2008年奧運(yùn)會(huì)新建場(chǎng)館之一的北京科技大學(xué)體育館目前正在熱火朝天地建設(shè)中。這座位于大學(xué)校園內(nèi)的體育館外形大氣、線條硬朗，在北京奧運(yùn)會(huì)時(shí)將在此舉行柔道、跆拳道比賽，在殘奧會(huì)時(shí)還將承擔(dān)輪椅籃球和輪椅橄欖球的比賽。那么，這座奧運(yùn)場(chǎng)館的設(shè)計(jì)是建立在怎樣的理念基礎(chǔ)上？它采用了哪些新的技術(shù)和材料？在賽后它又將發(fā)揮怎樣的作用？對(duì)于這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)場(chǎng)館的專(zhuān)家向記者做了詳細(xì)的介紹。
硬朗外形凸現(xiàn)厚重傳統(tǒng)
北京科技大學(xué)體育館是座奧運(yùn)場(chǎng)館，除了五環(huán)賦予它強(qiáng)烈的奧運(yùn)氣息外，這座體育館身上還充滿了一種濃郁的“科大氣質(zhì)”。我們都知道，北京城有條中軸線，穿越天安
門(mén)廣場(chǎng)、故宮，向北直到奧林匹克公園。而在北京科技大學(xué)內(nèi)同樣有條中軸線，科大體育館就位于這條中軸線上。
體育館的設(shè)計(jì)者之一、清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院的工程師栗鐵介紹說(shuō)，北京科技大學(xué)的中軸線由學(xué)校西門(mén)向東延伸，經(jīng)過(guò)學(xué)校的主樓、圖書(shū)館、體育場(chǎng)，可以說(shuō)，學(xué)校最中心的建筑都處在這條中軸線上，而新建的體育館位于中軸線的最東端。當(dāng)初，之所以要考慮這條中軸線，是因?yàn)樗纬梢丫茫瑢Ⅲw育館建在上面，除了與整體更加協(xié)調(diào)之外，也是對(duì)學(xué)校“文脈”的一種呼應(yīng)。
從體育館的效果圖上，記者看到，
金屬色的外觀和筆挺的線條，使這座奧運(yùn)場(chǎng)館看上去莊嚴(yán)而穩(wěn)重。栗鐵說(shuō)，由于北京科技大學(xué)的前身是北京鋼鐵學(xué)院，所以在設(shè)計(jì)這座場(chǎng)館的時(shí)候就強(qiáng)調(diào)它的氣質(zhì)應(yīng)當(dāng)是“沉穩(wěn)、凝重、有氣勢(shì)”。而從體育館的外形中，不管是老鋼鐵學(xué)院的厚重感還是理工科院校的嚴(yán)謹(jǐn)，我們都不難找到。“體育館的設(shè)計(jì)和學(xué)校的氣質(zhì)是非常吻合的。”栗鐵說(shuō)。
除了學(xué)校的特征外，在體育館的外形上，你還能找到它所承擔(dān)的奧運(yùn)比賽的蹤跡。人們平常說(shuō)的“黑帶高手”，一般是指柔道或跆拳道選手。“帶”既是柔道和跆拳道劃分選手級(jí)別的標(biāo)志，也是這兩個(gè)項(xiàng)目的重要特征。如果我們留心一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不管是科大體育館前的奧運(yùn)會(huì)徽廣場(chǎng)，還是體育館的外墻立面，甚至是體育館內(nèi)部，一排排整齊的線條都在向人們傳遞著關(guān)于“帶”的信息。
栗鐵說(shuō)，“帶”的設(shè)計(jì)是這個(gè)館的核心之一，“我們不一定要讓人看了就能聯(lián)想起柔道和跆拳道，但作為一個(gè)構(gòu)成要素，我們要求它時(shí)時(shí)存在，而且內(nèi)外一致。”
同外墻相比，體育館頂部的設(shè)計(jì)有很大不同。頂部的中心是一塊面積很大的菱形區(qū)域，里面規(guī)則排列著很多白色“球體”，面積由外至內(nèi)逐漸變大。那么它們是用來(lái)做什么用的呢？
