浅析奥运场馆的智能化设计

浅谈奥运场馆的智能化摘要：一座座座北京奥运运会场馆及相相关设施拔地地而起展现出出的亮丽身姿姿，京城已被被日渐浓厚的的奥运气息笼笼罩，一座融融汇古老文明明和现代风采采的奥运城市市正在形成。在在奥运场馆及及相关设施建建设中，中国国人正在运用用全世界最尖尖端的技术和和自己的聪明明才智去创造造一批世界一一流的体育馆馆，这不仅让让全球的运动动员、观众体体验到科技奥运的精精神，也为今今后建设节能能减排的绿色色中国提供了了一些范例。本文综述和分析了奥运场馆及其相关设施的智能设计。关键词：奥运场场馆，智能，智能设计。前言随着奥运运的临近，奥奥运场馆逐步步竣工，全世世界越来越多多的目光投向向东方的奥运运之城——北京。在这这座有着两千千多年建城史史、八百多年年建都史的古古城中，次第第崛起的众多多造型别致、匠匠心独具的奥奥运建筑，无无不闪现出东东方智慧中蕴蕴藏的创新之之魂。奥运场场馆凝聚了中中国人的智慧慧，从结构设设计到新型材材料，从施工工工艺到质量量检测标准等等各方面都形形成了一批自自主创新的成成果。凭借勇勇攀高峰的创创新精神，“鸟巢”、“水立方”等一大批奥奥运场馆从宏宏伟的蓝图变变为令人称奇奇的现实，也也将在奥林匹匹克历史上留留下极为精彩彩的一页。智能建筑的定义义智能化建筑起源源于80年代初期的的美国，当时时跨国公司为为提高国际竞竞争力，适应应信息时代的的要求，纷纷纷改造或兴建建以高科技装装备的高科技技大楼（Hi-Buuildinng）。同时，高高科技公司为为了增强自身身的竞争和应应变能力，对对办公和科研研环境进行积积极改进，以以提高工作效效率。关于智能建筑，国国际上尚无统统一的定义。人人们普遍认同同美国“智能建筑学学会”（AIBI）的定义，即即智能建筑是是建筑、装备备、服务和经经营四要素各各自优化、相相互联系、全全面综合并达达到最佳组合合，以获得高高效率、高功功能与高舒适适的环境空间间。智能建筑筑的构成至少少必须具备三三大系统：即即设备管理自自动化系统（BMS）、通讯网网络系统（CNS）、及办公公自动化系统统（OAS）。这就是是通称的"3S"大厦。我国专家给出的的定义是以建建筑为平台，兼兼顾建筑设备备、办公自动动化通信网络络系统，集结结构、系统、服服务、管理以以及它们之间间的最优化组组合，向人们们提供一个安安全、高效、舒舒适、便利的的建筑环境。智能奥运场馆“科技奥运”是是2008年北京奥运运会的三大理理念之一，它它涉及到信息息、能源、环环境、气象、交交通、场馆建建设等多个领领域，是举办办一届“有特色、高高水平”奥运会的保保障，也是落落实“绿色奥运、人人文奥运”的重要支撑撑手段。为使使“科技奥运”理念变为现现实，北京为为“科技奥运”确定了7项考证指标标：奥运场区区交通实现“零排放”；奥运场馆馆绿色能源采采暖、制冷供供应达到26%；奥运场馆馆工程多年平平均雨水综合合利用率超过过80%；奥运场馆馆水利用中水水回用、污水水处理再生利利用率达到100%；奥运工程程采用半导体体照明节约景景观照明能源源达70%；奥运会工工程绿化率达达78%；北京市区区交通主干道道群体交通诱诱导80%以上。奥运场馆将大量量采用太阳能能、风能、地地热和地源热热泵等提供绿绿色能源供应应。在奥运工工程总建筑面面积199.7万平方米中中，有50多万平方米米将使用绿色色能源，比例例达26.9%，可减少二二氧化碳排放放5.7万吨/年。