钢木(胶合木)组合新型结构体系,屋面最大悬挑长达13m,采用与建筑造型相匹配的胶合木实体异形梁,内设钢构件增强,底部设人字形钢柱,钢柱顶部与异形梁采用刚接,底部与基础采用铰接。木材的使用应对了绿色环保的建设目标,解决了露天钢结构防腐、大悬挑结构风荷载上掀屋盖的问题,实现了建筑与结构的统一。
赛道典型剖面图 ©任庆英结构设计工作室、李兴钢建筑工作室
遮阳棚木结构屋面体系组成 ©任庆英结构设计工作室、李兴钢建筑工作室
完成后效果 ©任庆英结构设计工作室、李兴钢建筑工作室
国家雪车雪橇中心的赛道长1 975m,高差超100m,通过抗震缝分为47段,最长赛道段长度达70m。赛道上面是壳体曲面,挠度控制标准为千分之一,如果赛道变形过大,就会造成制冷管开裂的风险。由于项目位于山区,地质条件复杂,存在架空区域、隧道、下部穿过道路架空区域、赛道结构回旋弯等多种不利情况,且位于大面积填方区与湿陷性黄土区。结合施工条件,基础形式大部分采用U型槽桩与人工挖孔桩结合而成的桩筏基础,U型槽作为桩基赛道的下部槽体和遮阳棚的支座。重点说一下380°螺旋弯的特殊结构。外方最初的概念方案是采用传统的高架桥双边落柱的方式,每隔一段距离设置两根垂直立柱对回旋弯进行承托,比较容易实现,但过于平庸。李总希望回旋弯采用V型柱的结构元素,并且要求每组V型柱底部收成一个点,即只有一个支撑点,对于常规的结构来说柱底共线很难成立,但如果利用回旋弯赛道空间效果就有可能成立了。结构专业花了大量的精力,并考虑地震作用、温度影响、结构超长等因素进行多方案比选、多软件分析,终于实现了建筑的需求。回旋弯根据赛道的坡度要求下部每隔18m设置一个基础支座,由4根分叉柱与赛道相连,受赛道工艺要求和场地影响,每个V型柱角度、长短不一,与下部道路相映成趣。
螺旋弯支撑结构 ©孙海霆
赛道还采用了高强度喷射混凝土技术,我们从设计之初就在研究这一工艺,但是国内的喷射混凝土主要用于基坑支护等方面,所用的混凝土强度普遍不高,对于高强喷射混凝土的研究只停留在实验室阶段,工程应用几乎没有。因此,我们调研了国外资料和国内相关标准后,在设计文件中提出了高强喷射混凝土的基本要求,并配合施工单位研发了高强度喷射混凝土技术。赛道所用的喷射混凝土的强度是C40,与欧洲标准基本对应,在和外方交流的过程中,他们也认为我们的技术是可行的。国家雪车雪橇中心的抗冻性能达到了F400,也是非常高的标准。
喷射混凝土技术 ©任庆英结构设计工作室
赛道混凝土养护及制冰 ©任庆英结构设计工作室
另外,为了实现高烈度地震区赛道体系的落地,满足抗震性能,我们提出了赛道抗震摇摆柱结构体系,还进行了一系列摇摆柱的科研试验,并特意去国外考察了其他专业赛道。由于赛道为空间异形双曲面壳体,表面形状由复杂的抛物线拟合而成,赛道最高处壳体曲面高度达3.5m,最低处仅为0.4m,两个方向均有一直在变化的曲率,因此赛道曲面及配筋变化复杂。我们根据壳体的受力形式及赛道制冰系统、曲面形态等多种构造要求,设置了典型的斜45°交叉钢筋夹层布置方式。赛道的研发还采用了制冷管,温度范围是-45~30℃,所以对材料耐久性、稳定性的要求非常高。从施工角度来说,我们要求毫米级的施工精度以确保赛道制冷管定位,最终也确实做到了。从这一点来看,中国的施工建造是非常可靠的,得到了外方的高度赞赏。
