2008年奧運會新建場館之一的北京科技大學體育館目前正在熱火朝天地建設中。這座位于大學校園內(nèi)的體育館外形大氣、線條硬朗，在北京奧運會時將在此舉行柔道、跆拳道比賽，在殘奧會時還將承擔輪椅籃球和輪椅橄欖球的比賽。那么，這座奧運場館的設計是建立在怎樣的理念基礎上？它采用了哪些新的技術和材料？在賽后它又將發(fā)揮怎樣的作用？對于這些問題，設計場館的專家向記者做了詳細的介紹。
硬朗外形凸現(xiàn)厚重傳統(tǒng)
北京科技大學體育館是座奧運場館，除了五環(huán)賦予它強烈的奧運氣息外，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。
體育館的設計者之一、清華大學建筑設計研究院的工程師栗鐵介紹說，北京科技大學的中軸線由學校西門向東延伸，經(jīng)過學校的主樓、圖書館、體育場，可以說，學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。當初，之所以要考慮這條中軸線，是因為它形成已久，將體育館建在上面，除了與整體更加協(xié)調(diào)之外，也是對學校“文脈”的一種呼應。
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，使這座奧運場館看上去莊嚴而穩(wěn)重。栗鐵說，由于北京科技大學的前身是北京鋼鐵學院，所以在設計這座場館的時候就強調(diào)它的氣質(zhì)應當是“沉穩(wěn)、凝重、有氣勢”。而從體育館的外形中，不管是老鋼鐵學院的厚重感還是理工科院校的嚴謹，我們都不難找到。“體育館的設計和學校的氣質(zhì)是非常吻合的。”栗鐵說。
除了學校的特征外，在體育館的外形上，你還能找到它所承擔的奧運比賽的蹤跡。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志，也是這兩個項目的重要特征。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于“帶”的信息。
栗鐵說，“帶”的設計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，體育館頂部的設計有很大不同。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？
利用日光促進節(jié)能降耗
這些“球體”實際上是安放在屋頂上
采光罩，它們是一種稱為“光導管照明系統(tǒng)”的
設備的一部分,“光導管”技術可以充分利用
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，同時也是最大亮點。
栗鐵介紹說，體育館的鋼屋架是
網(wǎng)架結構，
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。而使用光導管，就可以很好的解決這個問題。
光導管照明系統(tǒng)主要由三部分組成：采光罩、光導管和漫射器。采光罩剛才我們已經(jīng)見識過了，在它的下面就是折射管。光導管是該照明系統(tǒng)的關鍵部分，在它的管壁內(nèi)涂有
折射率最高為99.7％的材料，當陽光透過采光罩進入光導管，就會在管壁內(nèi)產(chǎn)生多次折射，直到進入室內(nèi)。
光導管穿過鋼屋架，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的超低能耗樓時，已經(jīng)下午5點鐘了，但光導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，采集的光源應當足夠保證室內(nèi)的使用。
光導管的采光效果同它的長度關系密切，管子越長，光的損耗越大。而科大體育館光導管長達8米，對采光效果會造成一定的影響，所以設計者使用了口徑更大的光導管，因為更大的口徑可以保證更大的進光量。根據(jù)最新的
招標結果，科大體育館將安裝148個直徑為530mm的光導管，成為北京奧運會奧運比賽場館中安置光導管最多的場館之一。
需要指出的是，光導管技術是為賽后利用時的節(jié)能降耗而使用的。由于奧運會比賽的電視轉(zhuǎn)播照明要求使用人工光源，由特殊的燈具來提供照明，所以奧運會后才是光導管大顯身手的時候。使用光導管后，在陽光比較好的情況下，它采集的光線能滿足體育訓練的要求，這樣學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。由于光導管是密閉的，不需要太多維護，可以有效地節(jié)省維護費用。光導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?
巧設計應對荷載難題
北京科技大學體育館的屋面
鋼結構桿件較多，雖然影響了開天
窗的采光效果，但卻使得整個結構更加牢固。科大體育館的屋面鋼結構采用的是
螺栓球鋼網(wǎng)架結構。鋼網(wǎng)架結構比較容易理解，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)點連接在一起，便組成了鋼網(wǎng)架。
負責鋼
結構設計的清華大學建筑設計研究院的常強工程師介紹說，出于經(jīng)濟性考慮，選用的螺栓球鋼網(wǎng)架結構是一種比較成熟的技術，為使它能夠更好適應這座場館的具體情況，他們在其基礎上進行了一些改進。
為了充分地利用空間，體育館的不少設備間是直接“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減小了許多，一般常用的螺栓尺寸就可以滿足要求了。
設計者指出，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，有效地提高了結構的安全性能。
增厚度除跨度難題
大跨度是體育場館的鋼結構設計經(jīng)常遇到的問題，北京科技大學體育館也不例外。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，人坐在上面問題也不大。但如果兩塊磚距離很遠，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。
鋼結構就像木板，而跨度則像是兩塊磚之間的距離。鋼結構越厚，
承載力越大，才能更適應大跨度帶來的問題。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計者面前。
最后的解決方法是將屋面做成一個四面坡狀的鋼結構，這樣，就使鋼網(wǎng)架變大變厚，大大提高了結構的承載力和
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計要求。
常強說，在鋼結構上還有一個有意思的設計。體育館的南北立面都是
玻璃幕墻，而它們也都是“掛”在屋面鋼結構上的，但問題是，隨著季節(jié)變化和早晚溫差，鋼結構會發(fā)生冷縮熱脹，延伸的最大幅度可以達到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構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，設計者專門設計了一個滑動
支座，用來“掛”玻璃幕墻。這樣，當鋼結構因冷縮熱脹發(fā)生位移的時候，吊掛玻璃幕墻的
構件就會在滑槽內(nèi)相對運動，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)在新建奧運場館在設計時都充分考慮了賽后利用的問題，而北京科技大學體育館在賽后利用上具有得天獨厚的優(yōu)勢。栗鐵說，這個場館是一個高校的體育館，很多教學活動都要在里面進行，所以相比其他面向社會的場館，它的利用率相對要高一些。在滿足奧運會需要這一首要目標之后，設計者們也充分考慮了如何能更好地進行賽后利用。
栗鐵說，科大體育館在奧運會時共有標準座席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，將被建成籃球訓練場，可以為學校的籃球隊提供一個很好的訓練環(huán)境。原先兩邊臨時看臺的位置都能各提供一個標準籃球場，在標準場的兩邊，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？設計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，在賽后供學生使用。而賽事運動員的更衣室，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，供學生們進行跳操、健身等活動；賽事的新聞中心，在賽后則可以成為學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。假如到時有機會來到北京科技大學體育館，那么當您在欣賞激烈地柔道、跆拳道比賽之余，再去細心品位一下這座體育館中所蘊涵的人文氣息和科學設計，定能感受到一種不一樣的樂趣。
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