目前，在在7个场馆建成成太阳能光伏伏并网发电系系统，总装机机容量480多千瓦，发发电量58万千瓦时/年，相当于于节约标煤384吨/年，减少二二氧化碳排放放1113吨/年。同时，太太阳能的利用用将为90％的奥运场场馆草坪灯、路路灯提供照明明，为奥运村村提供全部生生活热水供应应。在水资源的保护护、利用和开开发方面，奥奥运工程积极极采用雨洪利利用、中水回回用、污水处处理及再生利利用等技术，实实现多年平均均雨水综合利利用率超过80%，可回收利利用雨洪水105万吨/年。据介绍绍，所有奥运运场馆都采用用了中水回用用系统，其中中奥林匹克公公园和国家游游泳中心利用用中水共计479万吨/年。奥运场场馆还将采用用集中与分散散结合的污水水处理方式，使使污水处理再再生利用率达达到100%。已在国家家游泳中心等等重要场馆建建设高水平的的独立污水处处理系统，年年污水处理量量可达99.7万吨。(一)20088年奥运会主主会场——国家体育场场，被人们亲亲切的称为“鸟巢”。“鸟巢”作为22008奥运会最重重要的比赛场场馆，聚集了了全球人的目目光。国家体育场夜景景图（效果图图）图片来源：人人民网1.“四不怕”（1）不怕怕积水鸟巢顶部共共铺设了1024张ETFE膜片，它们们绷在钢结构构组成的空隙隙里，组成了了上千个小屋屋顶。如果遇遇到大雨，这这些小屋顶的的排水就成了了问题。鸟巢巢的解决方法法是，如果遇遇到大雨，膜膜结构上的积积水将顺着边边上的天沟流流到隐藏在钢钢结构中的120个大水槽中中，这时再利利用已经安装装好的虹吸排排水系统，让让雨水通过40多根预先藏藏到钢梁里的的雨水立管流流进排水柱，再再进入地下蓄蓄水池，过滤滤净化后再次次利用。（2）不怕噪音音膜结构在欧欧洲的一些体体育建筑中早早有应用，但但遇到大雨，观观众就会叫苦苦不迭。主要要原因是膜结结构绷得很紧紧，雨水打在在上面就像敲敲鼓一样崩崩崩地响，这雨雨水的噪音甚甚至会盖掉观观众的呐喊声声。为了解决决这个问题，在在鸟巢的外膜膜下，又铺上上了一层PTFE膜，它实际际上是一层“隔音幕”，加上声学学技术的处理理，能够较好好地解决噪音音问题。（3）不怕鸟鸟巢的顶棚棚采用了和水水立方一样的的膜结构，能能常保清洁，但但膜的厚度只只有0.25毫米，这么么薄的膜致命命的弱点便是是怕飞禽的利利爪。鸟巢身后是是680公顷的奥林林匹克森林公公园，鸟儿难难免要来鸟巢巢串串门，赛赛场内外都有有可能成为它它们的观光地地。为此，鸟鸟巢在顶部四四周安上了类类似于机场用用的驱鸟装置置。但考虑到到个别漏网之之鸟，又在外外膜上铺设了了停鸟线，确确保鸟不落在在膜上。此外外，群鸟在鸟鸟巢停留，其其粪便遗留也也是个大问题题。好在鸟巢巢的膜也可以以自清洁，利利用雨水和安安装在钢结构构上的喷淋系系统，灰尘、鸟鸟粪都会一洗洗了之。（4）不怕冷烟烟火北京奥运会会开、闭幕式式将燃放大量量烟火。由于于普通礼花的的燃烧温度在在400～500℃，如果不慎慎打在鸟巢的的膜上，有可可能瞬间将其其融化。为此此，在开、闭闭幕式上将采采用燃烧温度度只有90～200℃的冷烟火，以以确保膜结构构安全。2.智能污水排排放系统。为“鸟巢”配套套的智能型电电磁流量计，将将用于对“鸟巢”的污水排放放进行测量。该该智能型流量量计将被安装装在“鸟巢”排污系统的的远端，通过过有线和无线线方式，将污污水流量准确确传导到中央央控制中心，从从而记录和控控制污水的排排放量。