双向斜45度交叉钢筋 ©任庆英结构设计工作室
最后是比赛附属用房,采用了钢结构—山地建筑结构体系,最大限度保护了自然环境,避免大量填挖土方。大多数子项都采用吊层、吊脚结构,用永久边坡支护固定上部土体,保证土体稳定,嵌固端有效,使竖向构件不先于上部结构破坏。结构自挡土,须考虑不平衡土压力和刚度的影响,严格控制结构整体和地基基础的整体稳定。在柱脚的处理上,由于采用钢结构,必须在接地范围保证足够的混凝土保护层高度,杜绝钢柱直接入土的情况发生。为避免因覆土覆雪和积水对钢结构柱脚的耐久性产生不利影响,采用了埋入式柱脚外包混凝土短柱的柱脚方案。
非常高兴参加今天的品鉴会,首先,我想从业主的角度谈谈自己的感受。随着冬奥会的筹办,我在与冬奥组委、北京市委、市政府及设计单位的合作中收获良多。我们国家筹办这届冬奥会本着“绿色办奥,共享办奥,开放办奥和廉洁办奥”的理念,其实是非常不易的。尤其是延庆赛区,我们看到体育及配套设施与山地和自然环境的良好结合,正体现了设计单位的高度责任感,更体现出对自然环境的尊重,对中国文化的尊重,对体育设施的尊重。所以借这个机会,我代表北控集团和北京冬奥会延庆赛区的业主,向中国建筑设计研究院及李兴钢工作室表示衷心的感谢和崇高的敬意。
因为是项目品鉴会,我再谈一些对建筑的想法。第一,从国家雪车雪橇中心来讲,它与自然完美契合的背后,其实还有一个故事。在延庆地区,的确没有特别适合雪车雪橇比赛的北坡,曾经的意见是把国家雪车雪橇中心放在张家口。但综合考虑,举办冬奥会不单是为了比赛,如果把高山滑雪和雪车雪橇项目分开,那么冬奥会所展现的规模和影响力就会被削弱。所以,我们在选址过程中做了大量工作,通过技术保证——地形气候保护系统,最终把场馆定在了南坡。在世界上所有冬奥赛区里,我们是唯一一个把高山滑雪和雪车雪橇项目放在一起的,不仅便于后期的组织与管理,也特别能体现我们国家的影响力,服务了国家的战略大局。
螺旋弯北望出发区结束区 ©张玉婷
第二,在大家眼中国家雪车雪橇中心是体育建筑,但同时它还是工业建筑。因为目前我国单体最大的氨液高低压泵房就在我们脚下,保证了80t制冷氨液、大量管线、电器和控制设施的正常运作。试想一下,项目要在满足体育设施标准的情况下把工业功能、体育功能和建筑的整体形式完美结合,设计难度可见一斑。
第三,国家雪车雪橇中心还是一个工艺作品。刚才刘文珽介绍了结构设计的困难,我最大的感触是赛道的复杂。赛道设计公司提供赛道工艺需求后,我们将其转化为施工图,难度是极大的,因为每个需求点的坐标都不一样,只有把这些坐标串连起来才能形成完整的图纸,之后还要支模、绑钢筋、测量,工作量非常大。与此同时,不同的场地与不同的赛道,工艺标准也不同,不仅仅要考虑运动员的滑行,还要考虑运动员的坠落、速度、离心力等,所以一直调整赛道曲面。此外,赛道里面有制冷管与制冷机房连接,这些都要与建筑结合起来。最终,我们完成了工业设备与体育设施的结合,覆盖在延绵的木瓦屋顶下,融于自然山林之中。
钢架雪车在螺旋弯赛道上飞驰 ©孙海霆
第四,赛后利用。刚刚大家参观的景观步道既有维修功能,又有结构配重功能,加上巧妙的设计,对赛后游客参观有很大帮助。另外,国家雪车雪橇中心还在运营区配备了附属用房,冬奥会后可转变为主题酒店、主题娱乐设施,这都是出于对赛后可持续利用的考量。
