历届奥运会都将场馆建设作为展示当时先进建筑科技的舞台。每一届奥运会，不仅是体育竞技的盛会，场馆本身也往往成为创新设计和建造技术的展示平台。历史上，许多奥运会场馆的建设都引入了革命性的建筑技术，树立了新的行业标杆，引领了建筑技术的发展。

以2008年北京奥运会的主场馆——国家体育场（“鸟巢”）为例，作为开闭幕式的主要场馆同时也是田径比赛和足球决赛的场地，“鸟巢”不仅是一个重要的体育场馆，更是建筑设计和施工技术的创新之作。场馆座位总数91000个，其中临时座席11000个、永久座席80000个，是世界上最大的体育场之一。“鸟巢”外形独特，采用了钢结构编织而成的“鸟巢”形态，内部则是由混凝土构建的碗形看台，中间是田径赛场。

“鸟巢”的设计和建造面临了一系列举世瞩目的巨大技术挑战。首先，这座建筑结构完全不同于传统建筑，其外形由自由曲线和曲面构成。为了表达这种不规则的几何形态，必须突破传统的建筑设计。传统建筑中通常通过数学方程式来确定建筑的几何形态，并根据这些方程式进行设计和施工；而“鸟巢”建筑形态则是完全不规则的，无法通过数学公式来表示。因此，如何将图纸中复杂的曲线形状转化为实际可建造的构件，成为我们面临的首要挑战。

为了解决这一问题，“鸟巢”的设计和建造首次使用了三维建模软件BIM（建筑信息模型），将“鸟巢”的复杂形态通过计算机三维建模进行表达，随后将模型转换为实际的构件设计图。“鸟巢”上万个构件中，绝大多数都独一无二，几乎没有完全相同的构件。为了制造这些形状独特的构件，团队采用了“多点无模成型”技术，将切割后的钢板放入压力机中，通过多个端点同时施压，将其压成需要的弯扭构件形状，随后再进行焊接和组装。

另一个关键问题是鸟巢的跨度非常大。它的长轴达到333米，普通的钢材无法承受如此巨大的力。为了应对这一挑战，团队决定自主研制更高强度的钢材——Q460钢，这种钢材的强度大大高于常规的Q345钢。这项技术的突破不仅填补了我国高强度钢材领域的空白，还为全世界建筑行业提供了新的材料标准。Q460钢的研发和应用是我国建筑业技术的一次重大进步，也为后续的大型建筑项目提供了坚实的技术支持。

“鸟巢”外部呈现全钢材结构的视觉效果，但内部结构是由钢与混凝土交替穿插而成的。混凝土的柱子和钢结构在空间上互相交错，创造了一个独特的建筑效果。这种钢混结合的设计在施工过程中也带来了很大的挑战，特别在承重柱和梁的设计与施工方面。此外，“鸟巢”的屋顶设计也是一大亮点。为了避免雨水渗漏并确保场馆内部的声学效果，“鸟巢”的屋顶采用了一个双层膜结构，其中外层为ETFE膜，内层则为PTFE膜。ETFE膜具有优良的透光性和抗紫外线能力，而PTFE膜则具有优异的声学性能，能有效改善场馆内的声学环境。这种双层膜结构不仅能有效遮挡风雨，还能提高场馆的视觉和听觉效果。

在“鸟巢”的建造过程中，所有的焊接工作都是通过精密的焊接工艺完成的。每一根钢构件通过焊接将数千个独立的部件连接在一起。建造过程中共使用了2000吨焊接材料，焊接长度达30万米。这种像绣花一样被形象地称为“焊绣鸟巢”的技术，使“鸟巢”顺利成型且确保了建筑结构的稳固性和安全性。

在“鸟巢”的建造过程中，我们在设计和施工中取得了巨大的技术突破，同时积累了大量宝贵经验，这些经验已经被广泛应用到其他大型建筑项目中。例如，“鸟巢”创新的空间弯扭构件加工制作技术已在北京凤凰卫视传媒中心、深圳湾体育中心、昆明新机场等一系列重大工程中得到了广泛应用。同时，Q460高强钢的技术也被广泛推广到中央电视台大楼、广州电视塔、上海环球金融中心等重大建筑项目中。这百余项创新技术的突破，推动了中国建筑业的进步，为世界建筑设计带来了更多可能。

“鸟巢”的建设不仅是一次体育场馆的成功建造，还是我国建筑领域科技创新的飞跃。通过技术创新，不仅实现了对建筑的美学追求，更为全球建筑行业树立了新标杆。

2022年北京冬奥会是我国历史发展中的重要标志性事件。我国秉持着绿色、共享、开放、廉洁的办奥理念，致力于将这些理念贯穿到场馆建设和赛事组织中。

不同于夏季奥运会时大量地新建场馆，北京冬奥会的场馆大多利用了夏季奥运会期间的基础设施，通过改造实现了反复利用、综合利用和持久利用。比如，“水立方”从游泳比赛场馆变身为冰壶比赛场馆，而国家体育馆则转型为冰球比赛场馆。这些改造不仅体现了绿色、可持续发展的理念，也让夏奥会的场馆资源得到了充分再利用，树立起了新的国际奥运标准。

