「水」轉「冰」——打開2022冬奧會的黑科技

2022-02-13   小空是只皮卡丘

原標題:「水」轉「冰」——打開2022冬奧會的黑科技

「水立方」是世界上首座完成「水冰轉換」的奧運場館。無論是「水立方」還是「冰立方」,「綠色」都是它們不褪色的標籤。凝水成冰,國家游泳中心完成雙奧任務的背後,又有什麼樣的秘密?

凝水成冰

把「水立方」凍成「冰立方」需要幾步?凍上就行?不不不……看上去只是字面上多了「兩點」,事實並沒有那麼簡單。

為了實現「冰」「水」自由切換、讓場館一年四季都得到充分利用是最大的挑戰。國家游泳中心聯合哈爾濱工業大學等組建科研團隊,提出了前所未有的構想——在泳池上方架設可拆卸冰場。

冰壺比賽對冰面要求極高,每平方米賽道在承受150公斤重量的情況下,冰面變形不能超過1毫米。而支撐冰面的「骨架」分為8層,可轉換的鋼結構,是冰壺賽道最基礎的一層,想要保證冰面不變形,必須要做到穩健又牢固。它是由2600根3米高、2米長的鋼搭建而成,每根樑柱裝有柱腳,每個連接點裝有可拆卸高強度螺栓,確保鋼架堅固結實。另外,鋼架上還裝有傳感器,稍有一點震動或不穩都能監測到。

有了鋼筋鐵骨,還得有冰肌雪膚——鋪設的最上層,就是600根製冰排管,製冰排管相當於毛細血管一樣與動脈靜脈相連。而室外製冷機組就是「心臟」,將載冷劑通過管道循環輸送至製冰場,保證賽場製冰順利進行。

通過層層澆水,形成大約5-6厘米的底冰,然後在底冰上面封一層白色底漆。在底漆上,鋪設賽事景觀和logo,之後再澆水,形成大約2厘米左右的冰面,最終,形成一個完整的冰面。整個過程至少需要澆50-60次的水。而為了維護冰面,場館的濕度控制也很重要,布袋風管源源不斷地將乾冷空氣送入比賽大廳,並將大廳內的濕熱空氣帶出去。

這樣一套「冰水轉換」系統建成後,只用二十天時間,「水立方」就能通過快速組裝搭建變成「冰立方」。

升級換代

夜色中,充滿一個個泡泡外表的「冰立方」格外夢幻。隨著音樂變化出七彩的光芒,猶如一出光影童話劇正在這裡上演。但又有誰知道,「水立方」標誌性的泡泡膜屋頂,曾經差點使「變身」失敗。

2008年的北京夏奧會,「水立方」設計出半透明式屋頂,整棟建築透光性好,可以充分利用自然光線變化滿足場館內泳池溫度需求。但陽光卻是冰面的天敵!為了順利變身,工程設計團隊決定給「冰立方」穿上一層「防曬服」。

為了找到合適材料,團隊反覆模擬試驗,最終選擇一種厚約0.26毫米的膜材,覆蓋在「水立方」的每個泡泡上,有效將游泳館的高溫高濕環境變成冰壺場地所需的低溫低濕環境,並降低熱輻射對製冰系統運轉的負荷。

除此之外,工程師還為冰壺賽場建立了一套「健康監測」系統,包含加速傳感器、應變傳感器、環境溫度傳感器等,不僅能監測結構的變形、震動,還能監測環境溫度和整體結構傾角,對結構的安全性和比賽舒適度進行實時評估。

冰面要始終保持低溫,那觀眾也要跟著瑟瑟發抖嗎?當然不是。大廳內的不同點位設置了傳感設備,感知著比賽大廳溫濕度、聲光等環境的變化,場館的群智能系統會根據數據反饋的實際情況自動調節。最終可實現室內高大空間溫度的分區調控。冰壺賽場內會確保三種不同溫度並存——賽道需要始終保持-8.5℃;冰面上方1.5米控制在10℃左右;看台區溫度則在16℃到18℃之間,由座椅下的出風口吹出熱風,確保觀眾舒適觀賽。

「北京正在用一個充滿智慧的方式舉辦奧運會。」 2018年9月,國際奧委會副主席、北京冬奧會協調委員會主席小薩馬蘭奇來到國家游泳中心「水立方」,對場館的變身,驚嘆不已。

2019年底,「水立方」第一次圓滿完成「水冰轉換」,耗時近60天。2020年12月,第二次「水冰轉換」的結構搭建順利完成,僅用十幾天,達到「科技冬奧」重點專項的既定目標。

昨天下午,在國際奧委會吹風會上,國際奧委會奧運會部運行主任皮埃爾·杜克雷在會上表示,北京是第一座雙奧之城,這是優勢,現在用的很多場館都是2008年奧運會的場館,比如以前的「水立方」變成「冰立方」,這是非常驕傲的事情,現有的遺產重複利用,可以充分體現奧運會的目標。

冬奧會賽後,國家游泳中心比賽大廳將可實現「冰水」自由切換,讓北京奧運場館遺產再次煥發活力。