北京奥运会三大理念鸟巢：三大奥运理念的结晶

2022年北京冬奥会正在积极筹备中。鸟巢将承办冬奥会的开闭幕式。鸟巢再一次体现在大家的视野里。鸟巢有哪些科技亮点？鸟巢的科技创新是如何体现国际奥委会在举办时向其做出的三大奥运理念的？作为鸟巢项目设计和技术管理的参与者，回顾当年的创新之路，有必要再次向世界展示鸟巢的科技创新亮点，让代表当代中国国家发展水平和中国建筑技术发展水平的鸟巢再次成为世界关注的焦点，为冬奥会做准备。

如果说水立方(国家游泳中心)是一片曼妙的水，那么鸟巢(简称国家体育场，下同)就是一团激情之火。远远地看鸟巢，让人觉得它是生命的载体，充满活力。它将与北京中轴线北端两侧的水立方形成一个圆圈。它将以一刚一柔、一火一冰的平衡对称，成为迎接奥运会的第一座标志性建筑。与2008年奥运会同时，鸟巢将承办开幕式、闭幕式、田径比赛、男子足球决赛等重大赛事。

鸟巢和水立方

绿色奥运、科技奥运、人文奥运是北京市政府在申办2008年夏季奥运会时向世界做出的承诺，体现在备战奥运会的各个方面，体现在鸟巢工程建设的各个方面实现三个奥运理念。在国家体育场工程的奥运设计大纲中，有贯彻这三个理念的相关设计内容，并在项目实施过程中进一步提出相关要求，以便在新理念、新材料、新技术、新施工方法等方面贯彻这三个理念。鸟巢建设中，科技创新无处不在，绿色奥运、人文奥运、科技奥运三大理念都是通过科技创新实现的。

科技创新诠释科技奥运

国家体育场规划面积20.4万平方米，建筑面积25.8万平方米。观众座位9.1万个，其中永久座位8万个，临时座位1.1万个，设计使用寿命100年。国家体育场外形为双曲面马鞍型，东西结构高度69.2米，南北结构高度40.1米。钢结构最大跨度为长轴333米，短轴297米。它是由24个围绕体育场碗形看台旋转的门式桁架组成的。钢结构构件相互支撑形成网格状框架，构成了体育场的整体“鸟巢”形状。整个鸟巢为大跨度钢结构，大量箱形结构采用钢板焊接而成。看似杂乱无章，实际上结构体系很有规律。

24个主桁架

根据鸟巢钢结构工程技术含量高、挑战性强、施工难度大的特点，设立了7个科技攻关项目。由于鸟巢主体钢结构规模较大，在受力最大的柱脚处需要一种特殊的高性能钢材。这种特殊钢是Q460-Z35，厚度为110毫米。这是我国首次在民用钢结构建筑中应用，是专门开发的。经过两个月的研究，河南省舞阳钢铁厂的科研人员制作了样品，经北京市科委组织的专家鉴定，可应用于鸟巢钢结构。该技术填补了国内建筑钢结构设计规范空的空白，达到了国际先进水平，为今后在国内大型建筑和国防工业中的应用开辟了一条新路。

鸟巢钢结构弯扭钢箱梁构件加工中应用传统成型工艺创新和有针对性的多点无模成型技术，有效解决了鸟巢钢结构扭扭钢构件的加工工艺和技术精度问题，成为鸟巢钢结构制造技术创新的亮点，也在国内首次应用，填补了复杂钢构件制造的空空白。鉴于燕窝钢结构工程为全焊接结构，施工以焊接为主线，采用Q460-Z35等国内从未生产过的高强度钢，组织各参建单位内外联合攻关，组织焊接工艺评定206项。结果涵盖了国家体育场焊接工程的所有材料、板厚、焊接方法、焊接位置和焊接环境，为钢结构的施工焊接提供了准确的工艺参数，保证了钢结构的施工质量和进度。

弯曲和扭转构件的制造

此外，异种钢结构构件的设计方法、大体积钢结构温度场的分析方法以及复杂多杆节点的性能研究在国内都是首次应用。经过大量的试验分析和专家论证，保证了钢结构设计的可实现性，保证了鸟巢的顺利施工。除了在钢结构领域进行创新和攻关，其他专业也有很多科技创新的亮点。

