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THAD冬奥丨张家口古杨树场馆群——复杂山地环境雪上运动场馆群规划建设的五大关键技术
发布日期 : 2021-07-23 16:41:30 点击数:
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项目信息

业主:张家口奥体建设开发有限企业

建设地点:张家口市崇礼区

建筑设计:清华大学建筑设计研究院有限企业

联合设计:北京城建设计发展集团股份有限企业、Renn Architekten、北京市勘察设计研究院有限企业

项目负责人:庄惟敏、张红(国家冬季两项中心);张利、张葵(国家跳台滑雪中心);张利、张葵(国家越野滑雪中心)

设计团队:庄惟敏、张维、张红、龚佳振、赵婧贤(国家冬季两项中心);张利、张铭琦、张葵、姚虹、王冲(国家跳台滑雪中心);张利、张葵、吴雪、潘睿、张铭琦(国家越野滑雪中心)

总建筑面积:7644㎡(国家冬季两项中心);24243㎡(国家跳台滑雪中心);5492㎡(国家越野滑雪中心)

设计时间:2017.05-2018.05

建成时间:2021.06

摄影:布雷

雪上运动场馆群山地设计技术初探

以北京2022年冬奥会与冬残奥会张家口赛区古杨树场馆群为例

编辑概况

张利,清华大学建筑学院院长,教授,清华大学建筑设计院副总建筑师。

张铭琦,清华大学建筑设计院简盟工作室所长,教授级高级工程师。

项目背景

北京2022年冬奥会与冬残奥会分为北京、延庆、张家口三个赛区。张家口赛区核心区位于河北省张家口市崇礼区太子城及其周边区域,规划占地约11k㎡,分为云顶滑雪公园、古杨树场馆群以及太子城冰雪小镇三个组团。云顶滑雪公园利用现有云顶滑雪场改造而成,承担自由式滑雪与单板滑雪比赛;古杨树场馆群为新建场馆群,承担跳台滑雪、越野滑雪、北欧两项与冬季两项滑雪比赛;太子城冰雪小镇规划建设是集交通、住宿、购物、餐饮、会议、展示、教育、康养、医疗等功能为一体、以冰雪为特点的旅游小镇,赛时为冬奥会与冬残奥会提供功能保障服务,赛后带动该地区的可持续发展。

张家口赛区总体空间布局

张家口赛区总体鸟瞰

古杨树场馆群位于张家口赛区核心区南部,距离太子城高铁站约2.3km。古杨树场馆群为新建大型雪上运动场馆群,集中了国家跳台滑雪中心、国家越野滑雪中心、国家冬季两项中心、张家口山地转播中心与山地电视转播间四个奥运场馆,以及冰玉环、技术官员酒店、山地运维中心、蓄水池、直升机停机坪等重要永久配套设施,还有超过3万㎡的板房、篷房、集装箱、看台等临时设施。

古杨树场馆群总体规划图

古杨树场馆群是历届冬奥会中最为集中的雪上运动场馆群,一方面,集中建设大量永久设施与临时设施有助于资源高效集约利用,对赛事举办、场馆投资及后期运维等都非常有利;另一方面,对生态环境保护、规划设计、施工建设、交通组织等提出了巨大挑战。

不可否认的是,此次申奥成功前,我国冰雪运动的状况是冰强、雪弱,与之对应的场馆建设亦是如此。古杨树场馆群所涉及的跳台、冬两、越野等运动,在此之前国内连一座符合奥运比赛标准的场馆都没有,大部分国内运动员甚至不具备参赛资格,实现“办赛精彩、参赛出彩”的目标任重而道远。雪上运动场馆群的规划设计工作对于国内的设计团队来说,挑战主要体现在“首次设计、标准不清、复杂环境、科研创新、统筹协调”方面,限于篇幅,本文主要对适用于复杂山地环境雪上运动场馆群规划建设的设计技术进行分析与总结。

国家跳台滑雪中心与国家冬季两项中心?崇礼区人民政府

山地设计技术实践

古杨树场馆群主要的山地设计技术包括:复杂环境与装配式建筑技术、山地交通与市政技术、绿化种植与生态修复技术、可再生资源利用技术、场馆全季利用技术。

复杂环境与装配式建筑技术

古杨树场馆群地处山区,占地约420ha,包含三条山谷。建设用地的最小高程为入口区的1620m,最大高程为跳台出发区的1771m。其中,国家跳台滑雪中心高程为1635~1771m,国家越野滑雪中心高程为1636~1722m,国家冬季两项中心高程为1657~1720m(残奥赛道高程为1646~1677m)。由于山地地形复杂、建设活动较少,故建设单位初次提供的地形测绘图误差在数米以上的情况时有发生。由于古杨树场馆群占地大、建设时间紧、重新测绘时间周期较长,设计团队在设计之初采用GIS技术+无人机航测技术+Rhino数字建模技术,制作了精准的局部场地三维数字模型(精度10cm),不仅对建设单位初期提供的地形图进行了有效修正,而且场地三维数字模型操作更加方便直观,为后期建筑工程的精准设计、精准施工打下了良好基础。

