冰雪冬奧，上萬座臨時建築如何抗凍又保暖

　　北京冬奧會延慶賽區，張豔霞在對臨時設施進行安全檢查。受訪者供圖

　　北京冬奧會的臨時看臺和集裝箱房。受訪者供圖

　　冰冷的建築到底能承受多低的溫度？在北京建築大學土木與交通工程學院教授張豔霞牽頭做的模擬試驗裡，使用新型材料搭建的結構，在-40℃條件下仍有較好的效能，而這樣的材料就被用於北京冬奧會的臨時設施中。

　　冬奧會賽場上，臨時設施量大面廣，並扮演著重要角色。據初步統計，三大賽區的臨時看臺數量超過1.4萬座，臨時用房達3.8萬多平方米，臨時廁所2600多平方米。

　　“科技冬奧”臨時設施專案負責人張愛林教授曾在受訪時介紹，與歷屆冬奧會相比，北京冬奧會坡地賽場地形更復雜，臨時設施數量及規模更大，臨時支承架體搭建技術要求更高；臨時用房和廁所數量及規模大，對可持續性、零排放、低碳供熱保溫與通風技術要求高。

　　然而，我國缺乏嚴寒、山地、強風條件下的大規模臨時設施建設經驗，亟須對嚴寒條件下臨時設施搭建與運維進行創新研究。

　　對張豔霞來說，臨時設施在北京冬奧會上的應用，是一次絕佳的科研機會，亦是一個頗具挑戰的技術難關。張豔霞此前一直鑽研永久建築和鋼結構，大興機場的設計中就有她的手筆。但在臨時設施領域，她還是一個新手。

　　這次，根據可迴圈、環保、耐寒等效能要求，專案團隊選擇了不鏽鋼材料來搭建臨時建築的架體，採用這種材料的支承架體還未在如此嚴寒的環境下驗證過。

　　創造低溫條件是試驗成功的關鍵因素，也是專案團隊遇到的第一個難題——沒有可滿足低溫條件的試驗裝置。團隊裡一位90後博士生提出，以“液氮”為主要降溫手段，營造低溫載入環境的思路。師生共同努力，設計製作了液氮低溫箱，研製了製冷封閉性試驗裝置和試驗方法，既兼顧了經濟性，又實現了溫度控制與試件載入相分離的試驗條件，順利開展了支承架體關鍵節點的低溫效能試驗。

　　在此基礎上，張豔霞團隊還透過模型計算，評估嚴寒、大風和大雪耦合極端天氣下的建築安全效能。

　　然而，試驗也只是驗證現實中可能出現的幾種常見情況，除此之外，還有很多複雜情景。比如，臨時設施相關標準預設的情況是，設施上的雪可以被及時清掃。可就在去年冬季的一天，張家口半夜下起了大雪，賽區棚房的積雪根本來不及清理，在這種特殊情況下，臨時結構的安全問題急需評估。

　　在不同的賽區，臨時設施面臨的考驗也有很大差異。相比延慶賽區，張家口賽區臨時設施體量大，一些架體上還有三層的臨時用房。有一次，在一場國際測試賽事舉辦前，一封函件從張家口發來，希望張豔霞所在專案團隊去做賽區臨時設施的安全評估檢測，之後才能放心投入使用。

　　一週的時間裡，張豔霞帶領團隊檢查了奧運餐廳、領隊會議室棚房、國家越野滑雪中心的臨時看臺等，並同步進行監測、三維鐳射掃描、圖紙對比、以及計算評估。張家口賽區各部門，都在等待他們將要出具的這份“體檢報告”。

　　“可以說，這是我在科研這條路上最大的一次挑戰。”張豔霞記得，在崇禮的每個晚上，她與團隊成員都要核算到深夜兩三點，“國際測試賽馬上就要開始了，時間急迫，任務繁重。所以當時我的壓力非常大。”評估報告在最後一天的凌晨2點發出，相關方得到報告後，迅速落實，最終確保了國際測試賽順利進行。

