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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。