站在设计的角度,大家面临的是一个无迹可寻的项目,所有的设计构想都是从无到有,把各组织单位的粗略想法一点点绘制出来,需要整个团队的大胆创新。另外,如此复杂的建设场地和建筑功能,可能领导并不理解,总觉得出图有些慢。但我们知道,国家雪车雪橇中心的每一个构件都不一样,每张图都要综合考虑设计规范、地形、功能因素。经粗略统计,在相同的建筑面积下,国家雪车雪橇中心的图纸量是其他项目的3~4倍。而图纸只是最终结果的一种表达形式,其背后有着大量的研究计算工作,工作量巨大。当然,施工单位的工作量也非常大,一方面要协调人力、物力保证现场施工,另一方面要配合设计单位实现高质量建造。在这个过程中,施工单位不仅体现了高度的责任感和国家意识,而且现场的施工进度、施工质量、施工效果也带动了设计团队的工作热情,从而形成了积极的互动循环。
众所周知,北京是双奥之城,感谢所有建设团队的努力,为我们国家留下了宝贵的奥运遗产。我们不仅要规划建设好、赛事服务好,更要未来利用好这一宝贵的奥运遗产。
雪车雪橇赛道回旋弯 ©孙海霆
说起来,我也是一个双奥设计师,参与过北京2008年奥运会的场馆设计,也参与了北京2022年冬奥会短道速滑馆设计。刚才听了国家雪车雪橇中心的设计介绍,我想起了吴良镛先生提出的“广义建筑学”,或许没有那么准确,但我认为这个项目拓展了传统建筑学的边界。客观而言,国家雪车雪橇中心作为我国第一个雪车雪橇比赛场地,是中国建筑功能类型上的一次零的突破。虽然术业有专攻,赛道方面的图纸是由赛道工艺团队敲定的,但却是建筑设计团队配合把控的,参与了大量在传统建筑学中不涉及的内容。因此,从中国建筑行业的角度看,这是一件非常有意义的事。感谢时代给予中国建筑师参与其中的机会,非常难得。
刚刚张总说到国家雪车雪橇中心有点像工业建筑,我也有同感。工业建筑的龙头专业是工艺,建筑师要在基础设施、配电、制冷等工艺条件的限定下做设计,真正可以发挥的建筑学内容有限。但是通过今天的参观,我看到了设计团队在建筑设计上的巨大心血,无论是滑行赛道,还是与之相对的市政工程,都展现了建筑学的特质和价值,最终呈现出基于工艺、地形、结构、材料的综合考量,值得我们学习。
我觉得,参观中走过的屋顶步道非常好。因为雪车雪橇的赛道就像表演舞台,观众只能欣赏而不能参与。在建筑的主要功能之外增加屋顶步道,其赛时或赛后的价值都是巨大的,不仅能够使观众参与到建筑当中,还拉近了观众与比赛的距离。此外,屋顶步道在增加建筑趣味性的同时,更具有结构配重、检修的作用。这就叫“四两拨千斤”,一个简单的设计手法蕴含了多种含义,超越了建筑本身的内在要求,扩展到一个更广阔的范围,这是我十分钦佩的。
屋顶步道 ©AT建筑技艺
最后,作为一名职业建筑师,对设计的坚持是非常重要的。虽然面对国家级重大项目压力确实很大,领导们会有各种各样的考虑,但是作为专业人士,我们要有对技术和建筑创作的智慧,这一点上李总做得很好。
仔细听了刚才的介绍,非常震撼,尤其是看到那些根据奥组委官方指定色彩绘制的功能平面图,我突然回想起2005—2007年设计北京奥运会乒乓球馆时的经历,感觉特别亲切。这些年我一直在关注体育建筑的发展,所以特别期待今天的观摩,也有很多感触。虽然我看到过国家雪车雪橇中心的建筑模型,但到了现场后发现与我的想象完全不同,它不仅仅是一个单体建筑,更是一整套复杂的系统工程。当站到高处向下俯瞰时,我们可以看到连绵的山脉、错落的树林、回转的雪道,建筑因势利导、顺应地形地“镶嵌”在整体环境当中。
