作为冬奥会开幕式之前率先进行的唯一项目，冰壶比赛于2日在“冰立方”率先登场。

“冰立方”，即2008年时惊艳世界的国家游泳中心“水立方”。为了承接冬奥会冰壶项目和冬残奥会轮椅冰壶项目，国家游泳中心近年来进行了多项升级改造，成为世界唯一的水上和冰上项目均可运行的“双奥场馆”。

从游泳馆变身冰壶赛场，“水立方”的特殊顶棚材料却成为阻碍：原有的ETFE透明膜结构透光性强，对于游泳馆来说是极惊艳的效果，可对于冰上场馆来说，热辐射、顶棚冷凝水都会给比赛带来麻烦。

给“水立方”装什么样的“窗帘”，既美观，又能达到隔热效果，还不破坏原有覆膜结构？为此，哈尔滨工业大学建筑学院教授陆诗亮带领的科研团队，通过对ETFE材料的传热模型，以及对室内热湿集成环境的作用机制的研究，最终选择了一种PVC膜基夹黑涂层织物材料，成功地给“冰立方”盖上一层隔热“窗帘”，为冬奥会冰壶比赛保驾护航。

哈尔滨工业大学建筑学院教授陆诗亮

“窗帘”能隔热 还可为观众区“增温”

作为2008年北京夏季奥运会的标志性建筑， “水立方”大胆地在国内率先采用膜结构设计——由ETFE膜材制成的数千个半透明“气枕”，构成了场馆的外表面。

所谓ETFE，中文名叫“乙烯-四氟乙烯共聚物”，这是一种轻质阻燃材料，层厚0.2毫米，熔点275摄氏度，透光性能极佳。“水立方”的膜结构设计，有利于体育场馆在“气枕”空腔内铺设LED景观照明设备，带来更好的视觉效果，也可让太阳光透过“气枕”，为场馆在白天节约照明能耗。

“冰立方”外景

不过，在承办冰壶这一对冰面要求较高的项目时，从“气枕”透射进来的太阳辐射过多，不利于维持冰壶比赛所需的低温低湿环境。

弊端还有，热辐射照射冰面，会使得冰面产生水蒸气，水汽扩散至顶棚，遇冷凝结后会滴落回冰面，给比赛带来一系列麻烦。为解决这一问题，陆诗亮带领的科研团队2019年起，就如何为“冰立方”遮阳展开研究。

“我们对多种材料进行比对，结果显示，使用PVC膜材遮蔽太阳光是最切实可行的方案。”接受南方日报记者专访时，陆诗亮介绍，他们使用的是“PVC膜基夹黑涂层织物材料”。实测表明，敷设后“冰立方”室内太阳辐射量可降低98%，顶棚空腔内温度降低1.5%，近天花区温度降低10.2%，比赛场地附近温度降低11%，可达到理想的太阳光遮蔽效果。而且该材料可以灵活拆装，使国家游泳中心在“冰-水”运动间自由转换。

陆诗亮打比方说，敷设PVC膜材，相当于给“冰立方”装上了一层“窗帘”。

除了降低场馆的热量外，敷设PVC膜材还有其他好处。

国家游泳中心“冰立方”内景

陆诗亮介绍，PVC膜材还能将拦截的太阳辐射留在顶棚内，通过热对流在场馆内形成局部高温场，进而提高观众区的温度，提供舒适的观赛环境。此外，余留的热量也能够提高顶棚表面温度，防止场馆内的水蒸气在场馆上方形成凝结水。

值得一提的是，这种“窗帘”材料的选择，既考虑功能，也充分考虑了“冰立方”的美观。“如果单纯追求降温效果，只需使用黑色不透光的材料，但这样做视觉效果就很差。我们专门研究出这种带涂层的PVC膜材，也是基于追求美观的角度考虑。”陆诗亮说。

他还介绍，PVC膜材也并非一张平整的大网，而是由几百块“小窗户”组成的。“‘水立方’的外观是水泡形结构的，设计时就临摹出每个水泡，给每块水泡的膜装上小边框，再完好地覆盖在上面，既美观，又精准。”

