解读冬奥丨北京冬奥会各大比赛场馆背后的“照明技术”
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北京冬奥会正在进行时，这场在“家门口”举办的全球盛会，值得我们的高度关注!科技兴则民族兴，科技强则国家强。冬奥会作为展现奥林匹克精神的重大活动，既是全世界优秀运动员的竞技盛会，也是展示我国科技创新成果的重要舞台。 而场馆是举办奥运会的基础条件。本届北京冬奥会不仅仅是因为项目比赛场馆的外观惊艳，更主要的是因为大量的新技术、新材料、新理念被运用。此次冬奥会场馆设计蕴含了鲜明的中国元素，既不失体育建筑的动感，又富有中国文化的意趣，实现了技术和艺术的完美兼容。在享受精彩比赛的同时，也可以留心感受一下冰雪魅力外的“技术美学”。
首都体育馆--巨型投影屏，实现“最美的冰” 2008年北京奥运会前，首都体育馆曾进行过一次大的改造。为了2022年北京冬奥会，首都体育馆将再次改建，就此跻身“双奥场馆”行列。 由于首都体育馆将承办短道速滑和花样滑冰两个项目，同一块冰场需要在两个小时内完成切换，这对冰场下面的制冷管线排布和制冷量有很高的要求。因此在设计和施工过程中一直在与国际滑联的相关专家沟通、研究方案，做到万无一失。 同时，场馆采用了最新声光电技术。通过顶部铝合金框架结构悬挂36个网格膜，形成了一个1332平方米的巨型投影屏幕，通过最新影像技术可以实现各类动态画面呈现，配合最新的声、光、电技术与冰场形成天地一体的视觉盛宴，充分展现“最美的冰”这一设计理念。
场地坐席主体色调采用“冰晶”渐变蓝灰色，色彩清新明快;观众坐席根据人体工程学原理，宽度由原来47cm增加到55cm，坐垫宽度也进行了加长，材质方面采用了弹性材料，大幅提升了使用舒适性。考虑到使用的广泛性，观众席还增设了固定的无障碍席位。 “冰立方”--ETFE膜、导光管，充分利用自然光 在北京2008年奥运会上，“水立方”为大家留下了许多美好回忆。十几年后的今天，水立方”有了另一个名字——“冰立方”。 为了实现精彩奥运与可持续利用的双目标，“冰立方”装备了众多“黑科技”， 使场馆夏天保持高温高湿，变身“水立方”承接游泳体育赛事;冬天保持低温低湿，转为“冰立方”承接冰壶比赛项目，成为世界上首个在泳池上架设冰壶赛道的奥运场馆。
这种满足“全天候双轮驱动”的场馆运营新模式，膜结构发挥了很大作用。“冰立方”是世界最大膜结构工程，场馆由3216个各异的膜结构“气泡”构成，每个“气泡”由内外两层ETFE膜(乙烯-四氟乙烯共聚物)组成。
ETFE膜是一种轻质新型材料，具有良好的热学性能和透光性，在白天场馆能依靠自然光即可满足照明需求，减少了照明设备的使用时间，同时因为是气枕形式ETFE膜中间是空气，所以它具有很好的保温隔热效果，这又大大减少了空调设备的运转时间，所以具有非常好的节能环保效果。 此外，为了实现可持续发展，力求不占用新的土地，“冰立方”里面的冰上运动中心完美地“藏”在了“冰立方”南广场地下，同时设置3个构筑物作为场馆入口，形成“烟囱效应”，实现冰场的自然通风。
传统冰上运动场馆的电力照明系统，每年耗电约5.8万度，照明系统的使用寿命仅3年，位于地下的冰上运动中心对光照需求更高，耗能随之增大。但“冰立方”冰上运动中心采用“被动式建筑”的设计理念，为了将自然光引入室内，让进入场馆的阳光更充足，场馆上方安装了直径13米的玻璃幕墙，地面铺设了19根导光管。这种巧借自然光的方式可以每年节电约2.6万度，相当于一个家庭至少10年的用电量。 国家体育馆--仿冰玻璃砖设计，充分引入自然采光 国家体育馆(群)，在08年北京奥运会期间，承接竞技体操、蹦床和手球比赛。此次冬奥会转换为冰球比赛场地，除了对主馆进行改造外，还新建了一个冰球训练馆。场馆内采用了环保型制冷剂进行制冰，配备精心设计的灯光系统，安装曲面斗屏，能在比赛时为运动员和观众提供绝佳的比赛和观赛体验。
