——访人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术项目负责人张利
访谈人物
张利，清华大学建筑学院院长，教授，博士生导师，国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术项目负责人。
曾作为北京冬奥申委规划部副部长以及申奥陈述人，代表中国向IOC做申奥陈述；作为张家口赛区总规划师以及北京赛区首钢园区冬奥项目设计负责人，带领设计团队完成国家跳台滑雪中心、首钢滑雪大跳台等多个冬奥场馆的规划设计；作为国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术项目负责人，带领科研团队完成多项新技术、新发明，并应用于冬奥场馆建设。
北京2022年冬奥会滑雪大跳台项目和跳台滑雪项目将分别在北京首钢滑雪大跳台和张家口赛区的国家跳台滑雪中心“雪如意”两个场馆举行。运动员们无论是在跳台上腾飞，还是借助大跳台翻越旋转，要想充分发挥技术水平，展现完美动作，都离不开高水准、高质量的跳台。
以前我国从未建设过这类符合国际比赛标准的跳台，因而两个场馆的建设充满挑战。日前，国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术项目负责人，清华大学建筑学院院长张利教授，讲述了科技是如何助力这两个场馆建设的。
张家口赛区设计和研发团队在场地踏勘，与国际专家现场交流。
赛道曲线精准表达，场馆建设应对挑战问：首钢滑雪大跳台和“雪如意”，由您主持设计的这两个项目都属于人工剖面赛道类场馆，请您介绍一下场馆的建设难度主要在哪。我们是怎样攻坚克难的？
张利：我国原来没有冬奥会比赛级别的场馆，这一类项目的竞赛曲线之所以叫人工剖面，是因为预计运动员比赛所经过的赛道轨迹是一条经过精确计算的曲线，由国际雪联专家确定，而且这条曲线在比赛过程中不停更新。我们这次用到的是最新设计的赛道，赛道曲线的精准表达对于我们来说富有挑战。
虽然我国在山地里施工类似桥梁的结构很有经验，因为修过很多道桥，但那毕竟是跟车接触，而这次需要跟运动员的身体和他们的雪具接触，所以对赛道表面有特殊要求。也就是说，要使赛道表面达到4厘米厚的精度，这是一个挑战。
我们采取了两种做法。第一种是全部的BIM，也就是通过数字控制系统，尽量去控制在建造过程中设计的精度，包括预期山体沉降所造成的影响，并把它消化掉。第二种是通过精确的动态监测，去监测实际发生的变化和误差，做相应的修正。因为山地施工和城市施工最大的区别，就是它的环境变化会超出预期。在这方面，我们有精确测量雪面冰面完成面平整度、温度等的小车，及时反馈动态监测结果，据此做精确的调整。
问：冰雪运动是非常惊险刺激的赛事，赛道质量对于运动员的竞赛成绩和竞赛安全有很大影响，我们在这方面做了哪些保障工作？
张利：在竞赛安全这方面，对于运动员来说，首先要保证赛道的精确，因为赛道本身的计算已经对运动员的安全，包括运行轨迹做出了一定的预期，运动员也预期赛道能给他相应的反馈。其次是利用新的赛道技术，比如这次是在冬奥会历史上，第一次使用冰筑滑道的技术。为什么以前冬奥会比赛都是陶瓷的助滑赛道，这次是冰的助滑赛道？因为运动员喜欢冰增加的跟雪橇之间黏滑的感觉，相对来说，这样能得到更明确的支撑反馈，得到更安全的心理暗示。此外，我们还做了防护网的设计等，这一切都依赖于精确的建造。也就是说，我们在全力保障完成计算体系下运动员的安全，把计算体系精确转化到建成体系里去。
首钢滑雪大跳台“飞天飘带”
注重环保和体感，“雪如意”追求“称心如意”问：“雪如意”依山而建，施工难度很大。现在人们越来越注重环保，这种依山而建的场馆是怎么兼顾施工与环保的？
张利：大概考虑了三点。第一，最小化的生态足迹。之前四五届冬奥会，相应的主办国家或者主办城市的跳台滑雪中心都是直接建在山体地表，这样不但会增加山体地表修复的难度，还切断了山体表面生态系统的联系。当然，好处无非是施工量相对小一些。我们这次下了决心，把8到15米长的跳台竞赛赛道整个支在山体上，这样赛道底下就相当于桥落地的系统是落在生态系统表面的，剩下的生态系统还可以很好地维持原貌。也就是说，赛道做完以后，地表径流可以继续，这就意味着生物的恢复、物种的迁徙都可以继续，实现了最小化的生态足迹。
第二，预制和模块化。在山里修任何东西，一定要做好单元式替换的心理准备，因为有些东西随着气候变化需要更新。这就需要模块化设计，一定要把模块化的东西拷贝留存，以备不时之需。就像汽车，有很多集成好的模块，哪个模块坏了，就换掉哪个模块。在冬季项目中有大量临时设施，对于临时设施来说，预制和模块化尤其重要。预制模块化的东西又叫韧性功能模块，它具备保温能力、结构支撑能力和空间容纳能力。比如集装箱、帐篷房、板房，这三类基本都可以划归到这个体系中。对这个体系，我们要求在冬奥会时对地表产生零接触，也就是它移走以后没有任何足迹残留。由于技术改进，采用了复合式墙体，在保温性能上，房子已经远远好于往届冬奥会比赛使用的帐篷和临时房屋。