3.“鸟巢”钢钢结构实际为为避雷网“鸟巢”外表平平滑，没有普普通大型建筑筑上突起的避避雷针，满身身“钢筋铁骨”的国家体育育场（鸟巢），能能否经受住雷雷电的考验？？实际上，它它的整个“钢筋铁骨”构成了理想想的“笼式避雷网”。设计师将“鸟巢”的金属屋面面、钢结构中中的钢构件以以及钢筋混凝凝土中的钢筋筋，通过焊接接方式进行有有效连接，这这样“鸟巢”自身就形成成了一个巨大大的避雷网，而“鸟巢”的钢结构就成为了一个巨大的接收闪电的装置，能把闪电迅速导入地下。“鸟巢”自身钢钢结构接收闪闪电，会不会会影响到“鸟巢”内观众的安安全呢？为了了防止雷击对对人体的伤害害，场馆内人人能触摸到的的部位，比如如钢结构上，都都做了特殊处处理，抵消了了雷电对人的的影响，绝对对不会伤害到到人；同时，“鸟巢”内几乎所有有的设备都与与避雷网做了了可靠连接，保保证雷电来临临的瞬间，能能顺利将巨大大电流导入地地下，保证了了场馆自身、仪仪器设备和人人身安全。图片来源：《新新京报》制图图/丁华勇与“鸟巢”一样样，国家游泳泳中心也有一一个别具一格格的名字：“水立方”“水立方”，是是一个177米乘177米的方形建建筑，高31米，看起来来形状很随意意的建筑立面面遵循严格的的几何规则，立立面上的不同同形状有11种。内层和和外层都安装装有充气枕头头，梦幻般的的蓝色来自外外面那个气枕枕的第一层薄薄膜，因为弯弯曲的表面反反射阳光，使使整个建筑的的表面看起来来像是阳光下下晶莹的水滴滴。而如果置置身于“水立方”的立面，会会看到像海洋洋环境里面的的一个个水泡泡一样。水立立方外表使用用的膜结构是是整个国家游游泳中心的精精华所在。它它不仅外形美美观，更关键键的是它把“高科技”三个字体现现得淋漓尽致致。国家游泳中心雨雨夜景图（效效果图）图片来源：人民民网国家游泳中心内内部（效果图图）图片来源：人民民网膜结构的监测系系统膜结构建筑是221世纪最具代代表性的一种种全新的建筑筑形式，至今今已成为大跨跨度空间建筑筑的主要形式式之一。“水立方”除了地面之之外，外表都都采用了膜结结构———ETFE材料，蓝色色的表面出乎乎意料的柔软软但又很充实实。“考虑到场馆馆的节能标准准，膜结构具具有较强的隔隔热功能；另另外，修补这这种结构非常常方便，比如如，射枪或者者是尖锐的东东西戳进去后后，监控的电电脑会自动显显现出来。如如果破了一个个洞，只需用用不干胶一贴贴就行了；膜膜结构还非常常轻巧，并具具有良好的自自洁性，尘土土不容易粘在在上面，尘土土也能随着雨雨水被排出。水立方”钢结构构工程采用国国内外首创仿仿水泡组合的的全新结构体体系，设计、科科研、施工组组织均有较大大难度。经过过各方专家多多次论证，决决定对“水立方”的钢膜结构构进行健康安安全监测。目目前已有260个光纤光栅栅类应变及温温度传感器成成功布置，一一万多米的光光缆遍布整个个结构。该监监测项目即将将安装钢膜结结构上的风压压传感器和加加速度传感器器。整个监测测系统的工作作原理是，定定期采集“水立方”钢膜结构的的温度场、钢钢膜结构的振振动等有关数数据；对监测测期间的安全全状态进行评评估和预测；；在2008年奥运会期期间和下一年年的残运会期期间，此系统统将重点对结结构安全进行行连续监测，为为北京奥运会会和残运会成成功举办提供供技术支持，同同时还要建立立“水立方”设计、建造造和运营的历历史档案。2.