2022北京冬奥会六大场馆建筑照明设计解析

　　随着北京2022年冬奥会日益临近，北京这座城市也得到越来越多关注的目光。北京是首个世界＂双奥之城＂。2022年冬奥会最大程度使用2008年奥运会的遗产，是北京冬奥会场馆建设的一大特点。据了解，北京冬奥会和冬残奥会共使用39个场馆，有14个北京奥运会遗产，其中10个为场馆遗产，4个是土地遗产。
　　冬奥会是全世界优秀运动员的竞技盛会，也是展示中国科技创新成果的窗口与舞台，在场馆的规划设计当中应用了大批新技术、新成果，为冬奥会的顺利实施提供了高科技保障。
　　前面，中照网剧透了北京冬奥会各大场馆里的照明＂黑科技＂，这一次我们再来看看冬奥会各大场馆的建筑照明设计，会在夜间带来哪些全新的视觉体验。
　　国家游泳中心
　　——水立方
　　国家游泳中心座落在奥运公园南端，东临国家体育场，建筑面积80000m2，17000座，是迄今为止世界上最大的游泳馆。它的设计方案，是经全球设计竞赛产生的＂水的立方＂([H2O]3)方案。其与国家体育场(俗称鸟巢)分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。
　　照明设计理念
　　国家游泳中心的核心创意为力图营造一个以＂水＂为生命的空间，里面容纳人的各种与水相关的活动，让人享受水带来的各种美和快乐。游泳中心的结构体系采用了水在泡沫形态下的微观分子结构经过数学理论推演后的放大形式。
　　基本场景模式：以亮度适宜的水蓝色为主色调。整个＂水立方＂立面整体被有序/均匀照亮，而非特别强调各个立面上的线条和钢结构杆件，应如水体或冰块等有整体感和纯净感，同时维持半透明的立面，使内部的钢结构杆件具有一定的透射。特别强调基本场景的模式表达水立方立面的完整性和统一性，而非强调单一的气枕单元。立面和屋顶的照明在亮度和颜色彩度上允许有因客观原因造成的衰减和变化，但过渡要均匀自然。
　　特殊场景模式：配合不同的庆典事件的场合或季节转换，水立方可呈现出不同的＂表情＂。动感水波也可以从海蓝色主题转变成其他色系，正如海水在不同时间段内可反射出不同色调的天光一样。所选择的色系包括纯粹的红色，经调和的橙色、黄色、绿色和紫色等。除非特别设定为单一气枕单元的变化模式，其他所有场景的变化、无论是渐变的或是闪烁的，都基于里面整体性的变化，以削弱气枕单元对于立方体表现力的影响。
　　水波荡漾的光感：＂水立方＂建筑外表面约5万平米，采用47万多个1W功率型LED是当时最为庞大的功率型LED景观照明工程。值得一提的是，它的每个LED专用灯具独立可控，通过LED灯具控制器、通信路由器或交换机和灯光场景实时控制服务器软硬件的实时协同运行，每个独立可控的LED专用灯具能同步运行。
　　场馆建筑设计分析
　　建筑外立面的上部结构为空间多面体刚架钢结构体系。在墙体与屋顶结构的内外两个界面分别外挂ETFE气枕，构成建筑的＂双层皮＂外围护体系。无论＂外皮＂还是＂内皮上的每一个气枕均由三到五层ETFE膜材组成，膜材上根据热工和光学的要求印有镀点。
　　场馆照明设计选择
　　国家游泳中心采用ETFE气枕构成外围护结构。气枕是由3-4层ETFE膜固定在金属框架上，每二层ETFE之间充有空气，内外气枕靠近中间空腔的一层ETFE膜，按着建筑热工的要求镀有银色斑点，镀点面积分别为10%、20%、30%、50%、65%，气枕共24种规格。内外气枕中间是钢结构骨架。
　　由于这种外围护结构决定了＂水立方＂不适合采用＂外透光＂的建筑物景观照明方式，因为没有良好的反射面；也不适合采用＂一般内透光＂的照明方式，因为光要透光6层膜，光的损失太大；也不适合采用轮廓照明方式，因为＂水立方＂气枕外立面虽有弧度，但非常平整，不适合外挂灯具。
