編者按:

奮進(jìn)的中國(guó)再度點(diǎn)燃激情與夢(mèng)想的圣火，世界翹首以待的北京冬奧會(huì)將于2022年2月4日開(kāi)幕。

“水立方”變身“冰立方”、“百米級(jí)、分鐘級(jí)”精準(zhǔn)氣象預(yù)報(bào)、國(guó)家速滑館世界跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面、5G信號(hào)覆蓋所有場(chǎng)館、8K比賽畫(huà)面實(shí)時(shí)傳輸……科技冬奧是北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)的主要特色，是體現(xiàn)我國(guó)綜合國(guó)力的舞臺(tái)，更是實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的舞臺(tái)。

中國(guó)科協(xié)網(wǎng)開(kāi)設(shè)“科技冬奧的背后故事”專題，挖掘冬奧高科技的幕后故事、幕后英雄，展現(xiàn)中國(guó)科協(xié)所屬全國(guó)學(xué)會(huì)及廣大科技工作者在“科技冬奧”中的拼搏、奉獻(xiàn)、創(chuàng)新、超越，記錄科技工作者助力北京冬奧冰雪史詩(shī)的感人故事。

“北京正在用一個(gè)充滿智慧的方式舉辦奧運(yùn)會(huì)。”2018年9月，國(guó)際奧委會(huì)副主席、北京冬奧會(huì)協(xié)調(diào)委員會(huì)主席小薩馬蘭奇來(lái)到國(guó)家游泳中心“水立方”。國(guó)家游泳中心以動(dòng)畫(huà)形式現(xiàn)場(chǎng)演示了“水立方”變身“冰立方”的過(guò)程，小薩馬蘭奇看后很是驚嘆。

2021年12月，“冰立方”冰上運(yùn)動(dòng)中心順利通過(guò)竣工驗(yàn)收，正式交付北京冬奧組委使用。

從“水立方”到“冰立方”，看上去只是字面上多了兩點(diǎn)，但事實(shí)上，絕不是把水凍成冰面那么簡(jiǎn)單。

對(duì)于參與“水立方”改造的中國(guó)建筑學(xué)會(huì)資深會(huì)員、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)建筑師分會(huì)理事、北京市建筑設(shè)計(jì)研究院副總建筑師鄭方，國(guó)家游泳中心總經(jīng)理、場(chǎng)館運(yùn)行團(tuán)隊(duì)后勤副主任楊奇勇等人來(lái)說(shuō)，這是一場(chǎng)持久的“硬仗”。

早在2003年8月，鄭方就曾加入國(guó)家游泳中心設(shè)計(jì)聯(lián)合體，負(fù)責(zé)“水立方”的設(shè)計(jì)工作。“這是時(shí)代賦予我們的機(jī)遇。”鄭方說(shuō)。

2015年，北京冬奧會(huì)申辦成功。楊奇勇拉著鄭方一起商量如何為冬奧盡力，如何將“水立方”改造成冬奧場(chǎng)館。

游泳池改成冰場(chǎng)這件事，以往只在日本東京的一個(gè)小體育館做過(guò)。這個(gè)小場(chǎng)館夏天是游泳池，冬天鋪上冰場(chǎng)進(jìn)行社區(qū)活動(dòng)。但是，北京冬奧會(huì)的冰場(chǎng)，需要的是世界上標(biāo)準(zhǔn)最高、技術(shù)要求最嚴(yán)格的冰。

水立方變成冰立方

2017年4月，楊奇勇和鄭方兩人一起到瑞士巴塞爾觀看男子冰壺世錦賽，研究可拆裝制冰系統(tǒng)，并向世界冰壺聯(lián)合會(huì)介紹了“水立方”改造成“冰立方”的方案。

然而，世界冰壺聯(lián)合會(huì)的技術(shù)官員們面對(duì)冰壺場(chǎng)地的復(fù)雜性，顯得憂心忡忡。好在世界冰壺聯(lián)合會(huì)主席凱特·凱斯尼斯支持“水立方”進(jìn)行水冰轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，條件是：如果實(shí)驗(yàn)不成功，立即采取澆筑砼的方案。

這次換楊奇勇憂心忡忡了：“到了冬奧會(huì)，‘水立方’的游泳池要澆上砼、改成冰場(chǎng)？我覺(jué)得不成啊，這是全世界最快的游泳池，真要澆上砼，我就當(dāng)場(chǎng)辭職。”

“放心，咱們國(guó)家建筑工業(yè)化體系發(fā)展這么久了，還有那么多優(yōu)秀的科學(xué)家，預(yù)制裝配場(chǎng)地一定能達(dá)到與現(xiàn)澆砼場(chǎng)地一樣的性能。”鄭方的話給了楊奇勇信心。 

