2008年奧運(yùn)會新建場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)會時將在此舉行柔道、跆拳道比賽，在殘奧會時還將承擔(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？對于這些問題，設(shè)計(jì)場館的專家向記者做了詳細(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
門廣場、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，北京科技大學(xué)的中軸線由學(xué)校西門向東延伸，經(jīng)過學(xué)校的主樓、圖書館、體育場，可以說，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)場館看上去莊嚴(yán)而穩(wěn)重。栗鐵說，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)這座場館的時候就強(qiáng)調(diào)它的氣質(zhì)應(yīng)當(dāng)是“沉穩(wěn)、凝重、有氣勢”。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。
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別的標(biāo)志，也是這兩個項(xiàng)目的重要特征。如果我們留心一下，就會發(fā)現(xiàn)，不管是科大體育館前的奧運(yùn)會徽廣場，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，“帶”的設(shè)計(jì)是這個館的核心之一，“我們不一定要讓人看了就能聯(lián)想起柔道和跆拳道，但作為一個構(gòu)成要素，我們要求它時時存在，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
太陽能為室內(nèi)提供照明，它既是這座場館所采取的最特殊的技術(shù)，同時也是最大亮點(diǎn)。
栗鐵介紹說，體育館的鋼屋架是
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，
桿件較多，如果用開
天窗的方法采集自然光，會受到桿件遮擋，效果不甚理想。而使用光導(dǎo)管，就可以很好的解決這個問題。
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)見識過了，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)陽光透過采光罩進(jìn)入光導(dǎo)管，就會在管壁內(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，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度關(guān)系密切，管子越長，光的損耗越大。而科大體育館光導(dǎo)管長達(dá)8米，對采光效果會造成一定的影響，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個直徑為530mm的光導(dǎo)管，成為北京奧運(yùn)會奧運(yùn)比賽場館中安置光導(dǎo)管最多的場館之一。
需要指出的是，光導(dǎo)管技術(shù)是為賽后利用時的節(jié)能降耗而使用的。由于奧運(yùn)會比賽的電視轉(zhuǎn)播照明要求使用人工光源，由特殊的燈具來提供照明，所以奧運(yùn)會后才是光導(dǎo)管大顯身手的時候。使用光導(dǎo)管后，在陽光比較好的情況下，它采集的光線能滿足體育訓(xùn)練的要求，這樣學(xué)校在賽后使用場館時，在白天可以基本不開燈或者盡量少開燈。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)的燈光通過屋頂?shù)牟晒庹謧鞒觯鸬矫阑咕暗男Ч?
巧設(shè)計(jì)應(yīng)對荷載難題
北京科技大學(xué)體育館的屋面
鋼結(jié)構(gòu)桿件較多，雖然影響了開天
窗的采光效果，但卻使得整個結(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，上面有小孔用來擰入桿件上的
螺栓，桿件通過這些節(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，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)這座場館的具體情況，他們在其基礎(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，這樣就把原來的四邊形網(wǎng)格變成了三角形網(wǎng)格。這個改進(jìn)看起來簡單，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，還同時提高了整個屋面在斜方向的受力性能，也減小了網(wǎng)架整體受力對單個桿件的依賴，有效地提高了結(jié)構(gòu)的安全性能。
增厚度除跨度難題
大跨度是體育場館的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)常遇到的問題，北京科技大學(xué)體育館也不例外。大跨度會帶來怎樣的問題？舉個例子，比如我們拿兩塊磚，上面放一個木板，然后幾個人坐在上面。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，就不存在這個問題。
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)大跨度帶來的問題。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)的比賽場地對凈空又有要求（也就是說在室內(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”區(qū)域限制在了一個比較小的范圍內(nèi)。一個新的難題擺在了設(shè)計(jì)者面前。
最后的解決方法是將屋面做成一個四面坡狀的鋼結(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。同時也巧妙地滿足了屋面對雨水有組織排放的設(shè)計(jì)要求。
常強(qiáng)說，在鋼結(jié)構(gòu)上還有一個有意思的設(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，但問題是，隨著季節(jié)變化和早晚溫差，鋼結(jié)構(gòu)會發(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疑也會跟著“走”，但玻璃幕墻和下部結(jié)構(gòu)之間的封口是不動的，這種“上動下不動”的情況會扯動玻璃幕墻，對它造成破壞。
于是，設(shè)計(jì)者專門設(shè)計(jì)了一個滑動
支座，用來“掛”玻璃幕墻。這樣，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)因冷縮熱脹發(fā)生位移的時候，吊掛玻璃幕墻的
構(gòu)件就會在滑槽內(nèi)相對運(yùn)動，從而保持一種靜止的狀態(tài)，避免了它遭到破壞。
未雨綢繆從容面對賽后
現(xiàn)在新建奧運(yùn)場館在設(shè)計(jì)時都充分考慮了賽后利用的問題，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。栗鐵說，這個場館是一個高校的體育館，很多教學(xué)活動都要在里面進(jìn)行，所以相比其他面向社會的場館，它的利用率相對要高一些。在滿足奧運(yùn)會需要這一首要目標(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，科大體育館在奧運(yùn)會時共有標(biāo)準(zhǔn)座席8000個，會后為5000個。會時的8000座席有4000為臨時看臺，位于兩側(cè)觀眾席的上部，用腳手架搭建。在會后，這些臨時看臺將被拆除，而原來搭建臨時看臺的平臺，將被建成籃球訓(xùn)練場，可以為學(xué)校的籃球隊(duì)提供一個很好的訓(xùn)練環(huán)境。原先兩邊臨時看臺的位置都能各提供一個標(biāo)準(zhǔn)籃球場，在標(biāo)準(zhǔn)場的兩邊，還各有一個半場，這一下等于多建了4個籃球場。
會后的座席為5000個，而現(xiàn)在只有4000個永久座席，還有1000個座席怎么辦？設(shè)計(jì)者在永久看臺下安裝可以伸縮的活動看臺，就解決了這個問題。
另外，在科大體育館內(nèi)還要建一個游泳館，在賽后供學(xué)生使用。而賽事運(yùn)動員的更衣室，在賽后就可以直接轉(zhuǎn)換成游泳池的更衣室；而在比賽時的熱身場地，在賽后可以成為一個活動場地，供學(xué)生們進(jìn)行跳操、健身等活動；賽事的新聞中心，在賽后則可以成為學(xué)校開會使用的一個很好的場所……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那場期盼已久的盛會。假如到時有機(jī)會來到北京科技大學(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趣。
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