近现代保护建筑改造实践研究

1设计历程

2016年8月，全面开展对首体现状的调研工作，厘清了目前场馆条件、存在的问题以及与举办短道速滑、花样滑冰比赛项目之间的差距，并以此为基础逐步开展可行性研究、奥运场馆大纲编制及改造概念方案设计等工作。在设计过程中，通过调档1966年、2001年、2006年等各阶段设计、改造图纸，了解场馆各系统、各部位细节；通过多次现场踏勘，研究地面石材、栏杆扶手等现状材料或建筑构件的利旧价 值；通过专业机构检测，复核屋顶钢结构屋盖的可靠性；通过现场拉拔实验，确定外墙基层、面层牢固度；通过多次材料样板现场比对，确定立面仿石涂料质感及颜色。以扎实、有序的调研工作为基础，设计团队逐步确立了各项精细化、适应性保护更新设计措施。本项目于2018年获得可研批复、规划批复，并顺利提交改造设计图纸，有利保障了奥运工程的整体进度。

2改造要点

2.1传承保护，文脉延续

2.1.1改善周边环境，整合园区空间

在长时间的使用过程中，首体园区用地北侧集聚了一些临时、零散的建筑体量，不利于核心主体建筑与外部空间的平衡，并造成环境品质下降（图1）。本次改造对园区进行了重新规划，主动去除杂乱的小体量临时、零散建筑约3500m ² ，补充设置地下停车场，大面积增加绿化，极大改善了园区整体环境（图2）。

图1首都体育馆现状总平面示意

图2首都体育馆改造后总平面示意

2.1.2立面改造及历史、文化元素应用

在本次改造过程中，建筑外观维持原有风貌，修旧如旧，更新了立面材料。通过对20世纪60年代初次建造时的立面线条构造进行研究并现场检测，发现其强度已不具备锚固外保温材料的需求，因此对其表面进行适当剔除后，通过增设金属网包覆、涂抹砂浆等措施进行加固，同时将外保温改为内保温，既兼顾了建筑外观不变的原则，又增强了建筑节能保温性能。局部位置结合仿石墙面的分仓缝，细节处则采用金属嵌缝条，使建筑立面整体效果更为精细、耐久。

通过精心筛选，将1968年建馆时的台阶及地面石材中相对完整的板块保留下来，并做翻新处理，重新铺设于北入口门廊地面处，保留了历史的印记。南侧观众厅主入口观墙面的主背景墙，采用了中国红元素并适当结合奥林匹克精神，由中国传统篆书精炼出来各种运动主题元素，将奥运意向和中国传统文化进行了完美的结合。

2.2以人文本，提升观众体验

首体原有观众坐席约18?000个，但原坐席偏窄。

本次改造，将原有观众座椅宽度由47?cm提升到55?cm，座椅长度方向适当加长并采用弹性材料，虽然整体观众席数量略有下降，但大幅提升了座椅的舒适性。本次改造，对首体场馆的无障碍措施进行了系统化改造：南侧观众主入口的无障碍坡道面层重新铺设；南、北观众厅内增设4处无障碍卫生间；东、西观众厅中部各设置两部无障碍电梯；观众厅与坐席入口处存在高差，结合现状条件，设置了无障碍升降平台；在观众坐席中部环廊部位设置了永久无障碍观赛席位。通过这些改造措施，大幅提升了老场馆的无障碍配置，体现了对不同社会群体的人文关怀。

本次改造调整了观众厅男女卫生间比例，男女洁具数量由1∶0.9 提升为1∶1.6，有效改善女性观众的观赛体验。在与参赛运动员相关的设施方面，本次改造不仅增加了休息区面积，同时还设置了独立的更衣区，为运动员提供较为方便舒适的休息空间。短道速滑极具动感，花样滑冰极具美感，两者都是非常有观赏性的冰上赛事。为呈现最“美”的视觉体验，冰场顶部设计是由 36 个 PTEE 膜组成的1 332 m ² 的巨型投影屏幕，通过影像技术以及最新的声光电技术，使现场观众体验到与冰场形成浑然一体的视觉盛宴。