先谈整体布局,其中有很多值得学习的地方,特别是充分利用地形、地貌来整合各种类型、各种体量的建筑与设施。为了把建筑恰当地“镶嵌”其中,必须对延庆山区的情况了然于胸。基地在建设前是一片自然山林环境,李总在没有道路的情况下多次徒步踏勘整个区域,非常了不起,可以看出他对建筑设计的执着和追求。在参观中,李总还提到,项目最初选址的海拔比现在低,但因为坡度不够达不到最佳滑行速度,所以将雪车雪橇中心与奥运村互换了场地,这也是建立在对于场地地形充分的研究、踏勘的基础上的。
建筑与山地 © 祝贺
再谈建筑单体,国家雪车雪橇中心和我之前看到的李总的其他作品很不一样。李总设计的天津大学体育馆是体育建筑中的经典,其混凝土筒拱给人留下了强烈的印象。但是在国家雪车雪橇中心里,我们并没有看到“符号”化的标志,反而是一种“法无定式”的写意手法和因势利导、随坡就势的高超技法。李总就像是一位武林高手,超越了某个门派的武技,达到了见招拆招、信手拈来的境界。比如选用木瓦片屋面,这是因为建筑形体蜿蜒曲折,已经非常具有冲击力,所以设计者希望整个建筑在山林中安静下来,选用了贴合自然的木材,最终的呈现效果完全达到了预期。横向的小木瓦片能够很好地迎合屋顶三维曲面的弧度,可见李总在处理建筑风格的同时又解决了许多施工细节问题。
屋顶曲面 ©AT建筑技艺
体育建筑设计必然会受到体育工艺的影响,如果不遵循相关要求,就得不到奥组委的认可。尤其是对于室外、半室外的体育建筑,设计还要考虑日照、风速、风向的影响,最重要的是控制好冰面温度。从体育工艺的角度来说,在南坡做雪车雪橇赛道极具挑战性,是全世界17条雪车雪橇赛道中独一无二的。赛道与建筑的结合是我关注的重点。针对这一点,设计团队采用了地形气候保护系统,既尊重了体育工艺,又展现了建筑的个性。为了避免日照对冰面的影响,除了在转弯处设置固定遮阳帘以外,其遮阳屋面出挑的尺寸都是根据当地日照通过参数化生成的,设计并没有僵化于体育工艺的限制,而是利用先进的参数化设计手段提升了传统的体育工艺要求,这是真正建筑技术与艺术的完美结合。
场地平整 BIM 模型 ©李兴钢建筑工作室
建筑及整体场地 BIM 模型 ©李兴钢建筑工作室
最后,我认为《建筑技艺》杂志选择这个项目品谈是特别合适的。项目中涉及制冰、为冰面找平、赛道遮阳、保持冰面硬度、摩擦度等很多技术工艺,建筑师通过建筑与山体坡度的契合、建筑与体育工艺/结构形式的一体化处理,将建筑和技术结合起来。这其中不仅有大胆的创新,还有建筑师多年积累的深厚功力,更有对于设计事业的执着,从而铸就如此完美的作品,向李总率领的设计团队致敬。
这是一个特别复杂的综合性项目,几乎难以归类,如张总所说,它既是体育建筑又是工艺建筑,或许还可以称之为风景建筑;它既是一个构筑物,也是一个建筑物,用环境建筑来形容也同样贴切。首先,项目的设计源于选址与功能,其中包含了环境、地形、气候、景观等诸多要素。这一选址也决定了建筑的独一无二性,因为它是无法复制的。在完成建筑设计的过程中,又蕴含着对技术、空间、环境的考虑。对李总而言,这个项目可能是一个新的起点,其中不仅有他多年以来对结构、几何、风景的思考,还特别体现出对环境的关心,甚至超越了以往仅仅局限于传统人文和历史的环境美学,而是增加了科学的调控思维。这些调控思维是由功能倒逼出来的(如赛道制冰、遮阳、地形要求等),它们恰恰就是从当下设计端对生态关注的一种重要贡献。通过选址,用小介入的方式建造一个建筑,比如最小地表接触与最小环境干预就是一种重要的生态思想,也是绿色建筑理念的体现。