　　采用＂空腔内透光＂的照明方式。在固定外层气枕的金属框架后面布灯，侧面投射，这样便于隐藏灯具，容易做到见光不见灯。为了节能、环保以及便于形成更多的照明场景，选择了LED光源。
　　照明设计中的节能措施
　　选用寿命长、质量佳的灯具、光源以及电源驱动设备，结合合理的控制系统应用，降低长时间运行的损坏率及更换率，节约运营成本。
　　选用色彩丰富、亮度即时可调的LED光源，降低运行功率损耗。设计中使用的新技术、新材料、新设备、新工艺1＂水立方＂景观照明控制系统控制点数达几万个(采用47万多个1W功率型LED)，且每个点均要实现RGB三基色256级灰度级的单独控制，是当时世界上最为庞大的LED照明控制系统。
　　采用独特的空间三维布灯技术。
　　＂水立方＂的照明设计拥有＂空腔内透光照明系统＂的专利。
　　场馆设计中采用的环保安全措施
　　经专门光学设计LED的灯具配光，在满足照明效果的同时，避免对室内外环境产生光污染。
　　配电线路：垂直干线在竖井内沿桥架明敷或穿钢管暗敷，水平支线穿钢管敷设，电缆桥架及钢管外刷防火涂料均明敷。
　　为了防止电气火灾，本工程设电气火灾监控系统，用于监测配电系统漏电状况，从而有效地防止漏电火灾的发生。
　　安装维护考虑检修方便，前期与结构安装配合，方便后期工人检修。
　　灯具可拆卸部件配有安全钢索，保证不会意外坠落伤人。
　　国家体育馆
　　——冰堡
　　国家体育馆俗称折扇，2022年北京冬奥会期间承办了男子冰球项目全部赛事，以及女子冰球决赛部分赛事和冬残奥会冰橇冰球部分赛事。为充分体现冬奥会的冰雪元素，训练馆的外立面设计上，采用了凸显冬奥元素的＂冰堡＂造型玻璃幕墙设计，使用了一面光滑、一面具有凹凸质感的冰花图案的压花玻璃，共计863块。最大的超过8平方米，采用错落有致的排列方式，在灯光配合下，一块块晶莹剔透的压花玻璃将垒砌出＂冰堡＂的效果。
　　照明设计理念
　　1、基于奥运中心区整体亮度构思严格控制主体育馆的亮度。
　　2、以＂金色＂表达曲线屋顶的上下表面，从城市尺度和俯瞰视野呼应鸟巢的红色母题与水立方的蓝色母题，具有中国传统特色的＂金色＂母题成为该建筑夜景观的标志性视觉符号。由LED与上射投光灯共同完成对金属格栅的＂金色＂照明，并创造具有流动性的巨尺度动态效果。
　　3、垂直面创造以内透光为主的视觉意向，因建筑保温层的位置遮挡了部分内透光，采用白色LED背板与室内照明自然内透的组合方式。LED发光板距离玻璃仅为100mm，通过精确的亮度控制，背板照明与内透光完美的结合起来。
　　照明设计中节能措施：
　　(1)光源节能一-LED的应用。采用008W白色LED(光束角120度)，灯具功率约64W/块，LED发光板为1930nmx975mm，60%以上区域(面积)应用LED照明，节电20%。
　　(2)控制系统节能一一采用手动、时钟和自动控制三种方式。其中时钟控制为主要的控制方式，自动控制采用预留控制接口的方式，可以和楼宇自控连接。
　　设计中使用了哪些新技术、新材料、新设备、新工艺：
　　(1)后置保温层玻璃幕夹层内透照明采用0.08W白色LED(光束角120度)，灯具功率约64W/块。
　　(2)大规模LED灯具及相关控制系统的实践应用。其中1930nmx975mm的64WLED背板灯共计1265块(总面积2380m2)，隔栅上方20W1m的条形LED灯共计3000支(总长3000m)。
　　照明设计中使用了那些环保安全措施:
　　(1)配电设计：a.本工程采用三相五线制(TN-S)380/220V低压供电，主电源根据现场的实际情况由甲方提供；b.本工程暂设5台配电箱，后期可以根据现场的实际情况调整配电箱的数量，具体安装位置可根据现场实际情况确定，总用电负荷为2774KW；c.本工程配电线路采用ZR-BYJ电缆穿SC管敷设的方式所有电源从一层天花内沿出到立面钢柱内侧引至灯具安装位置然后再立柱钢板开孔把电源引出。
　　(2)控制方式：本工程采用手动、时钟和自动三种控制方式，手动控制为箱旁手动，时钟为主要的控制方式，自动控制采用预留控制接口的方式，可以和楼宇自控连接。
　　(3)接地：本工程的照明配电箱及灯具的金属外壳均应可靠接地，接地电阻不大于4欧姆。
　　五棵松体育中心
　　——冰菱花
　　五棵松冰上运动中心位于五棵松体育馆的东南侧，场馆总建筑面积约38960平方米，地上、地下各两层。地下两层为冰场；地上两层为体育文化配套用房和一个900座的剧场。冬奥会期间，五棵松冰上运动中心将承担冰球训练任务。
　　五棵松冰上运动中心的外观设计来自于雪花图案。建筑外幕墙采用惊艳的＂冰菱花＂设计方案，外幕墙由无数片飘落的雪花构成，夜晚在光影变化中呈现出冰雪世界的景象。
　　在幕墙的设计中，设计师还将丰富的色彩应用于＂冰菱花＂之中。通过先进技术对每个灯具的精准控制，实现多彩雪花漫天飘落的视觉特效，呈现诗一般的绝美意境。
　　场馆建筑设计分析：
　　（1）建筑体形：场馆采用简洁大方的体形，有利于被动式建筑节点设计的同时减小体形系数。本项目体形系数为0.1。
　　（2）建筑采光：通过建筑布局优化，合理设置建筑自然采光，通过透光幕墙、采光天窗、下沉广场等方式，有效改善地上地下主要功能房间的天然采光效果，节约了照明能耗；冰场区域采用能满足高清转播需求的LED照明灯具；屋面安装了600kW光伏发电系统，未来能实现年供电约70万度，满足冰上中心的部分用电需求。
　　（3）建筑外立面：建筑外立面设置冰凌格栅，在美化外观效果的同时，起到了很好的遮阳效果。外墙采用高性能STP真空绝热板（导热系数小于0.006W/mK，常规的岩棉板为0.04W/mK）。为了减少冷热桥的影响，对与外墙结构相连的楼板和隔墙采用30mm厚STP包覆，大面积采用传热系数小于1.0W/( K)的玻璃幕墙，玻璃采用Low-e三玻两腔中空中间充氩气的构造做法，型材通过断桥设计，严格隔绝冷热桥。
　　场馆设计中使用了那些环保安全措施：
　　（1）空调系统：空调主机采用磁悬浮变频离心式冷水机组，这种机组具有更高的性能系数，特别是部分负荷性能系数（IPLV）高达10.0以上，可以更好地适应商业性冰上运动场馆未来实际运营当中的各种部分负荷工况。空气空调机组和新风机组设置全热回收装置，热回收效率达到70%，能有效通过排风对引进室内的新风进行预冷预热，节约空调能耗。
　　（2）制冰系统：制冰冷源机组采用最环保的二氧化碳作为制冷剂，机组在制冰的同时，可高效回收制冰机组的余热（可以直接制取60~65 的热水）用于供热，余热回收效率 75%。
　　（3）除湿系统：首次在冰场区域采用溶液除湿机组，替代传统的电热转轮除湿，除湿系统年运行费用低70%左右。
　　国家速滑馆
　　——冰丝带
　　2022年冬奥会期间，北京赛区承担起全部冰上项目的比赛和训练任务。国家速滑馆是北京赛区为此次冬奥会唯一新建的冰上竞赛场馆，用于大道速滑比赛。国家速滑馆以＂冰＂和＂速度＂为设计象征，外形上，国家速滑馆由3360块曲面和平板玻璃组成的透明立面晶莹剔透，22条晶莹美丽的＂丝带＂状曲面玻璃幕墙环绕，同时象征北京举办冬奥会的年份。冰的坚硬深邃和丝绸的柔滑完美结合。因此，又被称为＂冰丝带＂。
　　场馆建筑设计分析：