利用日光促進(jìn)節(jié)能降耗
這些“球體”實(shí)際上是安放在屋頂上
采光罩，它們是一種稱(chēng)為“光導(dǎo)管照明系統(tǒng)”的
設(shè)備的一部分,“光導(dǎo)管”技術(shù)可以充分利用
太陽(yáng)能為室內(nèi)提供照明，它既是這座場(chǎng)館所采取的最特殊的技術(shù)，同時(shí)也是最大亮點(diǎn)。
栗鐵介紹說(shuō)，體育館的鋼屋架是
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，
桿件較多，如果用開(kāi)
天窗的方法采集自然光，會(huì)受到桿件遮擋，效果不甚理想。而使用光導(dǎo)管，就可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。
光導(dǎo)管照明系統(tǒng)主要由三部分組成：采光罩、光導(dǎo)管和漫射器。采光罩剛才我們已經(jīng)見(jiàn)識(shí)過(guò)了，在它的下面就是折射管。光導(dǎo)管是該照明系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，在它的管壁內(nèi)涂有
折射率最高為99.7％的材料，當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)采光罩進(jìn)入光導(dǎo)管，就會(huì)在管壁內(nèi)產(chǎn)生多次折射，直到進(jìn)入室內(nèi)。
光導(dǎo)管穿過(guò)鋼屋架，連接到室內(nèi)的漫射器。這種漫射器的外形，與我們家用的圓形燈罩相似，它可保證陽(yáng)光均勻地射向室內(nèi)，看上去明亮而不刺眼。記者前幾天在采訪清華大學(xué)的超低能耗樓時(shí)，已經(jīng)下午5點(diǎn)鐘了，但光導(dǎo)管采集的光線仍能為室內(nèi)提供照明，如果是在上午、中午或下午早些時(shí)候，采集的光源應(yīng)當(dāng)足夠保證室內(nèi)的使用。
光導(dǎo)管的采光效果同它的長(zhǎng)度關(guān)系密切，管子越長(zhǎng)，光的損耗越大。而科大體育館光導(dǎo)管長(zhǎng)達(dá)8米，對(duì)采光效果會(huì)造成一定的影響，所以設(shè)計(jì)者使用了口徑更大的光導(dǎo)管，因?yàn)楦蟮目趶娇梢员ＷC更大的進(jìn)光量。根據(jù)最新的
招標(biāo)結(jié)果，科大體育館將安裝148個(gè)直徑為530mm的光導(dǎo)管，成為北京奧運(yùn)會(huì)奧運(yùn)比賽場(chǎng)館中安置光導(dǎo)管最多的場(chǎng)館之一。
需要指出的是，光導(dǎo)管技術(shù)是為賽后利用時(shí)的節(jié)能降耗而使用的。由于奧運(yùn)會(huì)比賽的電視轉(zhuǎn)播照明要求使用人工光源，由特殊的燈具來(lái)提供照明，所以?shī)W運(yùn)會(huì)后才是光導(dǎo)管大顯身手的時(shí)候。使用光導(dǎo)管后，在陽(yáng)光比較好的情況下，它采集的光線能滿足體育訓(xùn)練的要求，這樣學(xué)校在賽后使用場(chǎng)館時(shí)，在白天可以基本不開(kāi)燈或者盡量少開(kāi)燈。由于光導(dǎo)管是密閉的，不需要太多維護(hù)，可以有效地節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。光導(dǎo)管在白天采集光源照亮室內(nèi)，晚上則可以將室內(nèi)的燈光通過(guò)屋頂?shù)牟晒庹謧鞒觯鸬矫阑咕暗男Ч?