俯瞰国家雪车雪橇中心 ©孙海霆
李总在设计中提出的“顺形势、弱借助、可逆势”,在我看来就是非常重要的生态建筑思想。“顺形势”或许改为“借形势”更准确,更有一种主动性。在这个项目中,可以看到设计者主动地选择通过科学思维借用既有形势,体现山林场馆这一设计目标。事实上,这种建筑思想和中国传统园林的营造密切相关,因为传统园林所强调的因借体宜,智慧地规避不利的因素,巧妙地利用环境优势,就是一种建造的生态思想。在国家雪车雪橇中心里,这种内在联系不仅体现在已经沉淀的可感知和体会的借用既有形势上,而且体现在根本的营造思想上,可以说这是对传统园林营造思想的当代发展。
出发区1立面图 ©李兴钢建筑工作室
从这个项目引出的另一个我比较关注的地方,是关于“比例”——一种存在于建筑中连续的系统性要素。《建筑技艺》杂志非常强调对“技与艺”的关注,我觉得这在很大程度上也与比例相关。建筑比例的精确性依赖于建筑师多年的修为和经验的积累,而在当下快速建造与团队作战的方式下,如何精准地控制比例成为一个难点,在这个建筑里我也能感受到建筑师对此的关注。这也会影响到氛围,比如李总放弃钢结构选择木结构,尤其希望木梁成为一个抽象的体量而不是钢结构的构件镂空,这其中就包含了比例的运用,对轻与重的表达也辩证地渗透其中。我觉得比例问题是这个时代所面临的问题,也是当下建筑界的问题,假如我们的视觉审美发生改变,过去的比例经验不再起作用,是不是一个新的时代就来临了,这是我的一个困惑,也是今天参观这个建筑时的一个想法,在这里提出来和大家共同讨论。
刚刚大家都从建筑的角度进行了解读,我非常认同。我来自中冶建筑研究总院有限公司,所以想从工艺的角度谈谈。在工业建筑设计中,工艺为大,一切专业都应围绕着工艺要求开展,因此工艺会带给建筑很多限定,当然也带来了帮助。工艺条件对建筑的空间、比例、形象产生约束的同时,就限定了建筑设计不能由建筑师自由地创造发挥。因此对于工艺要求,建筑师首先要有基本的尊重和深入的理解,然后通过自身的设计使两者形成良好互动,产生新的关系。我觉得国家雪车雪橇中心在这些方面做得特别好,有工艺的限定,也有材料和空间的创新。不同于更关注生产能效的工业建筑,这个建筑是将特定工艺要求通过自由形态进行表述的理性设计,建筑本身具有非常清晰的设计逻辑及艺术表达,强调与周围环境的妥帖结合,不会给人牵强而分裂的感觉。所以,它可以被称作“工艺建筑”,服务对象是特定的行为、特定的人群或者特定的事件。本项目因赛事而生,而赛事存在时限性,但建筑却拥有更为长效的自我寿命,不仅能服从于功能、带有纪念性并且会持续地为公众提供更多的活动与独特体验,应该说这类建筑的设计难度比常规的工业与民用建筑更为复杂,影响更为深远。