场地GIS分析

山体建筑三维模型1

山体建筑三维模型2

在建筑工程层面,国家跳台滑雪中心作为古杨树场馆群的控制性工程,工程量最大、建设难度最高。其原因一是工程地处崇礼高海拔的极寒之地,气候条件恶劣,山形地貌复杂,现场施工条件极为不利;二是跳台场馆本身工程量巨大、建设周期短,而且由于跳台比赛的特点,要实现自由流动的跳台形态需要大量的异形建筑构件。因此,在设计之初,设计团队采用BIM技术与装配式技术,确保工程在不利的山地建设条件下能够高质量地完工;在深化阶段,将大量双曲面优化为大量单曲面+少量双曲面,降低后期幕墙加工与安装难度。针对跳台工程的特点,结合BIM技术和多个装配式系统,实现模数化设计、工厂化预制加工、现场安装,以减少现场湿作业。国家跳台滑雪中心整体结构主要采用钢结构体系,具有代表性的装配式系统如顶峰俱乐部钢结构系统、装配式单元体外幕墙系统、看台预制混凝土台阶系统、助滑道系统、裁判塔系统等,整体装配率达到90%。

BIM技术

装配式施工

大型赛事的特点是赛时搭建大量临时设施以满足赛时特定需求,赛后则随之拆除。为避免浪费,古杨树场馆群内的临时设施采用装配式技术,通过租用与购买集装箱房、篷房、板房、脚手架等成熟产品,在场地简单硬化处理后进行快速搭建,赛后可快速拆除或移至他处循环使用,实现“轻触式建设”和“对自然最小干预”的设计目标。

国家跳台滑雪中心?布雷

另外,由于山地属于多风环境,而风对雪上运动影响极大,比如正式的跳台滑雪比赛需要控制风速在3m/s以下。针对国家跳台滑雪中心,首先对大尺度风场进行CFD模拟,运用GIS技术将需要防风的赛道设置在背风的山谷中段,利用自然山脊形成天然的挡风墙;其次,借助建筑“如意”造型的侧翼结构为赛道挡风;最后,通过风洞试验,对建筑体型进行验算与修正。通过上述技术措施,大大减少了后期防风网的设置和建筑用钢量,减少了项目投资。

大尺度风场模拟—地形模型生成流程探索

大尺度风场模拟

跳台风场计算

跳台侧翼防风设计

风洞试验

山地交通与市政技术

古杨树场馆群赛时将容纳约1.8万名观众与0.6万名注册人员,如何在狭窄的山谷空间实现高效的交通组织,是设计团队需要面临的挑战。受方案征集期间瑞士格尼斯企业“奥运环”的概念启发,设计团队设计了周长约3km的环形高架步行平台“冰玉环”。冰玉环分为西半环与东半环,西半环全长2km,宽度为15~24m,平均高度为7m,连接四个奥运场馆及技术官员酒店。观众使用西半环平台上的前院区,注册人员则使用平台下的后院区,成为冬奥会历史上首次解决前院区与后院区流线交叉问题的典范。东半环为登山栈道,全长1km、宽度2~4m。

从“冰玉环”看向国家跳台滑雪中心?布雷

冰玉环效果

古杨树场馆群在场地内设置两条主要车行道路M1与M2路,其他为包括跳台上山路在内的辅助道路。其中,M1路宽7.5m,连接场馆群入口与北侧的棋盘梁隧道,可快速通往京礼高速棋盘梁收费站,同时M1路与太子城冰雪小镇内的4号路、奥运村南路形成赛区环形交通网络;M2路宽9m,位于冰玉环下,净高4.5m(以确保大型转播车的通过),与冰玉环形成立体交通模式。由于地处冰雪地区,场地内所有道路的纵坡皆控制在5%以内。

冰玉环

“冰玉环”赛后利用愿景

冰玉环局部平面

冰玉环截面示意图

古杨树场馆群场地狭小、高差变化大、冻土深达2m、市政管线繁多,为有效解决上述问题,设计团队在M2路下新建了全长2km的综合管廊。该综合管廊为水舱、电力舱与电信舱的三舱断面,分别容纳给水管、消防管、中水管、造雪水管、10kV电力管道、通信光纤、转播、安防等管道,舱内断面为5.1m×2.9m。为便于管廊的运行和管理,综合管廊配备逃生口、人员出入口、专用检修口、吊装口、排水/消防/通风设施以及检测监控系统,燃气管道和污水管道不入管廊。

古杨树场馆群沿M2路设“50年标准、100年校核”的防洪渠,防洪渠分明渠与暗渠。为减少明渠截面,采用混凝土箱型渠,开口宽度为2.5~7m不等,并在其表面做景观美化处理。赛道内的雨水可顺着赛道一侧的植草沟排入防洪渠,场地内的雨水则经雨水井、雨水管网后到达防洪渠。在场馆群上游冬两区域设5万m?蓄水池,下游入口区域设20万m?蓄水池,起到洪水调蓄的作用。