“智能泡泡泡’反光遮阳对一个游泳池来来说，它的热热需求大于他他的冷需求，所所以工程设计计之初，就要要考虑它的整整体热负荷问问题。“水立方“晶莹通透的的结构特征不不仅可以给人人带来美的视视觉感受，而而且具有极高高的实用性，外外面的阳光可可以直接进入入室内，给游游泳池和室内内空气加热。而在夏天，“水水立方”的“智能泡泡”系统可以通通过不同朝向向、不同密度度的反光斑点点，以及在内内外两层泡泡泡之间实现互互相通风的技技术手段，来来改变遮阳系系数，降低它它的冷负荷，达达到低温的目目的。3.游泳池内的的水将由太阳阳能加热,泳池的双重重过滤装置可可实现水的再再利用,就连多余的的雨水也将被被收集和储存存在地下的水水池中。复杂杂的工程系统统和弯曲的钢钢结构使得外外部结构像一一个泡沫，这种独特的的结构设计使使得“水立方”几乎经得起起任何地震的的袭击。国家体育馆———光伏发电。国家体育馆的外外墙全是玻璃璃幕墙，让人人感觉非常通通透。顺着幕幕墙往上看，会会发现很多玻玻璃上都有些些黑色小方块块，这些都是是用于太阳能能发电的硅片片板。国家体育馆的的屋顶上安装装了1124块太阳能板板，可以最大大限度地吸收收太阳光。光光伏发电系统统可以提供100千瓦的发电电量，完全能能满足体育馆馆地下车库近近2千米的照明明，全年可以以节省243万度电。国家家体育馆光伏伏电站的总安安装容量为102.5千瓦，分别别安装在体育育馆屋顶和南南面玻璃幕墙墙中，太阳能能电池板约有有1000平方米，太太阳能电池方方阵将吸收到到的太阳辐射射能转化为直直流电，由专专项线路统一一输送到地下下一层太阳能能发电控制室室，通过逆变变器把直流电电转化为交流流电，再经专专用设备并网网输送到低压压配电系统。初初步计算，国国家体育馆100千瓦光伏电电站设计使用用寿命为25年，累计发发电232万度，按一一度电能平均均消耗390克标准煤计计算，国家体体育馆太阳能能电池使用25年能节约标标准煤约904.8吨，减排二二氧化碳约2352..5吨、二氧化化硫约21.7吨和氮氧化化物约6.3吨。图片来源：TOOM网（四）奥林匹克克网球中心——会降温的“花瓣”。图片来源：33C生活网奥林匹克公园网网球中心在国国际上首次引引进赛场自然然通风设计理理念，巧妙地地解决了赛场场高温的问题题。据介绍，场场内的12个“花瓣”观众席上设设计了数个吸吸收自然风的的处理设备，通通过馆内循环环设施，从赛赛场周围的出出风口向场地地送风。这样样可以有效地地降低场地温温度5℃左右，使观观众席上的高高温也得到相相应的缓解。此此外，三块主主赛场观众看看台外墙，都都布满了白色色网眼板，一一个个的小点点点不仅仅是是装饰，晚上上还能发光，而而且这里面还还藏着能吸收收自然风的设设备，被压缩缩后的自然风风能够从看台台底层百叶窗窗中吹进来，给给赛场降温。北京科技大学体体育馆——太阳光导管管照明。图片来源：3CC生活网承担奥运会跆拳拳道、柔道项项目比赛的北北京科技大学学体育馆已经经完工，场馆馆里148套8米长的光导导管是该场馆馆采取的最特特殊的技术，也也是所有奥运运场馆中最先先进、使用最最多的光导管管照明系统。这些光导管，它它们能把80%的太阳光汇汇聚到场馆内内部，就像一一盏盏不用电电的灯为场馆馆提供照明。经经测试，在阳阳光比较好的的情况下，它它采集的光线线能满足体育育训练和学生生上课的要求求，基本可以以不开灯或者者尽量少开灯灯，大大降低低了场馆的能能耗。