　　曲面幕墙工艺，曲面幕墙采用的是超白双银低辐射半钢化夹胶中空（low-e）玻璃，没有一块是相同尺寸，包括外凸和内凹的两种弯弧玻璃、平板玻璃、大平板立面玻璃和＂冰丝带＂半圆管玻璃，单元体半径为1.5米，玻璃夹胶层为先进的SGP胶片，中间中空层则充入惰性气体，可以起到保温的效果。
　　冰丝带灯带玻璃管由初步设计的270 圆管玻璃，优化为180 半圆玻璃+半圆铝复合板，每根冰丝带都是由规格相同的玻璃管拟合曲线构成，玻璃加工和实施难度降低。这些圆管玻璃都是专门为国家速滑馆定型加工制作而成的，每一块单元体由两层6毫米的玻璃贴合而成，拼接组成自上到下分布在外幕墙上的＂冰丝带＂。
　　灯光照明就安装在两片玻璃胶合处一毫米的交缝上，每1米将密集安装90多个小灯泡，通过彩釉膜的导光效果，把光导进玻璃，使整个＂冰丝带＂成为一个发光的玻璃体。这种创新型＂冰丝带＂状曲面玻璃幕墙，其设计灵感来自冰雪运动与速度的结合，盘旋的＂冰丝带＂象征着滑冰运动员高速滑进时冰刀留下的轨迹。
　　场馆设计中的节能措施：
　　①低辐射顶棚：光洁平整的冰面会产生特有的镜像反射。为降低屋顶对冰面的热辐射、以节省制冰能源，反射吊顶提供了另外一个镜像表面。因此，室内空间的表现不依靠结构的几何性，而是以控制能源的镜像吊顶作为冰场的特色，来发展大空间的表现力，这是最适合于冰上场馆的设计概念。由此比赛大厅的内部空间充满有趣的镜像，呈现前所未有的非物质性效果。
　　顶棚对冰面的辐射热负荷高达冰面负荷的40%，可以通过控制顶棚材的发射率来大幅度降低。常见顶棚材料的发射率经常高达0.9左右，在膜材表面喷覆高亮的铝涂层，可以降低至0.3-0.6。低发射率的顶棚热损失小，表面温度通常能够保持在冰场环境露点温度以上，从而降低和避免结露的风险。国家速滑馆采用发射率小于0.3的铝覆层膜结构吊顶，以节能设计为目标，同时达成预期的建筑效果。
　　②制冰系统热回收；制冰系统的余热通过热泵系统回收，高温热水用于生活热水、浇冰车、转轮除湿。冷水机组自带的冷凝热回收装置产生低温热水，用于融冰槽融冰和冰板基础中防止冻胀的加热管。高效的余热回收系统是冰场节能的关键措施。
　　③太阳能光伏系统；国家速滑馆屋面外缘设有建筑一体化的太阳能光伏电力系统。蓝色的单元电池板自屋顶外边缘向内侧渐变排列，如同正在融化的雪，展现冬季运动的特色。
　　首钢滑雪大跳台
　　——水晶鞋
　　首钢滑雪大跳台由赛道、裁判塔和看台区域三部分组成，将在2022冬奥会期间用于自由式滑雪和和单板滑雪大跳台。首钢滑雪大跳台是冬奥历史上第一座与工业遗产结合的比赛场馆，造型设计的灵感来自滑雪动作时所需跳台剖面形态曲线与敦煌＂飞天＂形象的契合。从侧面看上去像一只灵动的＂水晶鞋＂。
　　场馆建筑设计分析
　　首钢滑雪大跳台外表皮下在材料的应用上考虑轻透，尽量化解巨大体量的跳台给人带来的压迫感，同时能够满足竞赛对于防风的要求，另外因为项目的工期一再提前，对于材料的选择就必须考虑施工工艺和时间成本，最终采用了安装方便又能实现高完成度的穿孔铝板，穿孔率经过风洞实验也能够满足防风要求。在设计过程中建设单位安排尝试做了一比一单元节点大样，让设计师能够在现场实验并研究材料的分格比例、颜色、灯具安装灯光调试以及格栅板踏步和扶手等细节的效果呈现。
　　跳台起点距离冷却塔30米，距离丰沙线铁路保护距离25米，考虑到日照、风向以及尽量少占用群明湖水面等因素，跳台布局方向为东偏南10度。跳台总长度约160米，出发区高度47.5米，起跳点18.9米，结束区为-4米，总落差51米，跳台造型最高点61米。
　　场馆颜色照明设计分析