我曾参与过1992年亚运会的场馆设计与建设,印象最深的是大学生体育馆在篮球比赛时漏水严重,甚至影响到正常比赛。正是这些经历,让我深知体育工艺对比赛场馆的重要性。2008年奥运会时,我作为专家组成员协助建设方拟定比赛场馆的相关标准,审查、管理、督促场馆建设。组织方要求场馆在比赛期间不能出现应急问题,必须全过程保障建筑安全及用水与用电。在郑方总设计国家速滑馆冰丝带项目时,面对不同以往的结构形式,我也提出了屋面系统的技术性建议,通过新材料、新工艺、新创造,既满足了体育工艺要求又完美地实现建筑设计效果。在今天的参观过程中,我又看到了更多的新技术,特别有感慨。
对建筑技术、建筑材料以及施工建造的深度关注来源于我所在单位和集团的背景,中冶集团承建了世界上超过60%的钢铁生产企业,对钢铁工艺的生产精度要求远远超过建筑和土木工程标准。我们还承接过不少国际一流主题公园的设计施工总承包项目,主题公园也是建构筑物与游乐工艺高度结合的产物,需要大量新概念、新思维、新技术。未来,我们的建筑表现会越来越依赖材料和工法技艺,建筑设计方若想获得更好的方案实现度,就要全面了解和全过程管控材料和工法技艺。
另外,一个好的业主单位也很重要,能够统协好各方需求,并给设计方更多提升和把控的机会。中国建筑的建造水平是很优秀的,若想在建筑上体现中国建造的能力,就需要方方面面的通力配合和创新性尝试,环境、建筑、机电、运维等缺一不可,任何一个环节出现问题,最终呈现的效果都会大打折扣。
最后,我想谈一下双碳,中冶集团以中冶建研院为依托成立了中国中冶碳排放评估认定中心,建议这个项目去做一下碳计量和碳评估,为冬奥项目在双碳减排工作上做一些尝试。另外,这个建筑是我们中冶集团宝冶公司承建的,在选材、结构、建造等方面都有着很高的科技含量,值得推广,相信未来能够帮助更多类似的建筑落地。
国家雪车雪橇中心是一个会让建筑师“妒忌”的房子,这里“建筑师”的范畴不仅指在座的各位专家,还包括历史上的建筑师,因为它的规模、重要性和难度都是梦想级别的,代表着某种职业成就的样板。一般来说,在不确定建筑规模、建造范围和环境形态的情况下,设计工作是很难开展的。前段时间,李总跟我说国家雪车雪橇中心是在一种比例上做设计,到了现场才知道这个比例不是1:100,而是1:1 000甚至1:10 000。面对广袤的山林和复杂地形,设计几乎无从下手。最终建成的效果非常让人佩服,不同区域之间的对话以及盘山道的观望,应该都源自于建筑师的感知本能,超越了单纯的技术。在这里我想从以下三个角度来谈。
第一是控制和非控制。当我站在屋顶向下看,弯曲盘旋的赛道让我想到了绩溪博物馆。我记得,绩溪博物馆的屋顶也是一种非对称的模式,屋脊不在中央,更像一个纯粹意义上的形式操作,它的形式合理性远不如国家雪车雪橇中心的屋顶。其实,国家雪车雪橇中心的建筑形式基本上来自于某种“迫不得已”——功能、工艺、结构、建造意图、审美等等。地形控制没有降低环境的难度和复杂性,反而把这种跌宕起伏代入到建筑内部,并且很好地跟赛道结合在一起,甚至将环境特征放大,这是连职业选手都觉得非常高级的赛道处理方式。
第二是观看和非观看。沿着赛道边缘转折回旋的屋顶步道非常有趣,将一个强功能性的体育建筑变成了体验性建筑,甚至是园林建筑。一个人文设计师应该具备的基本素质不再是单纯地考虑功能,还有功能之上的思考。当人们在步道上行走,在近景处观察建筑内部的时候,中景和远景层次分明,越过木瓦屋顶看向远处,可以看到建筑的立面、远处的观景台和对面的奥运村,前景、中景和远景都被充分考虑,并且在不同的角度以不同的形式被看到。这些有意义的、充实的体验,为建筑提供了良好的可阅读性。归功于李总多年来对园林的研究,这次的运用不仅有强硬的功能支撑,而且非常巧妙,并没有刻意地强调,而是顺应形式地展现。