第三，尽可能低的碳足迹。在碳足迹方面，所有材料能够用碳足迹低的，就绝不用碳足迹高的，包括对金属板厚度的选择、对结构连接螺丝的选择等，都是从这个角度出发去考虑的。
问：虽然冰雪赛事十分精彩，但是在冬季观赛，对于很多冰雪爱好者来说，也是一项不小的考验，因为户外环境实在太冷了。而且像“雪如意”这样的场馆又是依山而建，在这种高寒的山地环境下，对于改善观众的观赛体验，做了哪些保障？
张利：实际上，观赛体验主要是体感问题。如果去看过冬奥会或者冬季的世界锦标赛，一定有体会，就是坐不住。平昌冬奥会气温是零下5摄氏度，利勒哈默尔冬奥会当年气温接近零下10摄氏度，而这次北京冬奥会，预计崇礼最极端的晚上比赛气温约为零下15摄氏度。如何提升观众体感温度，成了最大的课题。
不用去想怎么把场景加热，比如加热座席，没用！加热这一点不管用。解决方案来自曹彬老师领导的团队，采用的是人穿戴式方案，用以提升体表温度。他们有一个专门模仿人上半身实际温度变化的设备，被形象地称为“假人”，用来研究穿什么样的衣物、用什么样的坐垫能够帮助提升体感温度。经过反复测试，现在已经能够保证即使在零下40摄氏度的情况下，体感温度也可以达到0摄氏度左右。这是一个很大的提升。
张家口赛区国家跳台滑雪中心“雪如意”
“飞天飘带”立变技巧曲线，季节转换与赛后利用兼得问：首钢滑雪大跳台实现了一台两用，也就是说，单板滑雪大跳台和自由式滑雪空中技巧都可以在这个场地进行转换使用。虽然这次冬奥会上两个项目并不都在这个大跳台进行，但它对场馆的赛后利用起到了示范作用。听说这个技术在全球是首次实现，请您详细介绍一下。
张利：国际雪联这两项比赛相应的管理者都有可持续发展的绿色意识。原来这两项比赛是彻底分开的，一项在城市广场举行，偏极限，就像在首钢园区举行的单板滑雪大跳台项目；另一项空中技巧项目经常在山区举行。这两个项目曲线虽然包含类似的助滑、加速起跳、落地三个部分，但原本差别非常大，基本上不具备兼容性。相对来说，空中技巧曲线水平落点更长，而单板大跳台曲线更短，但更陡。
两项比赛的管理者在得知我们有这样的想法后都很支持，大概用两天的时间通力合作，把两条曲线尽量做得兼容。最终，助滑的大部分和完整的落地区是重叠的，只有从助滑的最后约1/6到起跳区前面的约2/3这部分是有变化的。也就是说，将首钢滑雪大跳台“飞天飘带”进行一定的处理，它就能变成空中技巧的竞赛曲线。具体而言，在首钢滑雪大跳台上，利用设备的诸多接口，留下可能安装附加结构的地方，使用大概600个钻石型结构，组合堆叠成需要的形状。这种钻石晶体式搭接完成以后，再附上一块板，就可以实现48小时之内，从原来滑雪大跳台的曲线变成空中技巧的曲线。
问：赛道在冬夏两季的转换是一个难题，您和团队是怎么去解决的？
张利：第一，关于冬夏转换，大概分成两种情况。一种是像“雪如意”这样，本身就具有夏季比赛的潜力，只要充分把潜力发挥出来就行。比如这次我们用的助滑道，原来用陶瓷颗粒的时候，夏季比赛的感觉和冬季是不一样的，现在用冰筑滑道，在陶瓷表面喷一层很浅的水以后，在雪橇上的感觉就和冬季比赛几乎完全一样。在跳台滑雪比赛落地区，用人工草喷水以后，摩擦力和弹性基本接近雪面，这样冬季比赛基本可以在夏季实现。从比赛内部逻辑上，实现了全季的使用。另一种是当冬夏季不可以做这种完美转换的时候，对某些比赛场地，比如首钢单板滑雪大跳台，使用的是模仿雪的方式。有一种材料叫“金针菇”，实际是一种合成材料，底下是一个柔软的垫子，上面织有一些纤维状突起，表面有一个小球，像金针菇一样，在人工滑雪场或者一些模拟滑雪的机器上可以见到。空中技巧也好，单板大跳台也好，运动员在空中完成腾跃以后，落地瞬间对膝盖的冲击力很大，而“金针菇”正好能够吸收相当的能量。利用这种替代材料虽然不能完美复制冬季比赛的感觉，但仍可以使运动员在一定程度上去适应。
第二，更重要的是，除了运动员教练员以外，任何一个冬奥体育场馆，要想在四季跟正常的市民使用发生关系，一定得有亲民的属性。如果说冬季运动员是超人，那一般市民则是常人，常人使用一个山里的目的地设施时，常用的方式是登山、慢行、长时间停留等，我们要把这些常人使用情境融入冬季比赛的超人设施。典型的像“雪如意”，结束区为什么设计成一个平的足球场，而不是惯用的一个反坡？因为考虑到要在这里承接大型的活动。而大型的活动，从室外音乐会到产品发布会，再到活动开闭幕式等，场地默认大小就是一个90米长的最小足球场。在“雪如意”上面有顶峰俱乐部，市民到达顶峰以后，除了看一看“雪如意”，还可以有别的体验。在这4000平方米的无柱空间，可以举行集会、展览、会议，还可以进行聚餐等。沿着“雪如意”的周边，设计了四条台阶路，一共几千级，这是超过比赛维护需求的。在这里，市民可以登山、慢行，甚至进行超过两个半小时的停留。这样，它就有可能成为一个旅游目的地，在赛后得到更好的利用。
来源：《人民周刊》2022年第2期