秉承“绿色办奥”的理念，国家体育馆按照“绿色建筑二星级”标准进行改造。据悉，其扩建部分采用仿冰玻璃砖设计，充分引入自然采光，通过外遮阳和内遮阳系统，调节自然采光，最大限度减少照明能耗。同时，室内将增加空气净化功能，90%的空间内将具有空气净化能力，并装备传感器，实现自动调节新风，充分体现了建筑可持续性。 五棵松体育中心——光伏发电、光导管照明，实现超低能耗 五棵松体育馆是北京奥运会标志性场馆之一，在建设之初就预留了冰上项目的各种设施。承担了北京奥运会篮球比赛任务后，十余年间，这里多次承接花样滑冰和冰球比赛，目前已完成6小时冰场和篮球场快速转换实验，达到国际一流水平。五棵松体育馆将通过北京冬奥会继续延展和提升场馆价值，创造出奥林匹克历史上持续保鲜的奥运场馆综合利用“中国奇迹”。
超低能耗是五棵松冰上运动中心场馆建筑的新名片，之所以可以做到超低能耗，其中的一个原因是屋顶大量使用光伏发电。 五棵松冰上运动中心共安装光伏发电晶硅组件1958块，可满足冰上运动中心的部分用电需求，进一步节约能耗。经测算，项目每年可产生的清洁电力相当于节约标准煤252吨，减少二氧化碳排放约660.24吨，具有良好的生态环保意义。
在照明方面，五棵松冰上运动中心采用导光管技术提供昼间照明，将自然光引入场馆点亮场馆，这种方式每年可以节约多达26000度电，为首都的蓝天保卫战又增加了一股不可忽略的力量!
国家速滑馆--智控系统、发光玻璃体，打造智慧光影 新建的国家速滑馆，是北京主赛区标志性场馆，也是唯一新建的冰上竞赛场馆，被形象地称为“冰丝带”。国家速滑馆利用2008年奥运会曲棍球和射箭的临时场地进行建设，拥有亚洲最大的全冰面设计，冰面面积达1.2万平方米。 22条“冰丝带”象征着北京2022。“冰丝带”为晶莹剔透的夹胶彩釉弯弧玻璃，营造出轻盈飘逸的丝带效果，整体造型新颖别致，未来感满满。
日前，场馆启动外立面泛光照明和场地照明调试。据了解，该外立面泛光照明采用的智能控制系统进行集中控制，展现的灯光秀中既有奥运五环、冬奥吉祥物冰墩墩，也有丝带飞舞、速滑馆卡通人物、礼花绽放、大红灯笼等数十种灯光造型，还可以打字、播放图片等，屋面还有激光灯。可以有奥运、庆典、平日等多种展示模式。 场地照明系统也是根据场馆功能精心设计，由1088套LED灯具组成，其光学参数满足顶级赛事举办和高清转播要求，节能环保性能突出。每套灯具均实现智能独立控制，满足场馆赛时和赛后多功能使用的丰富照明需求。 更值得关注的是，“冰丝带”本体的圆管玻璃，由一块块半圆柱体组成，透明的玻璃体上装饰着宛如冰晶的白色花纹。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，共有3500多片，将拼接组成自上到下分布在外幕墙上的“冰丝带”，平均一圈约为640米，全部连起来总长达到14000米左右。每一块单元体由两层6毫米的玻璃贴合而成，需要弯曲成直径350毫米的弧度，加工难度极大。
“冰丝带”的灯火照明将装置在两片玻璃胶合处一毫米的交缝上，每1米将密布装置90多个小灯泡，经过彩釉膜的导光作用，把光导进玻璃，使灯火呈现出特别的柔和作用，整个“冰丝带”将成为一个发光的玻璃体。 22根“冰丝带”如同速滑运动员的运动轨迹缠绕在曲面玻璃幕墙外表，建成后夜景照明敞开，将构成美轮美奂的“丝带飘动”作用。 首钢滑雪大跳台--智能照明、电流监测，为场馆照明保驾护航 首钢滑雪大跳台作为世界首例永久性保留和使用的滑雪大跳台场馆，已成为京西一大打卡胜地。北京奥组委办公所在地也设立在首钢园区，所有建筑都是利用首钢原有的工业建筑改造而成。 国际奥委会认为，首钢园区的建设规划正是践行北京冬奥会愿景的典范，有力促进了地区经济、社会的长期发展。北京冬奥场馆的实践和探索，获得了国际奥委会的高度评价。
