“水立方”变身“冰立方”，从畅想到现实 ︱ 科技冬奥的背后故事

编者按:

奋进的中国再度点燃激情与梦想的圣火，世界翘首以待的北京冬奥会将于2022年2月4日开幕。

“水立方”变身“冰立方”、“百米级、分钟级”精准气象预报、国家速滑馆世界跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面、5G信号覆盖所有场馆、8K比赛画面实时传输……科技冬奥是北京2022年冬奥会和冬残奥会的主要特色，是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。

中国科协网开设“科技冬奥的背后故事”专题，挖掘冬奥高科技的幕后故事、幕后英雄，展现中国科协所属全国学会及广大科技工作者在“科技冬奥”中的拼搏、奉献、创新、超越，记录科技工作者助力北京冬奥冰雪史诗的感人故事。

“北京正在用一个充满智慧的方式举办奥运会。”2018年9月，国际奥委会副主席、北京冬奥会协调委员会主席小萨马兰奇来到国家游泳中心“水立方”。国家游泳中心以动画形式现场演示了“水立方”变身“冰立方”的过程，小萨马兰奇看后很是惊叹。

2021年12月，“冰立方”冰上运动中心顺利通过竣工验收，正式交付北京冬奥组委使用。

从“水立方”到“冰立方”，看上去只是字面上多了两点，但事实上，绝不是把水冻成冰面那么简单。

对于参与“水立方”改造的中国建筑学会资深会员、中国建筑学会建筑师分会理事、北京市建筑设计研究院副总建筑师郑方，国家游泳中心总经理、场馆运行团队后勤副主任杨奇勇等人来说，这是一场持久的“硬仗”。

早在2003年8月，郑方就曾加入国家游泳中心设计联合体，负责“水立方”的设计工作。“这是时代赋予我们的机遇。”郑方说。

2015年，北京冬奥会申办成功。杨奇勇拉着郑方一起商量如何为冬奥尽力，如何将“水立方”改造成冬奥场馆。

游泳池改成冰场这件事，以往只在日本东京的一个小体育馆做过。这个小场馆夏天是游泳池，冬天铺上冰场进行社区活动。但是，北京冬奥会的冰场，需要的是世界上标准最高、技术要求最严格的冰。

水立方变成冰立方

2017年4月，杨奇勇和郑方两人一起到瑞士巴塞尔观看男子冰壶世锦赛，研究可拆装制冰系统，并向世界冰壶联合会介绍了“水立方”改造成“冰立方”的方案。

然而，世界冰壶联合会的技术官员们面对冰壶场地的复杂性，显得忧心忡忡。好在世界冰壶联合会主席凯特·凯斯尼斯支持“水立方”进行水冰转换实验和测试，条件是：如果实验不成功，立即采取浇筑砼的方案。

这次换杨奇勇忧心忡忡了：“到了冬奥会，‘水立方’的游泳池要浇上砼、改成冰场？我觉得不成啊，这是全世界最快的游泳池，真要浇上砼，我就当场辞职。”

“放心，咱们国家建筑工业化体系发展这么久了，还有那么多优秀的科学家，预制装配场地一定能达到与现浇砼场地一样的性能。”郑方的话给了杨奇勇信心。 

杨奇勇了解到哈尔滨工业大学的张文元教授研究力学和结构性能，能够解决怎么让冰场坚固稳定的问题；郑方了解到清华大学建筑学院的江亿院士是著名空调制冷和环境专家。于是，两人一起到清华大学拜访，恳请江亿加入，指导科研队伍研究室内环境和气流组织。

后来，“水立方”冬夏场景转换的研究，先后获得了北京市科委课题和科技部“科技冬奥”专项的支持。

水立方施工改造现场

经过来自清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学、北京交通大学等4所大学和中建一局、商汤科技等科研团队齐心协力，攻坚克难，终于成功研发冬夏场景智能转换体系，包括可转换场地、可调节环境、智慧场景控制和增强观赛体验等关键技术。“水立方”通过“水冰转化”，成功变身为“冰立方”。

根据改造方案，国家游泳中心改造涉及建筑、结构、防水、膜维修等工程领域，约70个独立施工区，50000平方米的改造面积。其中，难度最大的是要在保有“水立方”水上功能的基础上，新增冰上功能的“水冰转换”。即在比赛大厅中部，通过搭建可转换结构及安装可拆装制冰系统，形成具有多条标准赛道的冰壶场地。

“‘冰立方’冰上运动中心整体建筑面积约8000平方米，由一块1830平方米的标准冰场、一块标准冰壶场地及配套服务设施组成。”杨奇勇介绍，宽敞的冰场上方设置一个直径13米的大采光井，通过引入室外光实现自然采光。据测算，仅这种采光方式每年就可节省用电约2.6万度。

2019年底，“水立方”第一次圆满完成“水冰转换”，耗时近60天。2020年12月，第二次“水冰转换”的结构搭建顺利完成，仅用十几天，达到“科技冬奥”重点专项的既定目标。

而让杨奇勇欣慰的是，冬奥会赛后，国家游泳中心比赛大厅将可实现“水上功能”和“冰上功能”的自由切换，让北京奥运场馆遗产再次焕发活力，生动实践体育场馆“反复利用、持久利用、综合利用”的“中国经验”。

“要直接从一个夏季奥运会场馆改造成冬季奥运会场馆，这在建筑历史上鲜有先例，其难度可想而知。”国家游泳中心“水冰转换”设计总负责人孙卫华表示。

冰立方里的测试验证

“2003年夏天，我第一次来到‘水立方’的时候，这儿还是一片荒地。”而今，再次参与“水立方”改造的郑方说，“作为一个建筑师，有幸设计这些奥运场馆，为这座千千万万人生活和热爱的‘双奥之城’描绘辉煌的画面、创造美好的场景，是我一生的荣耀。”

回想“异想天开”的方案、攻坚克难的试验，到第一次试验成功时“策略基本得到认可”，再到达到冬奥标准“运动员没有投诉”。杨奇勇说，“‘水冰转换’从畅想到现实，彰显了中国科技力量，更彰显中国科技工作者自立自强的时代担当。现在来看，我们不仅完成了曾经‘不可能完成’的任务，以后还会更精彩。”

中国科协信息中心供稿