冰雪冬奥，上万座临时建筑如何抗冻又保暖

    北京冬奥会延庆赛区，张艳霞在对临时设施进行安全检查。受访者供图

    冰冷的建筑到底能承受多低的温度？在北京建筑大学土木与交通工程学院教授张艳霞牵头做的模拟试验里，使用新型材料搭建的结构，在-40℃条件下仍有较好的性能，而这样的材料就被用于北京冬奥会的临时设施中。

    冬奥会赛场上，临时设施量大面广，并扮演着重要角色。据初步统计，三大赛区的临时看台数量超过1.4万座，临时用房达3.8万多平方米，临时厕所2600多平方米。

    “科技冬奥”临时设施项目负责人张爱林教授曾在受访时介绍，与历届冬奥会相比，北京冬奥会坡地赛场地形更复杂，临时设施数量及规模更大，临时支承架体搭建技术要求更高；临时用房和厕所数量及规模大，对可持续性、零排放、低碳供热保温与通风技术要求高。

    然而，我国缺乏严寒、山地、强风条件下的大规模临时设施建设经验，亟须对严寒条件下临时设施搭建与运维进行创新研究。

    对张艳霞来说，临时设施在北京冬奥会上的应用，是一次绝佳的科研机会，亦是一个颇具挑战的技术难关。张艳霞此前一直钻研永久建筑和钢结构，大兴机场的设计中就有她的手笔。但在临时设施领域，她还是一个新手。

    这次，根据可循环、环保、耐寒等性能要求，项目团队选择了不锈钢材料来搭建临时建筑的架体，采用这种材料的支承架体还未在如此严寒的环境下验证过。

    创造低温条件是试验成功的关键因素，也是项目团队遇到的第一个难题——没有可满足低温条件的试验设备。团队里一位90后博士生提出，以“液氮”为主要降温手段，营造低温加载环境的思路。师生共同努力，设计制作了液氮低温箱，研制了制冷封闭性试验装置和试验方法，既兼顾了经济性，又实现了温度控制与试件加载相分离的试验条件，顺利开展了支承架体关键节点的低温性能试验。

    在此基础上，张艳霞团队还通过模型计算，评估严寒、大风和大雪耦合极端天气下的建筑安全性能。

    然而，试验也只是验证现实中可能出现的几种常见情况，除此之外，还有很多复杂情景。比如，临时设施相关标准预设的情况是，设施上的雪可以被及时清扫。可就在去年冬季的一天，张家口半夜下起了大雪，赛区棚房的积雪根本来不及清理，在这种特殊情况下，临时结构的安全问题急需评估。

    在不同的赛区，临时设施面临的考验也有很大差异。相比延庆赛区，张家口赛区临时设施体量大，一些架体上还有三层的临时用房。有一次，在一场国际测试赛事举办前，一封函件从张家口发来，希望张艳霞所在项目团队去做赛区临时设施的安全评估检测，之后才能放心投入使用。

    一周的时间里，张艳霞带领团队检查了奥运餐厅、领队会议室棚房、国家越野滑雪中心的临时看台等，并同步进行监测、三维激光扫描、图纸对比、以及计算评估。张家口赛区各部门，都在等待他们将要出具的这份“体检报告”。

    “可以说，这是我在科研这条路上最大的一次挑战。”张艳霞记得，在崇礼的每个晚上，她与团队成员都要核算到深夜两三点，“国际测试赛马上就要开始了，时间急迫，任务繁重。所以当时我的压力非常大。”评估报告在最后一天的凌晨2点发出，相关方得到报告后，迅速落实，最终确保了国际测试赛顺利进行。

    “赛事能够圆满开展，那时我的幸福感也是最大的。”从大兴机场，到冬奥临时设施，张艳霞带着使命感完成一项项重大工程。“有幸能尽自己的所能参与到这个时代的工程建设中，我觉得自己非常幸福。”

    冰天雪地的环境里，这些临时设施不仅要耐得住严寒，还要给人以温暖。

    北京冬奥会的临时看台和集装箱房。受访者供图

    在小海坨山，山顶极限温度可达-30℃，极限风力可达12级。工作人员在一个个集装箱房内办公，如何给他们提供一个温暖的环境？

    传统临时用房的供暖方式是直接电加热供暖，但这种方式能效低、能耗大，不够低碳节能。2021年6月，北京建筑大学环境与能源工程学院教授郝学军接到这一任务。那时距离冬奥会开幕只有不到8个月，时间十分紧张，两所高校和两家企业协作高效攻关，中青年教师和在校硕士研究生成为团队主力。

    要做到绿色办奥，团队给出一个理想方案：百分百使用可再生能源，实现零碳供暖——通过太阳能光伏、光热一体化热泵技术，利用太阳能和空气能，为集装箱房提供热源。他们还对集装箱房围护结构保温材料进行了优化设计，通过毛细管墙面辐射的方式，营造节能舒适的室内环境——管网系统像房子的“血管”一样铺设在天花板和墙壁里，通过辐射的方式调节室温。

    一般的集装箱房只能依靠自然通风改善内空气品质，尤其在寒冷的冬天，一通风，室内温度就迅速下降，供暖的能耗也大幅增加。郝学军团队研发了一种适用于冬奥低温环境下的全温度段热回收新风换气装置，把热泵和全热回收装置配合用在新风换气机上，形成模块化高效热回收。

    郝学军介绍，热泵辐射供暖和新风换气系统都可以实现自动控制。使用者可以通过温控器设定室内温度，当室温低于设定温度时自动供暖，室温能达到设定温度时，热泵机组自动停机，新风换气机组也会根据设定温度和室内温度自动控制热泵机组的热回收启停。

    在国家高山滑雪中心竞技结束区临时看台媒体用房，这项“暖心”成果已投入使用。郝学军团队也投入赛事保障工作中。白天，他们在赛场，紧盯无线传感器实时监测示范用房室内外温度、湿度、二氧化碳浓度、热泵系统运行状态和逐时耗电量等数据；晚上，商讨运行状态，制定系统故障应急预案，随时准备应对突发情况。

    郝学军说，未来，这种技术方案还可应用在很多应急场景里，比如冬季地震、疫情下的救灾、医疗或临时隔离用房、边防部队临时营房等，实现独立的低碳供暖和通风换气。

    临时设施有搭建效率高、赛后可周转、绿色环保等优势，如果能好好利用，便是“绿色”办奥理念的生动实践。

    相较于永久建筑，各种设备在临时设施内的组合难度更大，受到的限制更多。郝学军记得，几个月前，由于运输、安装过程中产生的震动，装有制冷剂的部分管路破损，团队在现场连夜检查维修才恢复了系统功能。“临时设施的构件要便于拆装和移动，设备使用寿命也不如永久建筑，因此还要考虑经济性。”

    科学技术的创新与改进一直是进行时，冬奥会并非研究的终点。几天前，张艳霞团队还在室外深夜拆装架体，为赛后循环利用做测试。郝学军团队也一直在收集计算集装箱房内各环节碳排放的数据。项目在2022年年底迎来验收，届时，他们将在临时设施领域交出一份温暖答卷。

中青报·中青网记者 张艺 来源：中国青年报