　　“賽事能夠圓滿開展，那時我的幸福感也是最大的。”從大興機場，到冬奧臨時設施，張豔霞帶著使命感完成一項項重大工程。“有幸能儘自己的所能參與到這個時代的工程建設中，我覺得自己非常幸福。”

　　冰天雪地的環境裡，這些臨時設施不僅要耐得住嚴寒，還要給人以溫暖。

　　在小海坨山，山頂極限溫度可達-30℃，極限風力可達12級。工作人員在一個個集裝箱房內辦公，如何給他們提供一個溫暖的環境？

　　傳統臨時用房的供暖方式是直接電加熱供暖，但這種方式能效低、能耗大，不夠低碳節能。2021年6月，北京建築大學環境與能源工程學院教授郝學軍接到這一任務。那時距離冬奧會開幕只有不到8個月，時間十分緊張，兩所高校和兩家企業協作高效攻關，中青年教師和在校碩士研究生成為團隊主力。

　　要做到綠色辦奧，團隊給出一個理想方案：百分百使用可再生能源，實現零碳供暖——透過太陽能光伏、光熱一體化熱泵技術，利用太陽能和空氣能，為集裝箱房提供熱源。他們還對集裝箱房圍護結構保溫材料進行了最佳化設計，透過毛細管牆面輻射的方式，營造節能舒適的室內環境——管網系統像房子的“血管”一樣鋪設在天花板和牆壁裡，透過輻射的方式調節室溫。

　　一般的集裝箱房只能依靠自然通風改善內空氣品質，尤其在寒冷的冬天，一通風，室內溫度就迅速下降，供暖的能耗也大幅增加。郝學軍團隊研發了一種適用於冬奧低溫環境下的全溫度段熱回收新風換氣裝置，把熱泵和全熱回收裝置配合用在新風換氣機上，形成模組化高效熱回收。

　　郝學軍介紹，熱泵輻射供暖和新風換氣系統都可以實現自動控制。使用者可以透過溫控器設定室內溫度，當室溫低於設定溫度時自動供暖，室溫能達到設定溫度時，熱泵機組自動停機，新風換氣機組也會根據設定溫度和室內溫度自動控制熱泵機組的熱回收啟停。

　　在國家高山滑雪中心競技結束區臨時看臺媒體用房，這項“暖心”成果已投入使用。郝學軍團隊也投入賽事保障工作中。白天，他們在賽場，緊盯無線感測器實時監測示範用房室內外溫度、溼度、二氧化碳濃度、熱泵系統執行狀態和逐時耗電量等資料；晚上，商討執行狀態，制定系統故障應急預案，隨時準備應對突發情況。

　　郝學軍說，未來，這種技術方案還可應用在很多應急場景裡，比如冬季地震、疫情下的救災、醫療或臨時隔離用房、邊防部隊臨時營房等，實現獨立的低碳供暖和通風換氣。

　　臨時設施有搭建效率高、賽後可週轉、綠色環保等優勢，如果能好好利用，便是“綠色”辦奧理念的生動實踐。

　　相較於永久建築，各種裝置在臨時設施內的組合難度更大，受到的限制更多。郝學軍記得，幾個月前，由於運輸、安裝過程中產生的震動，裝有製冷劑的部分管路破損，團隊在現場連夜檢查維修才恢復了系統功能。“臨時設施的構件要便於拆裝和移動，裝置使用壽命也不如永久建築，因此還要考慮經濟性。”

　　科學技術的創新與改進一直是進行時，冬奧會並非研究的終點。幾天前，張豔霞團隊還在室外深夜拆裝架體，為賽後迴圈利用做測試。郝學軍團隊也一直在收集計算集裝箱房內各環節碳排放的資料。專案在2022年年底迎來驗收，屆時，他們將在臨時設施領域交出一份溫暖答卷。

　　中青報·中青網記者 張藝 來源：中國青年報