近看建筑立面 ©AT建筑技艺
顶远眺冬奥村 ©AT建筑技艺
第三是精确和非精确。国家雪车雪橇中心的建造极其精确,结构技术方案、地形气候系统、制冷系统等,一旦出现误差,项目就不成立了。除此之外,项目中还有很多同形异构的构件,比如石笼墙、地面的钢构台阶、栏杆支撑体系等,没有一套标准的系统,随处都在适应。如果没有Rhino、Grasshopper等支持工具的精准建模,不断地适应构件参数,再顺应地形做精微的调节,在这样短的工期内建筑很难建成。我们看到的一切都是现代技术发展下工业制造水平提升的结果,这也说明我们现在有机会建立一套比标准化体系更加复杂、精密的适应化工业建设体系。那么,这套体系是否会带来新的建筑美学?刚才柳老师问到一套标准的、精简的几何比例,在建筑里是否还有控制的作用。我认为就单个建筑的某个立面来说,用经典美学来衡量是有价值的。但作为一个整体,这座建筑更强调因借与适应。
我想起上半年参观尤伦斯艺术中心的曹斐展,它的展陈设计很有民间建造的意思,使用工字钢、轻钢结构和纤维编织袋等普通材料,几乎每一处维护都用了钢丝网,在防止外推的地方做了小小的支撑杆,好像将胡同里的搭建搬到了展览馆,特别自由。而今天在国家雪车雪橇中心,我们看到了一个更加全面和统一的设计,使用类似的建造机制,非但没有损伤建筑的经典性,反而同形异构、顺势而为、轻盈明快、自然而然,这些都是构成园林的基础。虽然国家雪车雪橇中心是一个国家级重点工程,但在我心里更像一个园林,是“胜景几何”观念与实践的一次升级。
最早知道这个项目是在《建筑技艺》的年会上,当时介绍的时间较短,并没有完全理解项目的精妙,但立刻产生了很强的好奇心。通过今天的参观,才有了更透彻的了解。
从结构师的角度看,国家雪车雪橇中心的建筑和结构联系紧密且有“道理”地结合在一起。比如单侧大悬挑,并不是为了实现视觉上的夸张感,而是受限于建筑功能及场地地形,需要遮阳以达到气候控制的要求,其背后在严密而精确地回应底层需求。再比如为什么要用木构件而不选用钢构件,不仅是视觉感受上的回应,也是对双碳控制的积极应对。站在力学的角度,这样的处理方式也产生了一个疑问——悬挑锚固位置的应力集中和集成材横纹的受力怎么解决?参观后了解到,这里采用了一个非常精妙的处理方式——胶合木梁里隐藏一根钢索,从而消解木构件的受力问题。这种“四两拨千斤”的方法简单又有效,而且没有明显的痕迹,如果设计师不做专门介绍,我们不会想到里面隐藏着钢索,甚至起到至关重要的作用。类似的手法还有赛道的摇摆柱系统,并没有采用“硬性抵抗”的方式解决变形需求,而基于多种因素的叠加,采用“以柔克刚/以放代抗”的方法,巧妙地实现了功能需求。
结构实景 ©张玉婷
如果说长遮阳棚推导出的结构大悬挑形态是一种顺应客观需求的巧,那么在悬挑的锚固段,屋顶步道的出现就是一种妙。锚固段在力学上就有配重反压的客观需求,而回应反压需求出现的步道则展现了建筑对人的关怀,在客观的力学回应之上提升了一个层次。这不仅是结构技术上的问题,还是控制和表现受力的艺术。
