張利，清華大學(xué)建筑學(xué)院院長，教授，博士生導(dǎo)師，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項——人工剖面賽道類場館新型建造、維護(hù)與運(yùn)營技術(shù)項目負(fù)責(zé)人。

曾作為北京冬奧申委規(guī)劃部副部長以及申奧陳述人，代表中國向IOC做申奧陳述;作為張家口賽區(qū)總規(guī)劃師以及北京賽區(qū)首鋼園區(qū)冬奧項目設(shè)計負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)設(shè)計團(tuán)隊完成國家跳臺滑雪中心、首鋼滑雪大跳臺等多個冬奧場館的規(guī)劃設(shè)計;作為國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項——人工剖面賽道類場館新型建造、維護(hù)與運(yùn)營技術(shù)項目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊完成多項新技術(shù)、新發(fā)明，并應(yīng)用于冬奧場館建設(shè)。

北京2022年冬奧會滑雪大跳臺項目和跳臺滑雪項目將分別在北京首鋼滑雪大跳臺和張家口賽區(qū)的國家跳臺滑雪中心“雪如意”兩個場館舉行。運(yùn)動員們無論是在跳臺上騰飛，還是借助大跳臺翻越旋轉(zhuǎn)，要想充分發(fā)揮技術(shù)水平，展現(xiàn)完美動作，都離不開高水準(zhǔn)、高質(zhì)量的跳臺。

以前我國從未建設(shè)過這類符合國際比賽標(biāo)準(zhǔn)的跳臺，因而兩個場館的建設(shè)充滿挑戰(zhàn)。日前，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項——人工剖面賽道類場館新型建造、維護(hù)與運(yùn)營技術(shù)項目負(fù)責(zé)人，清華大學(xué)建筑學(xué)院院長張利教授，講述了科技是如何助力這兩個場館建設(shè)的。

問：首鋼滑雪大跳臺和“雪如意”，由您主持設(shè)計的這兩個項目都屬于人工剖面賽道類場館，請您介紹一下場館的建設(shè)難度主要在哪。我們是怎樣攻堅克難的？

張利：我國原來沒有冬奧會比賽級別的場館，這一類項目的競賽曲線之所以叫人工剖面，是因為預(yù)計運(yùn)動員比賽所經(jīng)過的賽道軌跡是一條經(jīng)過精確計算的曲線，由國際雪聯(lián)專家確定，而且這條曲線在比賽過程中不停更新。我們這次用到的是最新設(shè)計的賽道，賽道曲線的精準(zhǔn)表達(dá)對于我們來說富有挑戰(zhàn)。

雖然我國在山地里施工類似橋梁的結(jié)構(gòu)很有經(jīng)驗，因為修過很多道橋，但那畢竟是跟車接觸，而這次需要跟運(yùn)動員的身體和他們的雪具接觸，所以對賽道表面有特殊要求。也就是說，要使賽道表面達(dá)到4厘米厚的精度，這是一個挑戰(zhàn)。

我們采取了兩種做法。第一種是全部的BIM，也就是通過數(shù)字控制系統(tǒng)，盡量去控制在建造過程中設(shè)計的精度，包括預(yù)期山體沉降所造成的影響，并把它消化掉。第二種是通過精確的動態(tài)監(jiān)測，去監(jiān)測實(shí)際發(fā)生的變化和誤差，做相應(yīng)的修正。因為山地施工和城市施工最大的區(qū)別，就是它的環(huán)境變化會超出預(yù)期。在這方面，我們有精確測量雪面冰面完成面平整度、溫度等的小車，及時反饋動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，據(jù)此做精確的調(diào)整。

問：冰雪運(yùn)動是非常驚險刺激的賽事，賽道質(zhì)量對于運(yùn)動員的競賽成績和競賽安全有很大影響，我們在這方面做了哪些保障工作？

張利：在競賽安全這方面，對于運(yùn)動員來說，首先要保證賽道的精確，因為賽道本身的計算已經(jīng)對運(yùn)動員的安全，包括運(yùn)行軌跡做出了一定的預(yù)期，運(yùn)動員也預(yù)期賽道能給他相應(yīng)的反饋。其次是利用新的賽道技術(shù)，比如這次是在冬奧會歷史上，第一次使用冰筑滑道的技術(shù)。為什么以前冬奧會比賽都是陶瓷的助滑賽道，這次是冰的助滑賽道？因為運(yùn)動員喜歡冰增加的跟雪橇之間黏滑的感覺，相對來說，這樣能得到更明確的支撐反饋，得到更安全的心理暗示。此外，我們還做了防護(hù)網(wǎng)的設(shè)計等，這一切都依賴于精確的建造。也就是說，我們在全力保障完成計算體系下運(yùn)動員的安全，把計算體系精確轉(zhuǎn)化到建成體系里去。