防洪渠剖面图

防洪布局

防洪技术应用后效果图

绿化种植与生态修复技术

古杨树场馆群的绿化种植与生态修复技术以山地原生态景观塑造为目标,敬重场地原有地形,尽可能保留并利用现状植物,减少对林地的破坏;利用本地植被,尽可能强化林地的连续性与整体性,做到新增植被和原始林地融为一体;所有植物材料均采用本地驯化物种,保证苗源数量,确保种植成活率;着重考虑对可视面及破坏严重面(如切削山体后的护坡)进行重点生态修复。场地土方施工采用表土剥离技术,施工前首先剥离表土,集中堆放;施工后回覆表土,进行植草绿化。古杨树场馆群场地内存在很多高大护坡,高度为4~100m。设计团队采用格宾支护体系、生态袋、无土混合纤维喷播复绿等技术,既保证了山体护坡安全稳定,又能实现生态修复。例如,格宾支护体系填充的地方材料不少于90%,其上可种植绿化。

弃土边坡绿化典型断面图

生态修复

可再生资源利用技术

古杨树场馆群的电力系统主要采用风力发电,按照张家口市整体电力规划,赛区内建筑冬季采暖应采用电供热系统,不仅使每户的室温灵活可控,还能避免火电带来的空气污染、显著减少碳排放,实现“绿色办奥”。由于雪上运动场馆的人工造雪会带来大量水资源浪费,因而水资源利用技术就显得尤为重要。古杨树场馆群为确保雨水的合理利用,遵循海绵赛区的规划理念,采用“渗、滞、蓄、净、用、排”多途径雨水及融雪水的收集与利用系统:1)人行道采用透水铺装,赛道旁设置植草沟;2)地表水经防洪渠流入场馆群入口区域的20万m?蓄水池,蓄水池采用硅砂蜂巢雨水自净化系统,地表水经此系统处理后可用于冬季造雪、夏季绿化灌溉、景观河道用水、浇洒道路用水以及冲洗厕所,确保水资源的高效利用;3)所有场馆及基础设施的污水统一排入赛区设置的污水处理站,做到了全收集、全处理与再利用。

地表水收集净化

场馆全季利用技术

参照国际经验,一个运营良好的雪上运动场馆群必然要实现四季运营。例如,2012年加拿大温哥华冬奥会雪上赛区举办地惠斯勒的夏季游客数量已明显超过了冬季游客,成为世界知名的全季旅游度假胜地。古杨树场馆群聚集了众多雪上运动场馆及相关配套设施,冬奥会后,一方面可以继续举办世界级赛事或作为国家队训练基地使用;另一方面,继续向公众开放,鼓励市民参与冬季冰雪运动及夏季户外健身休闲活动,促进其形成健康的生活方式。

古杨树场馆群总体鸟瞰

古杨树场馆群赛后将打造为全季山地运动体育公园。国家跳台滑雪中心助滑道系统冬季制冰、夏季使用陶瓷;着陆坡冬季造雪、夏季使用人工植被,从而实现冬季跳雪、夏季跳草,四季举办国际赛事,未来还可引进风靡全世界的红牛攀爬运动;顶部圆环空间可作为展示、观景、餐饮、会议使用;底部体育场可举办赛事开闭幕式、演艺秀、足球比赛、仿真冰冰上表演等活动。国家冬季两项中心与国家越野滑雪中心除了举办赛事及日常训练外,冬季可让公众体验越野滑雪与射击运动,夏季借助丰富的山形地貌举办斯巴达勇士赛、禧玛诺车迷节、马术等活动。冰玉环因其三圈路径共计10km,可举办“奥运跑”及轮滑障碍追逐赛等活动。

跳台滑雪中心赛后利用

国家越野滑雪中心鸟瞰?崇礼区人民政府

从赛道看向国家越野滑雪中心?布雷

赛后利用整体功能策划图

结 语

北京2022年冬奥会与冬残奥会的成功申办,对于我国冰雪运动的发展与冰雪场馆的建设起到了加速推进作用。当前,众多符合奥运比赛标准的雪上运动场馆工程皆已完工,并陆续举办奥运测试活动。设计团队通过切身的设计实践,从跟跑、并跑到努力领跑而积累下来的适用于复杂山地环境雪上运动场馆群规划建设的设计技术,为未来我国建设雪上运动场馆群及山地公共建筑群提供引导并发挥示范作用,也对未来我国建设更多符合国际标准的雪上运动场馆群、实现“三亿人参与冰雪运动”的目标,有着重要意义。

黄昏下的雪上运动场馆群?布雷

撰稿丨清华大学建筑设计院简盟工作室

来源丨《建筑技艺》杂志

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