2.3确保赛时

2.3.1安全为重，平衡奥运需求与结构荷载要求

首体自1968年建成以来，历次改造均未对屋盖结构进行加固。根据初次建造时施工图设计说明，钢结构屋盖扣除自身重量及屋面活荷载（雪荷载）的允许荷载为59kg/m ² 。屋盖屋面为不上人屋面，根据规范活荷载为50kg/m ² ，雪荷载为40kg/m ² （不与活荷载重复计算）。本次改造在完成吊顶装修、水电管线安装、防火涂料涂刷后，屋盖平均荷载已接近允许荷载值。根据赛时转播及照明需求，钢结构屋盖需吊挂摄影机、音响、灯光投影等设备。经与奥组委各业务领域、北京市重大办等部门多次对接、验算、论证，采取了如下措施保障结构安全及奥运赛时吊挂需求：优化设备重量，与已安装的声光设备归并，优化吊挂附属桁架，葫芦等装置重量，将屋盖挂载增重控制在3?t以内。吊挂设备必须和已完成安装的设备、管线综合考虑，每个吊点吊挂荷载不得超过100?kg，超重设备采取措施多点共同吊挂，确保吊挂节点安全。增加的设备仅在所需使用时间内挂载，挂载期间派专人对屋盖结构进行巡查，同时利用原屋盖变形监测装置进行检测，一旦发现结构构件出现较大变形，及时通报处理。挂载期间若遇极端降雪天气要有专人及时进行清扫，减少屋盖负载，设备使用结束后拆除、卸载。

2.3.2预防为主，特殊消防设计

首体属于体育类公共建筑，具有空间高大互通、人员密度大等建筑特性。由于建设时间较早，本建筑防火分区划分、疏散设计、部分消防系统的现状难以满足现行防火设计规范要求，且由于既有建筑、结构等客观条件限制，改造难度较大。2006—2008年的夏季奥林匹克运动会改造中，根据当时的消防专项论证情况采取了相应的消防增强措施，但仍与现行防火设计规范中的要求有较大差距。本次改造结合首体建筑、结构、功能现状条件，以保证功能使用为前提，其防火设计原则上按现行规范执行，并提出如下消防安全策略：对地下一层的部分疏散走道按安全通道进行设计，将通向该区域的疏散门作为安全出口。地下一层的除湿机房中的人员及新闻发布厅、器材室和运动员热身区的部分人员可先疏散至该安全通道，再进一步疏散至室外。地下一层四角防火分区为设备机房功能，每个防火分区设置1部封闭楼梯间，利用通向相邻防火分区的门作为第二安全出口。

新闻发布厅中增设一部敞开楼梯，并在首层该楼梯出口处的外墙上增开外门，直通室外的敞开楼梯作为新闻发布厅的疏散路径。新闻发布厅和运动员热身区南侧的封闭楼梯间仅供地下一层中人员疏散使用，本次不进行改造，利用首层直通室外的疏散门可进行自然通风。地下一层与通向赛事中心和综合馆的通道处采用甲级防火门分隔。对净高大于2.2?m且宽度大于2?m的设备管沟，增设消防应急照明系统、点型感烟火灾探测系统、配电箱设置电气火灾监控系统或消防电源监控系统。将首层的公共环廊设计为安全通道，通向该区域的疏散门作为安全出口。首层公共环廊两侧房间（办公用房、设备用房和辅助用房）中的人员可先疏散至该安全通道，再进一步疏散至室外。比赛活动场地、坐席区与首层东、西门厅及四层观众休息厅作为一个扩大的防火分区，建筑面积约9909m ² 。

扩大防火分区上方吊顶应采用A级材料，耐火极限不低于0.5h。扩大防火分区与相邻防火分区间应采用防火墙与甲级防火门进行分隔。扩大防火分区内的配电间、控制室等火灾荷载较高的房间按防火单元进行设计。观众休息厅中不应布置商业设施，确需临时布置时应按防火舱进行设计。扩大防火分区内三层东、西2侧各有3个包厢，每个包厢建筑面积约21 m ² ，包厢与扩大防火分区间应采用耐火极限不低于1h的C类防火玻璃进行分隔，且包厢内的顶棚、墙面装修材料为A级，其他内装修材料应采用不低于B1级的材料。包厢内的自动喷水灭火系统采用快速响应喷头。上述消防安全策略有效降低了首体发生火灾的可能性，提高了场馆的消防安全性能。

2.3.3冰面快速转换

制冰工艺是本次改造的重点，在冬奥会比赛时首体承办花样滑冰和短道速滑两项比赛，而两项比赛对冰面有不同的硬度及温度要求，冰面条件的转换需要控制在2h内。面对如此难题，设计团队经过与奥组委制冰专家的深入研究与讨论后，最终决定首次在大型冰场的制冰系统上，采用新型环保的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，并实现了快速、均匀的制冰效果，余热还可通过热回收设施对其进行再利用。