問：“雪如意”依山而建，施工難度很大?，F(xiàn)在人們越來越注重環(huán)保，這種依山而建的場館是怎么兼顧施工與環(huán)保的？

張利：大概考慮了三點(diǎn)。第一，最小化的生態(tài)足跡。之前四五屆冬奧會，相應(yīng)的主辦國家或者主辦城市的跳臺滑雪中心都是直接建在山體地表，這樣不但會增加山體地表修復(fù)的難度，還切斷了山體表面生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系。當(dāng)然，好處無非是施工量相對小一些。我們這次下了決心，把8到15米長的跳臺競賽賽道整個支在山體上，這樣賽道底下就相當(dāng)于橋落地的系統(tǒng)是落在生態(tài)系統(tǒng)表面的，剩下的生態(tài)系統(tǒng)還可以很好地維持原貌。也就是說，賽道做完以后，地表徑流可以繼續(xù)，這就意味著生物的恢復(fù)、物種的遷徙都可以繼續(xù)，實(shí)現(xiàn)了最小化的生態(tài)足跡。

第二，預(yù)制和模塊化。在山里修任何東西，一定要做好單元式替換的心理準(zhǔn)備，因為有些東西隨著氣候變化需要更新。這就需要模塊化設(shè)計，一定要把模塊化的東西拷貝留存，以備不時之需。就像汽車，有很多集成好的模塊，哪個模塊壞了，就換掉哪個模塊。在冬季項目中有大量臨時設(shè)施，對于臨時設(shè)施來說，預(yù)制和模塊化尤其重要。預(yù)制模塊化的東西又叫韌性功能模塊，它具備保溫能力、結(jié)構(gòu)支撐能力和空間容納能力。比如集裝箱、帳篷房、板房，這三類基本都可以劃歸到這個體系中。對這個體系，我們要求在冬奧會時對地表產(chǎn)生零接觸，也就是它移走以后沒有任何足跡殘留。由于技術(shù)改進(jìn)，采用了復(fù)合式墻體，在保溫性能上，房子已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于往屆冬奧會比賽使用的帳篷和臨時房屋。

第三，盡可能低的碳足跡。在碳足跡方面，所有材料能夠用碳足跡低的，就絕不用碳足跡高的，包括對金屬板厚度的選擇、對結(jié)構(gòu)連接螺絲的選擇等，都是從這個角度出發(fā)去考慮的。

問：雖然冰雪賽事十分精彩，但是在冬季觀賽，對于很多冰雪愛好者來說，也是一項不小的考驗，因為戶外環(huán)境實(shí)在太冷了。而且像“雪如意”這樣的場館又是依山而建，在這種高寒的山地環(huán)境下，對于改善觀眾的觀賽體驗，做了哪些保障？

張利：實(shí)際上，觀賽體驗主要是體感問題。如果去看過冬奧會或者冬季的世界錦標(biāo)賽，一定有體會，就是坐不住。平昌冬奧會氣溫是零下5攝氏度，利勒哈默爾冬奧會當(dāng)年氣溫接近零下10攝氏度，而這次北京冬奧會，預(yù)計崇禮最極端的晚上比賽氣溫約為零下15攝氏度。如何提升觀眾體感溫度，成了最大的課題。

不用去想怎么把場景加熱，比如加熱座席，沒用！加熱這一點(diǎn)不管用。解決方案來自曹彬老師領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，采用的是人穿戴式方案，用以提升體表溫度。他們有一個專門模仿人上半身實(shí)際溫度變化的設(shè)備，被形象地稱為“假人”，用來研究穿什么樣的衣物、用什么樣的坐墊能夠幫助提升體感溫度。經(jīng)過反復(fù)測試，現(xiàn)在已經(jīng)能夠保證即使在零下40攝氏度的情況下，體感溫度也可以達(dá)到0攝氏度左右。這是一個很大的提升。

問：首鋼滑雪大跳臺實(shí)現(xiàn)了一臺兩用，也就是說，單板滑雪大跳臺和自由式滑雪空中技巧都可以在這個場地進(jìn)行轉(zhuǎn)換使用。雖然這次冬奧會上兩個項目并不都在這個大跳臺進(jìn)行，但它對場館的賽后利用起到了示范作用。聽說這個技術(shù)在全球是首次實(shí)現(xiàn)，請您詳細(xì)介紹一下。