钢结构立面安装

节能环保体现绿色奥运

在鸟巢的建设和未来运营中，绿色奥运将通过选择先进可行的环保技术和建筑材料来体现。绿色奥运将在节约能源和资源、处理固体废物、保护和回收热能、利用太阳能和节水技术方面实现。在建设和运行中，污染源得到有效控制。在建立运行管理体系的基础上，改变功能和性能，降低功能成本，满足绿色环保的要求。在空气体的处理中，需要通过相关的设计软件对体育场进行自然通风，充分利用自然通风，减少能源的使用。由于鸟巢建筑造型的需要，很多光能板无法设计。为了充分利用太阳能，体育场设计了光电系统，将太阳能转化为电能，作为安检系统的光源。共设计了130千瓦太阳能光电系统。"

为了充分利用可再生能源，鸟巢设计的雨洪利用系统成为节能的亮点工程。该系统利用分布在鸟巢钢屋顶和地面草坪上的近千个雨水收集口收集雨水，雨水通过计算机控制的管网进入地下水库，经过滤净化后回用。雨水利用系统包括体育场内外的6个蓄水池，年雨水处理能力为5.8万吨。如遇大雨，鸟巢膜结构上的积水将沿天沟有序排至隐藏在钢桁架内的120个大型水箱。此时，已安装的虹吸排水系统将被重新利用，使雨水提前通过隐藏在钢梁内的40多条雨水立管流入排水柱，然后进入地下水库过滤净化后再重新利用。雨水将用于景观灌溉、厕所冲洗和道路清洁。

彩虹利用系统

此外，地源热泵冷热源系统也是鸟巢充分利用可再生能源的亮点。在体育场建设过程中，利用体育场中部面积约8000平方米的足球场草皮下130米深的土壤资源，为国家体育场冬季供暖和夏季制冷提供空调节系统的冷热源，节省了常规能源。该系统使用两台螺杆机，每台冷却能力为750千瓦，刮削能力为940千瓦，从而补充了冬季供暖和夏季制冷的能源问题。

以人为本实施人文奥运

在鸟巢的建设中，充分考虑了各类人群的需求，不仅包括普通观众、运动员、媒体记者，还包括残疾人和行动不便者。总的来说，它应该符合中国人的习惯和国际形势。

对于特殊人群，鸟巢设置了助听器和比赛解说的广播系统。对于运动员来说，在进入赛场时，不要和观众交叉，要有独立的通道。同时，他们还应该考虑运动员对媒体的采访，并可以很容易地接受兴奋剂检测。媒体是奥运会成功的关键。对于媒体来说，要有专用的渠道和良好的工作环境，还要考虑网络信号、基础设施等办公条件。以厕所为例，国内外对男女厕所的比例要求不同，标准不一致。要综合考虑男女厕所的比例，以及蹲坑和立坑的比例。

试想一下，2008年8月，天气炎热，9.1万人坐在一个体育场看比赛，怎么增加舒适度？经过多方论证，采用流体力学设计中的CFD模拟方法，对鸟巢观众的热舒适度和风舒适度进行模拟分析。精确模拟“鸟巢”的钢结构和膜结构，模拟9.1万人同时观看比赛时体育场的自然通风情况，计算不同区域观众能感受到的温湿度气流速度，优化“鸟巢”的所有通风设施。无论观众是坐在上还是下看台，普通座位还是贵宾座位，都可以享受自然光和自然风，温度和湿度好，达到更好的舒适度。

此外，国家体育场的礼堂充分利用自然通风和自然采光，尽量减少人工机械通风和人工光源。鸟巢屋顶还铺设了11万平方米的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜和聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)薄膜。外层是ETFE防雨膜。在ETFE薄膜下方12米处，铺设一层聚四氟乙烯薄膜，用于吸音和天花板双层功能。聚四氟乙烯是一种吸声薄膜材料，可以起到隔音天花板的作用。在钢屋顶上布置了一些吸声材料，在场地上布置了电声扩声系统，“鸟巢”。