巧設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)荷載難題
北京科技大學(xué)體育館的屋面
鋼結(jié)構(gòu)桿件較多，雖然影響了開(kāi)天
窗的采光效果，但卻使得整個(gè)結(jié)構(gòu)更加牢固。科大體育館的屋面鋼結(jié)構(gòu)采用的是
螺栓球鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較容易理解，整個(gè)屋面俯瞰的話就像是由許多桿件組成的一張“網(wǎng)”，而連接桿件的
節(jié)點(diǎn)是球形的，上面有小孔用來(lái)擰入桿件上的
螺栓，桿件通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)連接在一起，便組成了鋼網(wǎng)架。
負(fù)責(zé)鋼
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院的常強(qiáng)工程師介紹說(shuō)，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，選用的螺栓球鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種比較成熟的技術(shù)，為使它能夠更好適應(yīng)這座場(chǎng)館的具體情況，他們?cè)谄浠A(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)。
為了充分地利用空間，體育館的不少設(shè)備間是直接“掛”在鋼網(wǎng)架上的，這就加大了鋼網(wǎng)架的荷載，荷載大，桿件的吃力就大，就對(duì)節(jié)點(diǎn)受力提出更高的要求。工程上常用的螺栓尺寸不能滿足要求，怎么辦？專(zhuān)家的解決辦法是在原有網(wǎng)架四邊形網(wǎng)格的基礎(chǔ)上加斜桿，這樣就把原來(lái)的四邊形網(wǎng)格變成了三角形網(wǎng)格。這個(gè)改進(jìn)看起來(lái)簡(jiǎn)單，但它一下就使鋼屋架增加了很多桿件。桿件的數(shù)量多了，每個(gè)桿件的受力就相應(yīng)減小了許多，一般常用的螺栓尺寸就可以滿足要求了。
設(shè)計(jì)者指出，由于增加了這些斜桿，還同時(shí)提高了整個(gè)屋面在斜方向的受力性能，也減小了網(wǎng)架整體受力對(duì)單個(gè)桿件的依賴，有效地提高了結(jié)構(gòu)的安全性能。
增厚度除跨度難題
大跨度是體育場(chǎng)館的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)常遇到的問(wèn)題，北京科技大學(xué)體育館也不例外。大跨度會(huì)帶來(lái)怎樣的問(wèn)題？舉個(gè)例子，比如我們拿兩塊磚，上面放一個(gè)木板，然后幾個(gè)人坐在上面。假如兩塊磚的距離很近，即使木板薄一點(diǎn)，人坐在上面問(wèn)題也不大。但如果兩塊磚距離很遠(yuǎn)，如果木板薄，那很可能承受不了人的荷載，斷掉了。但如果木板很厚，就不存在這個(gè)問(wèn)題。
鋼結(jié)構(gòu)就像木板，而跨度則像是兩塊磚之間的距離。鋼結(jié)構(gòu)越厚，
承載力越大，才能更適應(yīng)大跨度帶來(lái)的問(wèn)題。但是，體育館檐口的最大高度是根據(jù)校園整體規(guī)劃確定好的，而室內(nèi)的比賽場(chǎng)地對(duì)凈空又有要求（也就是說(shuō)在室內(nèi)一定的高度范圍內(nèi)是不允許有任何東西的）。這就將鋼網(wǎng)架的“活動(dòng)”區(qū)域限制在了一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。一個(gè)新的難題擺在了設(shè)計(jì)者面前。
最后的解決方法是將屋面做成一個(gè)四面坡?tīng)畹匿摻Y(jié)構(gòu)，這樣，就使鋼網(wǎng)架變大變厚，大大提高了結(jié)構(gòu)的承載力和
剛度，減少了
鋼材用量。同時(shí)也巧妙地滿足了屋面對(duì)雨水有組織排放的設(shè)計(jì)要求。
常強(qiáng)說(shuō)，在鋼結(jié)構(gòu)上還有一個(gè)有意思的設(shè)計(jì)。體育館的南北立面都是