張利：國際雪聯(lián)這兩項比賽相應(yīng)的管理者都有可持續(xù)發(fā)展的綠色意識。原來這兩項比賽是徹底分開的，一項在城市廣場舉行，偏極限，就像在首鋼園區(qū)舉行的單板滑雪大跳臺項目;另一項空中技巧項目經(jīng)常在山區(qū)舉行。這兩個項目曲線雖然包含類似的助滑、加速起跳、落地三個部分，但原本差別非常大，基本上不具備兼容性。相對來說，空中技巧曲線水平落點(diǎn)更長，而單板大跳臺曲線更短，但更陡。

兩項比賽的管理者在得知我們有這樣的想法后都很支持，大概用兩天的時間通力合作，把兩條曲線盡量做得兼容。最終，助滑的大部分和完整的落地區(qū)是重疊的，只有從助滑的最后約1/6到起跳區(qū)前面的約2/3這部分是有變化的。也就是說，將首鋼滑雪大跳臺“飛天飄帶”進(jìn)行一定的處理，它就能變成空中技巧的競賽曲線。具體而言，在首鋼滑雪大跳臺上，利用設(shè)備的諸多接口，留下可能安裝附加結(jié)構(gòu)的地方，使用大概600個鉆石型結(jié)構(gòu)，組合堆疊成需要的形狀。這種鉆石晶體式搭接完成以后，再附上一塊板，就可以實(shí)現(xiàn)48小時之內(nèi)，從原來滑雪大跳臺的曲線變成空中技巧的曲線。

首鋼滑雪大跳臺“飛天飄帶”

問：賽道在冬夏兩季的轉(zhuǎn)換是一個難題，您和團(tuán)隊是怎么去解決的？

張利：第一，關(guān)于冬夏轉(zhuǎn)換，大概分成兩種情況。一種是像“雪如意”這樣，本身就具有夏季比賽的潛力，只要充分把潛力發(fā)揮出來就行。比如這次我們用的助滑道，原來用陶瓷顆粒的時候，夏季比賽的感覺和冬季是不一樣的，現(xiàn)在用冰筑滑道，在陶瓷表面噴一層很淺的水以后，在雪橇上的感覺就和冬季比賽幾乎完全一樣。在跳臺滑雪比賽落地區(qū)，用人工草噴水以后，摩擦力和彈性基本接近雪面，這樣冬季比賽基本可以在夏季實(shí)現(xiàn)。從比賽內(nèi)部邏輯上，實(shí)現(xiàn)了全季的使用。另一種是當(dāng)冬夏季不可以做這種完美轉(zhuǎn)換的時候，對某些比賽場地，比如首鋼單板滑雪大跳臺，使用的是模仿雪的方式。有一種材料叫“金針菇”，實(shí)際是一種合成材料，底下是一個柔軟的墊子，上面織有一些纖維狀突起，表面有一個小球，像金針菇一樣，在人工滑雪場或者一些模擬滑雪的機(jī)器上可以見到?？罩屑记梢埠?，單板大跳臺也好，運(yùn)動員在空中完成騰躍以后，落地瞬間對膝蓋的沖擊力很大，而“金針菇”正好能夠吸收相當(dāng)?shù)哪芰?。利用這種替代材料雖然不能完美復(fù)制冬季比賽的感覺，但仍可以使運(yùn)動員在一定程度上去適應(yīng)。

第二，更重要的是，除了運(yùn)動員教練員以外，任何一個冬奧體育場館，要想在四季跟正常的市民使用發(fā)生關(guān)系，一定得有親民的屬性。如果說冬季運(yùn)動員是超人，那一般市民則是常人，常人使用一個山里的目的地設(shè)施時，常用的方式是登山、慢行、長時間停留等，我們要把這些常人使用情境融入冬季比賽的超人設(shè)施。典型的像“雪如意”，結(jié)束區(qū)為什么設(shè)計成一個平的足球場，而不是慣用的一個反坡？因為考慮到要在這里承接大型的活動。而大型的活動，從室外音樂會到產(chǎn)品發(fā)布會，再到活動開閉幕式等，場地默認(rèn)大小就是一個90米長的最小足球場。在“雪如意”上面有頂峰俱樂部，市民到達(dá)頂峰以后，除了看一看“雪如意”，還可以有別的體驗。在這4000平方米的無柱空間，可以舉行集會、展覽、會議，還可以進(jìn)行聚餐等。沿著“雪如意”的周邊，設(shè)計了四條臺階路，一共幾千級，這是超過比賽維護(hù)需求的。在這里，市民可以登山、慢行，甚至進(jìn)行超過兩個半小時的停留。這樣，它就有可能成為一個旅游目的地，在賽后得到更好的利用。

張家口賽區(qū)國家跳臺滑雪中心“雪如意”