　　选用了以冬奥会徽色彩为基调的渐变方式，整体颜色偏冷，从顶部开始的蓝紫色、绿色蔓延了整个助滑区，适于冬季冰雪运动特色，起跳区黄色和红色的渐变节奏加快，使较暖的颜色在接近地面时结束，渐变色配合穿孔铝板和造型本身的扭转，将＂飞天＂飘带概念体现得淋漓尽致，顶部飘带标识出发区，中部飘带为主体包裹兼有抗风柱、竞赛照明灯杆和安全防护网支撑结构柱，并兼有防风作用，下部飘带与中部飘带和主体结构相互掩映。大跳台在首钢园整体偏灰的工业背景下跳脱又并不突兀，在群明湖倒影的映衬下显得尤为灵动飘逸。
　　国家跳台滑雪中心
　　——雪如意
　　国家跳台滑雪中心是中国首座符合国际标准的跳台滑雪场地，它也是张家口赛区冬奥会场馆群建设中工程量最大、技术难度最高的竞赛场馆。跳台剖面因与中国传统吉祥饰物＂如意＂的S形曲线契合，因此被形象地称为＂雪如意＂。利用这个跳台的S曲线即赛道剖面的S线和中国古代文化如意的S曲线，形成一种对冬奥赛事独到的中国文化表达。
　　场地照明设计分析
　　设计团队在顶部采用LED点光的方式，实现对多种图案符号内容的呈现。同时，在建筑顶部还分布了高功率光束灯,可配合演绎空中表演的效果，形成立体交织的舞动光芒。
　　在建筑立面的玻璃及底部穿孔铝板部分，采用了投影机设备，由远处投影，形成美轮美奂的3D震撼效果，结合建筑底部下照的光束灯，将来可与赛道的点阵屏实现光耀五环的效果。
　　在赛道两翼，由上至下设计了明暗七彩追光，以充分体现运动员滑雪飞跃的速度与激情，中部的局部点阵屏可以配合顶峰俱乐部的影像实现倒计时、五环、冬奥会标、主题灯光秀等。
　　场地的灯光除了为运动员比赛提供保障外，还主要用于奥林匹克广播服务公司(OBS)的转播，超高速摄像机需要非常充分的光线、照度，因此对场地照明要求非常高。
　　为了做好＂雪如意＂的竞赛灯光保障，经过专业照明公司的设计和计算，＂雪如意＂场地周围设置了15根大型LED灯柱，这些灯光可以保证所有竞赛场地达到约1600勒克斯的照度。
　　＂15根灯柱全部打开时，几乎亮如白昼，可以满足相应的需求。除了这15根照明灯柱外，跳台助滑道的两侧还有助滑道的照明设施，这是很多国外跳台滑雪场地没有的。
　　另外＂雪如意＂的景观照明灯光，比赛时可以做出很多灯光特效，可以满足开幕式、赛时、赛后运营等不同场景的需要，特别酷炫夺目，使＂雪如意＂更吸引眼球，更具科技感。
　　场地建筑设计分析
　　＂雪如意＂的＂柄首＂是能容纳500人的多功能报告厅的顶峰俱乐部，它为观众提供了前所未有的观赛视角。冬奥会后，还可用于举办会议会展，接待旅游观光等。
　　顶峰俱乐部的焊缝有2522条，总长度为14189.70米，全部采用一级焊缝，每一厘米都经过了严格检测。确保不存在任何问题，最终才有了顶峰俱乐部屹立山顶的雄姿。
　　＂雪如意＂的＂柄身＂是赛道，将168米长的大跳台赛道架在空中。从侧面看去，宛如一座身形柔美的＂高架桥＂，恰到好处地展露优美的S形曲线。
　　赛时，运动员从赛道上疾驰而下，并在＂雪如意＂底部足球场内的结束区完成动作。结束区与观众区共同构成＂雪如意＂的＂柄尾＂。这座充满中国元素、辨识度极高的＂雪如意＂，无疑将成为北京冬奥会的标志性场馆之一。
　　场地设计中的节能措施：
　　＂雪如意＂场馆建设执行绿色雪上运动场馆三星标准，采用了可再生能源的风电利用、山体生态修复、建筑自然采光自然通风加外遮阳设计、市政管线集中于地下管廊设置、利用透气防渗材料实现水体净化等新技术。
　　地表水收集技术，让积雪融化形成的雪水可以被用来重复造雪。在春季，＂雪如意＂赛道上大量的积雪会融化成水，并沿山势形成溪流。通过场地高差，积雪融水将被汇集到在附近建设的一个容量达20万立方米的蓄水池。
　　‘雪如意’地下建有硅砂蜂巢雨水自净化系统，积雪融水和雨水净化后，可以再回用于场馆及其周边的日常用水，比如浇树、冲洗厕所等，甚至下一个冬天还可以用来造雪。
　　了解更多