楊奇勇了解到哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張文元教授研究力學(xué)和結(jié)構(gòu)性能，能夠解決怎么讓冰場(chǎng)堅(jiān)固穩(wěn)定的問(wèn)題；鄭方了解到清華大學(xué)建筑學(xué)院的江億院士是著名空調(diào)制冷和環(huán)境專家。于是，兩人一起到清華大學(xué)拜訪，懇請(qǐng)江億加入，指導(dǎo)科研隊(duì)伍研究室內(nèi)環(huán)境和氣流組織。

后來(lái)，“水立方”冬夏場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的研究，先后獲得了北京市科委課題和科技部“科技冬奧”專項(xiàng)的支持。

水立方施工改造現(xiàn)場(chǎng)

經(jīng)過(guò)來(lái)自清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京交通大學(xué)等4所大學(xué)和中建一局、商湯科技等科研團(tuán)隊(duì)齊心協(xié)力，攻堅(jiān)克難，終于成功研發(fā)冬夏場(chǎng)景智能轉(zhuǎn)換體系，包括可轉(zhuǎn)換場(chǎng)地、可調(diào)節(jié)環(huán)境、智慧場(chǎng)景控制和增強(qiáng)觀賽體驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)。“水立方”通過(guò)“水冰轉(zhuǎn)化”，成功變身為“冰立方”。

根據(jù)改造方案，國(guó)家游泳中心改造涉及建筑、結(jié)構(gòu)、防水、膜維修等工程領(lǐng)域，約70個(gè)獨(dú)立施工區(qū)，50000平方米的改造面積。其中，難度最大的是要在保有“水立方”水上功能的基礎(chǔ)上，新增冰上功能的“水冰轉(zhuǎn)換”。即在比賽大廳中部，通過(guò)搭建可轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及安裝可拆裝制冰系統(tǒng)，形成具有多條標(biāo)準(zhǔn)賽道的冰壺場(chǎng)地。

“‘冰立方’冰上運(yùn)動(dòng)中心整體建筑面積約8000平方米，由一塊1830平方米的標(biāo)準(zhǔn)冰場(chǎng)、一塊標(biāo)準(zhǔn)冰壺場(chǎng)地及配套服務(wù)設(shè)施組成。”楊奇勇介紹，寬敞的冰場(chǎng)上方設(shè)置一個(gè)直徑13米的大采光井，通過(guò)引入室外光實(shí)現(xiàn)自然采光。據(jù)測(cè)算，僅這種采光方式每年就可節(jié)省用電約2.6萬(wàn)度。

2019年底，“水立方”第一次圓滿完成“水冰轉(zhuǎn)換”，耗時(shí)近60天。2020年12月，第二次“水冰轉(zhuǎn)換”的結(jié)構(gòu)搭建順利完成，僅用十幾天，達(dá)到“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)的既定目標(biāo)。

而讓楊奇勇欣慰的是，冬奧會(huì)賽后，國(guó)家游泳中心比賽大廳將可實(shí)現(xiàn)“水上功能”和“冰上功能”的自由切換，讓北京奧運(yùn)場(chǎng)館遺產(chǎn)再次煥發(fā)活力，生動(dòng)實(shí)踐體育場(chǎng)館“反復(fù)利用、持久利用、綜合利用”的“中國(guó)經(jīng)驗(yàn)”。

“要直接從一個(gè)夏季奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館改造成冬季奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館，這在建筑歷史上鮮有先例，其難度可想而知。”國(guó)家游泳中心“水冰轉(zhuǎn)換”設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人孫衛(wèi)華表示。

冰立方里的測(cè)試驗(yàn)證

“2003年夏天，我第一次來(lái)到‘水立方’的時(shí)候，這兒還是一片荒地。”而今，再次參與“水立方”改造的鄭方說(shuō)，“作為一個(gè)建筑師，有幸設(shè)計(jì)這些奧運(yùn)場(chǎng)館，為這座千千萬(wàn)萬(wàn)人生活和熱愛(ài)的‘雙奧之城’描繪輝煌的畫(huà)面、創(chuàng)造美好的場(chǎng)景，是我一生的榮耀。”

回想“異想天開(kāi)”的方案、攻堅(jiān)克難的試驗(yàn)，到第一次試驗(yàn)成功時(shí)“策略基本得到認(rèn)可”，再到達(dá)到冬奧標(biāo)準(zhǔn)“運(yùn)動(dòng)員沒(méi)有投訴”。楊奇勇說(shuō)，“‘水冰轉(zhuǎn)換’從暢想到現(xiàn)實(shí)，彰顯了中國(guó)科技力量，更彰顯中國(guó)科技工作者自立自強(qiáng)的時(shí)代擔(dān)當(dāng)。現(xiàn)在來(lái)看，我們不僅完成了曾經(jīng)‘不可能完成’的任務(wù)，以后還會(huì)更精彩。”

中國(guó)科協(xié)信息中心供稿