整个首钢园区和滑雪大跳台均采用了智能照明控制系统，可以对亮度、色温、角度、区域和场景等多功能需求进行一键式操控。同时系统内还内置了网络时钟，让外景泛光可以随着时间的变化拥有不同的灯光效果，呈现独特的视觉效果。 而且滑雪大跳台下方的体育广场和观众区还特别设置了氛围照明，给观众带来了与传统赛事完全不同的观赛体验，也可以举办演唱会等大型活动。
同时，此次采用的智能照明控制系统，其控制模块还带有电流检测功能，可以实时监测各个区域回路的亮灯情况及坏灯报警，及时得到整个设施的用电反馈情况，从而有效防止区域性停电的情况发生，为场馆内的每一个照明区域都提供稳定的照明，为每一次的比赛保驾护航。 国家跳台滑雪中心——智慧照明技术，为照明安上“智慧大脑” 国家跳台滑雪中心是我国首座符合国际标准的跳台滑雪场馆，它的主体建筑灵感来自中国传统饰物“如意”，因此被形象地称作“雪如意”。形似北斗七星的如意，最早出现在我国的东汉。它可作为防身器物，战争中也用于代麾作指挥之物，寓意万事顺利，吉祥如意。作为吉祥之物，它在民间及宫廷中都有广泛的使用。“雪如意”伫立于银装素裹的山巅，展现出独特的中国韵味。
在场馆的灯光设计方面，国家跳台滑雪中心采用了防水光束灯、染色灯、洗墙灯、投光灯等将近10万个灯具和投影设备。普通的灯一般只呈现一种或者几种颜色，“雪如意”的灯光却能变幻一千万多种颜色。 并且采用了物联网技术与多专业光影系统深度融合的关键技术、3D灯光演绎的智能控制技术、多灯光系统基于同一时间轴实现四维联动控制技术等多项智慧照明技术，为“雪如意”照明安上了“智慧大脑”。 据了解，国家跳台滑雪中心的灯具全部采用节能环保的LED灯，白天灯具外形不会影响建筑物及景观的整体性，晚上也不会对绿植及夜空造成紫外线伤害。每一个LED灯都有红、绿、蓝三种基准色。“雪如意”灯光项目团队通过物联网技术，使这三种颜色均具有256级灰度并任意混合，即可产生一千多万种颜色，实现丰富多彩的动态变化效果。
“雪如意”将举办10场比赛，其中6场在晚上举行。在赛道周边的15根灯杆，还有助滑道上的线性投光灯，是用于赛时场地照明的，灯杆的数量是根据奥林匹克广播服务公司转播和体育照明的需要设置的，这些灯和普通照明相比，配光精确度更高，色彩还原度能达到90%以上。 国家越野滑雪中心--200多个灯杆、高亮度照明，让竞赛场地亮如白昼 国家越野滑雪中心位于张家口赛区古杨树场馆群南侧山谷之中，分为东侧山谷的竞赛赛道和南侧山谷的训练赛道，其中竞赛赛道总长9.7公里，训练赛道长1.8公里，热身赛道长1.5公里。因冬季比赛往往天黑较早，且考虑到时差等问题，要满足长赛道照明和赛事转播，对灯光来说都是不小的挑战。
据了解，国家越野滑雪中心根据实际情况共建设59根永久性灯杆提供照明，一是用于服务对灯光要求高的电视转播，其次可兼顾竞赛需求。因北欧两项以及一些短距离的比赛将在晚上举行，设置这些灯杆后就无需单独再给竞赛加灯光。 高亮度的照明让国家越野滑雪中心在夜间也能达到亮如白昼的效果，完全可以满足电视转播对照明的需求，竞赛场地照明设备还可将山林间蜿蜒曲折的赛道照亮。
此外，灯杆的设计还充分考虑了山地特点。国家越野滑雪中心和冬季两项中心赛道周边，共布设了150多根白色灯杆。为不破坏周围的原生树木，多次改变安装方案，甚至调整了赛道建设方案，最终灯杆安插在树木之间，没有一棵树被移动和破坏。
来源：中国照明网综合整理 |