收集到的余热可用于比赛场馆浇冰热水、除湿机转轮再生等，以达到废热利用、减少传统能源消耗的效果。在冰面温度转换方面，在热水浇冰的同时，可通过温度传感器即时控制制冷机组输出的制冷量，以确保冰面温度快速转换。

2.3.4除湿技术保障

短道速滑、花样滑冰项目对空气湿度及冰面质量要求极高，奥运赛时需维持冰面上方环境温度16?℃，相对湿度<35%。本次改造利用场馆南北固定看台边缘设置除湿送风系统，场地地面设置回风系统，除湿系统正压覆盖整块冰面，与观众席形成两个相对独立的室内环境区域。通过计算机CFD模拟技术对冰场的温度、湿度进行模拟测算，确保赛时冰面条件达到奥运比赛的需求。

2.4兼顾赛后

随着2022年冬奥会的临近，按照申冬奥规划，未来几年我国冰场、雪场数量将大幅增加，人民群众对冰雪健身和消费也将出现井喷式的需求。首都体育馆不仅作为2022年冬奥会短道速滑、花样滑冰比赛的承办场地，其赛后主要作为高水平的短道速滑、花样滑冰、冰壶、冰球的比赛场地，也是篮球、排球等体育赛事的比赛场地，以及大型文艺演出场地等。这些特征将有利于该场馆在冬奥会赛后的综合开发和 利用。在本次改造过程中，对中心场地制冰管线进行更新改造的同时，也对地面做法承载能力进行了加强处理，便于赛后开展其他大众健身、冰雪项目培训活动。首体将整合大型赛事竞赛、青少年冰雪项目培训、全民冰雪健身活动等各类需求，作为群众参与冰雪运动的体验场地和参与场馆，优质高效地服务于人民需要，并在区域内形成产业辐射圈，有效带动冰雪相关的轻工业、旅游业、服务业、教育咨询类的产业全面大发展，并在全国范围内树立冰雪行业产业发展的新典范，形成全国知名的冰雪产业基地。

2.5绿色助奥

2.5.1二氧化碳跨临界直冷制冰技术

首次将二氧化碳（R744）作为制冷剂应用于大面积比赛冰面。二氧化碳是环保制冷剂，其全球变暖潜能 GWP 值为 1、臭氧消耗潜能 ODP 值为 0。夏季制冰可采用跨临界运行，2022 冬奥会期间可采用亚临界运行。通过热回收配套设置系统，可将余热回收处理，并用于冰面浇冰用水预热、融冰池融冰、冰面防冻胀等用途。

2.5.2BIM技术和智慧建造、智慧场馆

在正式施工前，通过BIM技术对场馆内管线进行了优化综合排布，在加快了施工速度的同时，节省了施工周期。对于全生命周期的 BIM 应用为本次改造实现智慧建造智慧场馆打下了坚实基础。

2.5.3能源监控系统

通过利用人工智能分析以及大数据技术，不仅场馆运维能耗得到了有效降低，还可精细调节场馆机电设备的运行参数，如遇突发事件或出现故障时可及时报警。系统不仅反应灵敏、迅速、准确，还可在用户发现之前，“先知先觉”为物业超前服务创造条件，也成为降低能耗的主要手段。

2.5.4赛后综合高效利用

经设计团队充分考虑了奥运赛后的场馆综合利用情况，改造方案设计之初即对建筑空间划分与赛后运营做足了准备工作。为保证赛后其他赛事的需求，针对场地照明布置也做了相应调整，以方便未来不同使用需求间的转换。

2.5.5LED节能照明

本次改造全部采用高效节能 LED 光源，照明密度及智能控制满足奥组委国际标准及国内规范要求。

2.5.6海绵城市与节水技术

本工程在园区内绿化采用下凹式绿地，硬化场地透水铺装率不低于 92 %，此外还设置了雨水调蓄水池，在汛期雨水排放高峰时段，雨水先排入场地内调蓄池，收集的雨水可用于日常道路冲洗及绿化灌溉，除此蓄池还可减少外排雨水量并减轻市政雨水管网排水压力等。

3结束语

首都体育馆自建成至今，已有54年的历史，首都体育馆见证了中国体育的蓬勃发展，并留下了自己的时代印记。首都体育馆已经成为城市的地标和中国体育精神的象征。本项目肩负着优秀近现代建筑的保护、更新以及为老场馆注入新活力的双重使命，更期待获得历史文化方面的建设价值。回顾整个设计过程，整合园区空间环境、修旧如旧的传承保护、提升观众体验、绿色科技成为具有决定意义的改造策略。