在众多场馆中，国家速滑馆（“冰丝带”）是唯一一座新建的冰上竞赛场馆。作为北京冬奥会的重要标志性场馆，“冰丝带”不但代表了绿色、共享、开放、廉洁的办奥理念，同时肩负着建成世界上最快的冰面和绿色冬奥场馆的重要使命。同时建设一个体育场馆，目标还是要以比赛为核心，产出好的成绩才可以称得上是一个好场馆。

“冰丝带”的设计灵感来源于速滑运动员在冰面上滑行时留下的痕迹，整体结构也像是一条优雅的丝带，既符合赛事功能需求，又注重建筑美感。它的建设过程中也同样面临了多个技术挑战，首先是如何实现世界最大跨度的单层正交双向索网结构。

国家速滑馆采用了马鞍形屋顶，在满足1.2万观赛座席的前提下，这种形态能够压减近一半的室内空间，能耗也会相应大幅降低。而我们需要“编织”的索网就像一个巨大的网球拍，需要精确地覆盖在屋顶上。而编织“网球拍”的绳子是建筑领域内广泛应用的高钒密闭索。长期以来，这种高端材料主要依赖进口。

建设国家速滑馆成为我国彻底实现高钒密闭索国产化的重要契机。对于我们团队来说，这不仅是技术上的挑战，更是一份特殊情怀。尽管国外供应商可以提供这种索，但价格高昂且供货周期长，甚至面临“卡脖子”的风险。因此，实现这一国产化目标，对于打破长期依赖进口高端材料的局面具有重大意义。

其次，“冰丝带”的索网结构在世界范围内独具特色，有着两个显著的不同之处。

一是规模。索网是世界上最大的单层索网结构体育馆，长轴198米，短轴124米，规模空前。二是形状。与大多数采用圆形索网的体育场馆不同，“冰丝带”采用长短轴比例为1.6:1的扁椭圆形索网设计。这种设计显著增加了施工和建造的难度，使项目复杂性远超同类场馆。  

此外，索网结构还对屋顶围护系统提出了全新要求。传统的金属屋面系统，如大兴机场采用的直立锁边金属屋面技术已较为成熟。“冰丝带”的索网具有柔性特点，在风荷载等作用下会产生较大变形，传统金属屋面无法适应这类变形。我们开发的全新的马鞍形屋面结构，既能满足索网结构的变形需求，又可为冰场提供高效的围护系统，避免冷量损失和能耗增加。  

在绿色建筑方面，“冰丝带”采用了二氧化碳跨临界直冷制冰技术，成为冬奥历史上第一个采用此技术的大型冰场。传统氨制冷和氟利昂制冷剂由于环保问题逐渐被淘汰，而二氧化碳制冷剂的GWP值（全球变暖潜能值）仅为1，极大地降低了温室效应。这个技术突破不仅符合绿色发展理念，也推动了环保制冷剂在体育场馆中的应用。

▲图源：新华社

此外，“冰丝带”的设计与施工还面临着其他挑战，比如如何处理曲面玻璃的复杂工艺。为了呈现建筑外观的完美曲线，必须使用小半径曲面玻璃，这对小半径曲面玻璃的加工能力提出了极高要求。

更重要的是，国家速滑馆不仅要成为最绿色、最环保的场馆，还要成为“最快的冰场”。由于北京地区地处平原低海拔地区，天然条件上难以拥有高原冰场的优势。通过使用二氧化碳这种最环保的制冷剂来制冰，对冰面的温度、硬度、平整度以及场馆的风速、湿度等环境细节进行精准调控，成功让“冰丝带”成为冬奥历史上首个“低海拔地区世界最快的冰场”。

还有一项很大的挑战是关于智慧场馆的建设与应用。随着科技的发展，智能化技术在各个领域得到了广泛应用。

2022年北京冬奥会如何展示我国在智能化和智慧化方面的技术创新，并进一步提升“冰丝带”场馆的智慧运维和服务能力，成为我们团队当时面临的重要挑战，主要问题包括群体设备和多系统的管控、高精度BIM大模型的轻量化应用，尤其是在像速滑馆这种对环境要求极高的场馆中，如何确保其运维系统与观赛、服务等方面的智能化需求。值得庆幸的是，我们的项目得到了国家和北京市各方面科技计划的大力支持。通过与国内一些大学、科研机构以及参与建设的各方合作，我们共同攻关，取得了理论突破、技术创新和国产化替代的成果。