玻璃幕墻，而它們也都是“掛”在屋面鋼結(jié)構(gòu)上的，但問(wèn)題是，隨著季節(jié)變化和早晚溫差，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生冷縮熱脹，延伸的最大幅度可以達(dá)到2厘米左右。而掛在上面的玻璃幕墻無(wú)疑也會(huì)跟著“走”，但玻璃幕墻和下部結(jié)構(gòu)之間的封口是不動(dòng)的，這種“上動(dòng)下不動(dòng)”的情況會(huì)扯動(dòng)玻璃幕墻，對(duì)它造成破壞。
于是，設(shè)計(jì)者專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一個(gè)滑動(dòng)
支座，用來(lái)“掛”玻璃幕墻。這樣，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)因冷縮熱脹發(fā)生位移的時(shí)候，吊掛玻璃幕墻的
構(gòu)件就會(huì)在滑槽內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而保持一種靜止的狀態(tài)，避免了它遭到破壞。
未雨綢繆從容面對(duì)賽后
現(xiàn)在新建奧運(yùn)場(chǎng)館在設(shè)計(jì)時(shí)都充分考慮了賽后利用的問(wèn)題，而北京科技大學(xué)體育館在賽后利用上具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。栗鐵說(shuō)，這個(gè)場(chǎng)館是一個(gè)高校的體育館，很多教學(xué)活動(dòng)都要在里面進(jìn)行，所以相比其他面向社會(huì)的場(chǎng)館，它的利用率相對(duì)要高一些。在滿足奧運(yùn)會(huì)需要這一首要目標(biāo)之后，設(shè)計(jì)者們也充分考慮了如何能更好地進(jìn)行賽后利用。
栗鐵說(shuō)，科大體育館在奧運(yùn)會(huì)時(shí)共有標(biāo)準(zhǔn)座席8000個(gè)，會(huì)后為5000個(gè)。會(huì)時(shí)的8000座席有4000為臨時(shí)看臺(tái)，位于兩側(cè)觀眾席的上部，用腳手架搭建。在會(huì)后，這些臨時(shí)看臺(tái)將被拆除，而原來(lái)搭建臨時(shí)看臺(tái)的平臺(tái)，將被建成籃球訓(xùn)練場(chǎng)，可以為學(xué)校的籃球隊(duì)提供一個(gè)很好的訓(xùn)練環(huán)境。原先兩邊臨時(shí)看臺(tái)的位置都能各提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)，在標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)的兩邊，還各有一個(gè)半場(chǎng)，這一下等于多建了4個(gè)籃球場(chǎng)。
會(huì)后的座席為5000個(gè)，而現(xiàn)在只有4000個(gè)永久座席，還有1000個(gè)座席怎么辦？設(shè)計(jì)者在永久看臺(tái)下安裝可以伸縮的活動(dòng)看臺(tái)，就解決了這個(gè)問(wèn)題。
另外，在科大體育館內(nèi)還要建一個(gè)游泳館，在賽后供學(xué)生使用。而賽事運(yùn)動(dòng)員的更衣室，在賽后就可以直接轉(zhuǎn)換成游泳池的更衣室；而在比賽時(shí)的熱身場(chǎng)地，在賽后可以成為一個(gè)活動(dòng)場(chǎng)地，供學(xué)生們進(jìn)行跳操、健身等活動(dòng)；賽事的新聞中心，在賽后則可以成為學(xué)校開(kāi)會(huì)使用的一個(gè)很好的場(chǎng)所……總之，充分的考慮可以讓科大體育館從容地轉(zhuǎn)入賽后利用階段。
2008年已經(jīng)近在眼前，不久之后我們就將迎來(lái)那場(chǎng)期盼已久的盛會(huì)。假如到時(shí)有機(jī)會(huì)來(lái)到北京科技大學(xué)體育館，那么當(dāng)您在欣賞激烈地柔道、跆拳道比賽之余，再去細(xì)心品位一下這座體育館中所蘊(yùn)涵的人文氣息和科學(xué)設(shè)計(jì)，定能感受到一種不一樣的樂(lè)趣。
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