顶棚装PVC膜材“夹心” 依照不同需求随时替换

除了对“窗帘”的材料选择，如何为敷设“窗帘”选择最佳位置，最大限度降低馆内制冰系统的运转负荷和冰面维护的能耗，也是给“冰立方”遮阳的一大难题。为此，科研团队也进行了大量模拟和实际测试。

“冰立方”外表由3000多个半透明的“气枕”组成，内部则拥有一层由钢骨架连接、用单层ETFE膜材与场馆室内相隔的“空腔”顶棚。

“冰立方”顶部的“气枕”结构

陆诗亮介绍，科研团队专门建立了一套传热模型，以研究“空腔”内部及该结构与场馆室内的热湿环境相互作用机制。

“我们选择将遮阳膜直接敷设在‘空腔’的中间层，也就是在ETFE膜材的平面上再安装一层PVC膜材‘夹心’。室内观众平时用肉眼难以察觉到遮阳膜的存在。”在陆诗亮看来，该方案的最大优点在于可以使遮阳膜的生产和安装难度降到最低，便于“冰立方”未来快速变回“水立方”。

根据国家游泳中心的改造方案，本届冬奥会结束后，该场馆将在游泳季和冰上季之间不断切换，春夏秋三个季节将成为“水立方”，用于水上运动；冬季则变身“冰立方”，用于开展冰上运动。

“冰立方”内景

“‘冰立方’采用的遮阳膜设计是一种便于临时搭建的‘可动设施’。轻便的PVC材料方便灵活拆装、且造价十分便宜。”陆诗亮介绍，在“空腔”敷设的遮阳膜可供运营方依据各类赛事和活动的需求及时替换，这一设计思路也是研究团队对“低碳奥运”理念的具体实践。

陆诗亮进一步表示，冰上运动场馆的多功能利用是其可持续发展的必然趋势。特别是随着越来越多的国内体育场馆采用“气枕”结构设计，他领导的研究团队为“冰立方”提出的改造模式，有希望在未来获得更大范围的推广使用。

“水立方”改造是可持续发展的样本

在本届冬奥会的“四个办奥”理念中，“绿色办奥”位居首位。在该理念指导下，国家游泳中心等2008年北京夏奥会旧场馆进行了升级改造，并致力于实现场馆在赛后的可持续利用。

就‘冰立方’这个场馆而言，一馆多用，尤其是从水上项目到冰上项目的大幅度改造，在过去是从来没有过的。陆诗亮表示，国家游泳中心是对标国际标准建设出的顶级体育场馆，应当根据不同的社会需要被赋予新的功能和社会意义。

未来的国家游泳中心，将成为既可以举办国际级别的游泳赛事，也能够举办大型冰上赛事，还可以举办多种大众冰水娱乐活动，真正实现了“水立方”“冰立方”双轮驱动。

陆诗亮希望，这一可持续利用改造案例，能够为全国各地的体育场馆建设和运维起到示范性作用。“如果能把‘冰立方’的改造模式加以推广，那么能让全国体育场馆受惠，迅速走上绿色、科技之路。”陆诗亮说。

“冰立方”内景

也是基于这一初衷，受科技部委托，陆诗亮的团队又和同济大学、北京建筑设计院联合进行体育场馆可持续运维的研究。先后派遣二三十名科研人员分别赶赴北京、新疆、内蒙古、福建、四川、黑龙江等省市自治区15个冰上项目场馆进行数据收集工作。

目前，科研团队已采集了包含场馆的基本信息、场景转换、能源消耗、功能使用、维修养护、收入支出等六个维度共计124个专项冰上运动体育馆运营数据，包含速滑馆、冰壶馆在内的多种场馆类型。陆诗亮告诉记者，该数据库的形成可为“冰立方”的赛后运营提供决策优化，也为更多冰上场馆建设与运维提供借鉴。

冰上运动场馆未来应逐步实现精细化、科学化管理，降低能源消耗和运营成本，让更多民众得以参与到冰雪运动中来。