讨论关于力及结构的艺术时,实际无法抛开技术的稳固支持。正是这个项目中很多创新性的硬核结构技术突破才实现了建筑以及结构自身的艺术表达。比如木构件的数字化加工,数字参数化生成的整体造型,高强度喷射混凝土的应用,都是高精度、严密控制的结果。此外,综合性的设计思路还实现了生态、低碳的目标。
总体来说,在这个项目里我看到了建筑与结构的凝合,结构的存在绝不仅是为了成全建筑,而是形成了美妙的合奏。
我们知道,李总不仅是延庆赛区场馆的主设计师,也负责整个赛区的整体规划,这是非常不容易的。国家雪车雪橇中心作为国家工程,非常具有纪念意义,李总并没有强调一种高大的形象感,而是因势利导、贴合自然,将建筑的功能和空间很好地结合起来。参观中,我观察到建筑的结构体系非常清晰,根据日照以数字化技术算出的悬梁,只暴露拉点而隐藏在结构中的钢索,悬梁端的配重,都服务于整个建筑框架,再加上几个辅助入口,理性与感性的完美结合带来一种奇妙的体验。
我列了一组关键词。第一个是地理,不是地域,也不是山地,国家雪车雪橇中心是一个地理概念的建筑,设计是做在地图上,而不是图纸上;第二个是基础设施;第三个是园林建筑或者说风景建筑;第四个是建构意义;第五个是人体尺度,建筑所要求的雪车雪橇工艺与人体尺度有着紧密的联系;最后是公众性,这一点很重要,这样专业级的赛道在赛后可能会变成一个只能参观的设施,但是现在即使赛道不开放,游客也可以充分体验建筑,体现了建筑与环境、人的关系。除此之外还有很多硬核科技,因此这个建筑是非常好的学习范例。
最后我要强调的是,国家雪车雪橇中心是国家奥运会建筑,难就难在不仅要有丰富性、功能性,还要体现国家形象和时间概念。将建筑学内容融入一个具有代表性的大建筑中,是建筑师们始终追求的,这个项目给了我们很好的启发。
我最后补充几句,首先代表整个设计团队向以张总为代表的北控集团致以崇高的敬意。业主团队与施工一线的工程管理者始终给予设计师大力的支持,并以专业的能力和水平维护着整个项目的建设管理工作。从国家高山滑雪中心到国家雪车雪橇中心、延庆冬奥村、山地新闻中心,其中所有的建设难题都是在北控团队的全力配合下解决的。面对各种技术专业的问题,张总始终以科学、专业的精神提出解决办法,包括木结构体系、木瓦和石笼墙等特殊做法都是在他的支持下实现的。同时,他还牵头研发了一些新的技术解决方法,给我们做了很好的示范。延庆赛区能有今天的成果,离不开张总和他的团队。
事实上这个项目很难,首先我们没有任何此类项目的设计经验,其次作为国家建筑、奥运会建筑,它的工艺和技术要求非常高,赛区环境也具有很大的挑战性,工期又非常紧张,可以说是在非常极端的状态下完成的。当我们回顾那种紧张、忙碌的状态,并回过来思考这个建筑时,我想一些科研总结、工程总结、建筑设计总结,甚至是建筑学意义上的思考总结,都是非常有意义的。非常感谢大家从这个项目里解读出如此多值得深思的内容,有些可能是出于一种直觉性,各位专家的提示能够帮助我们进一步更好地反思,我本人收获良多。
另外,大家也提到在新的世界发展、国家发展、科技发展的背景下,建筑学是否会有新的美学价值或者美学标准。当前建筑行业处在一个全新的时代,充斥着不同的技术、不同的事件、不同的人群需求,我觉得这都是很值得思考的,也是《建筑技艺》改版后的“AT建筑”品鉴活动希望追求的目标。