由于光光导管是密闭闭的，可以有有效地节省维维护费用。此此外，光导管管在白天采集集光源照亮室室内，晚上则则可以将室内内的灯光通过过屋顶的采光光罩传出，起起到美化夜景景的效果。丰台垒球场———会“喝”水的体育场场。图片来源：3CC生活网丰台垒球场铺设设了大约9000平方米的生生态沙基透水水砖，这种透透水砖以内蒙蒙古沙漠中的的天然硅沙为为主体原料，采采用特殊的工工艺加工而成成。它不同于于一般的透水水砖通过材料料内的缝隙让让水渗透下去去，而是通过过破坏水的表表面张力，在在虹吸作用力力下被砖“喝”下去。渗到到地下的水可可收集再利用用，或直接渗渗透到地下补补充地下水，形形成一个大的的循环系统。另外，丰台垒球球场的草坪高高出地面8厘米，这8厘米分为3层，先在平平整后的场地地上铺上大块块的鹅卵石，第第二层铺上细细沙石，然后后铺上沙子，最最后再往沙子子上种草。这这样，落在草草坪上的雨水水就会迅速渗渗入地下，并并通过埋设的的管道流入到到附近的雨水水收集池中。借借助中水利用用技术系统（中中水是指城市市污水或生活活污水经处理理后达到一定定的水质标准准，可在一定定范围内重复复使用的非饮饮用水）综合合处理后的水水，就可以用用于建筑内冲冲洗厕所以及及室外绿化灌灌溉了。北京射击馆———会呼吸的幕幕墙。图片来源：3CC生活网北京射击馆资格格赛馆观众厅厅东、南、西西侧采光窗所所采用的生态态型呼吸式遮遮阳幕墙可以以实现对建筑筑通风换气的的全智能主动动控制，这种种节能技术在在国内是非常常先进的。有有了这层呼吸吸式幕墙，射射击馆就像是是被包在一个个“保温膜”里，可以利利用室外自然然风调节室内内温度。夏季季，射击馆与与双层幕墙间间连通的窗户户会被关闭，进进入这个空间间的室外热空空气会被直接接排出，不会会进入场馆内内部，降低室室内空调的能能耗；冬季，进进入双层幕墙墙的冷空气可可以在这个玻玻璃空间内受受阳光照射提提高温度，通通过透气窗进进入场馆内部部，达到提高高室温的效果果。有了这套套系统，射击击馆就可随季季节调节室内内温度，减少少了空调制冷冷和取暖的耗耗能。北京大学体育馆馆——科技含量高高。图片来源：3CC生活网虽然占地面积只只有17100平方米，但但北京大学体体育馆却被建建筑专家称为为“科技含量相相当高”的奥运场馆馆。北大乒乓乓球馆主赛场场、热身场和和游泳池的照照明控制，都都采用了分布布式智能照明明。变配电室室内综合自动动化系统将与与体育馆BA系统联网，主主要的线路开开关、变压器器，都能实现现远距离实时时遥测、遥信信、遥调、遥遥控。北京大学体体育馆墙体方方面，采用了了保温隔热材材料，安装在在游泳馆屋顶顶的太阳能材材料板可以给给泳池里的水水提供热量。主主体育馆采用用地源热泵系系统解决了取取暖制冷问题题。五棵松体育馆———雨水收集。图片来源：3CC生活网五棵松体育馆11.7万平方米的的屋顶被凹凸凸有致地设计计成了一个巨巨大的雨水收收集器。一旦旦下雨，雨水水将顺着屋顶顶星罗棋布的的管道，通过过预埋在屋顶顶的虹吸管流流进位于场馆馆边上的雨水水收集池。经经过处理后，一一部分回渗涵涵养水源，一一部分则可用用于灌溉和洗洗车。五棵松松体育馆52公顷园区通通过区域综合合节水系统，一一年可收集雨雨水6万立方米，生生产中水29万立方米。朝阳公园沙滩排排球场——“追日”发电。图片来源：北京京2008年29届奥运会官官