如何建造有史以来最轻、最开放的奥林匹克体育场

如果你希望看到鸟巢——2008 年在北京奥运会上让观众惊叹不已的奥运场馆——的新版本，那么你来错地方了。对于明天开始的今年奥运会，伦敦显得很低调。批评者将新奥林匹克体育场描述为“一碗牛奶冻”和“相当平淡无奇”，但它的设计是经过深思熟虑的：伦敦奥林匹克体育场是有史以来最轻、最灵活、最可持续的体育场。

奥运场馆通常都是用混凝土和钢铁建造的宏伟宫殿，即使其最初的用途不会超过两周，也是为了永久使用而建造的。北京的鸟巢设计使用寿命为 100 年，但伦敦的鸟巢以其临时性而自豪。甚至将钢筋连接在一起的螺栓也没有被遮盖起来，因为它们无论如何都会被拆除。

但设计师必须确保该结构具备所有必要的优势，为运动员提供完美的比赛条件。通过风洞测试、计算机模型和独特的面料，伦敦奥运会的临时体育场就像一个永久性建筑——尽管它完全不是永久性建筑。

临时体育场

从 1976 年的蒙特利尔奥运会到 2000 年的悉尼奥运会、2004 年的雅典奥运会（奥运会的高昂成本被认为是导致奥运会出现部分财务问题的原因），甚至 2008 年的鸟巢奥运会场馆，大部分场馆都处于空置状态：一次性建筑的尴尬例子。为了与 2012 年奥运会的可持续发展主题保持一致，设计师们采用了临时体育场馆的想法。

该体育场由美国公司 Populous 设计。与永久性建筑不同，主体育场的卫生间和售货亭都设在外面，外墙覆盖着织物，这座黑白相间的朴实无华的建筑看起来已准备好举办田径赛事，但仅此而已——它将是跑步、竞走、投掷和跳跃运动的场地，仅此而已。

“伦敦 2012 奥运会议程主要着眼于推动大型体育场馆的环境设计和可持续发展，”该项目首席建筑师汤姆·琼斯 (Tom Jones) 表示。“目标是建造一座小型、紧凑、轻便的体育场馆。”

材料

Populous 创建了一个基本的椭圆形结构，周长为 3,000 英尺，带有一个短的织物屋顶——事实上，这个屋顶是不完整的，因为它没有覆盖整个体育场。

奥林匹克体育场于 2007 年开始建设。其建设成本为 7.85 亿美元，不到如今纽约和德克萨斯州顶级足球场造价的一半。最终，该建筑使用了 10,000 吨钢材。相比之下，鸟巢使用了 42,000 吨钢材。该体育场计划在奥运会期间容纳 80,000 名观众，赛后将缩减为 25,000 名观众，作为体育和社区活动场所，该体育场将成为英国第三大体育场。其底层将是奥运会后的唯一一层，采用低二氧化碳混凝土建造而成，“低”意味着其二氧化碳含量比普通混凝土低 40%。800,000 吨（即 881,849 美国吨，或“短吨”）的泥土被运出场地，深度达 20 米。

体育场的建造材料超过 50% 都是回收材料，包括北海天然气管道项目剩余的旧天然气管道，用于支撑屋顶。最终，体育场比使用传统材料建造的体育场轻 75%。

类似乐高的体育场

奥运体育场通常有完全或大部分覆盖的屋顶，但伦敦临时体育场却没有这种选择——当体育场顶部有一个巨大的水泥或金属屋顶时，很难拆除。因此，设计师尝试了不同种类和程度的开放——但过多的开放使其容易受到风的影响（部分原因是周围的水加剧了这种影响），这在奥运会上是大忌。

为了使体育场更容易缩小规模，Populous 的建筑师创建了一个类似乐高的模块化结构，其中屋顶、外碗、内碗和辅助支撑部件（卫生间、小卖部等）都是彼此独立的。

“我们可以把屋顶拆掉，把座位拆掉，或者把它拆成更小的部件，”琼斯说。

“我们就屋顶覆盖物和所需的工作进行了大量讨论。”但这并不像近几十年的体育场建设那样简单，只需在混凝土碗顶上搭一个巨大的顶篷，完全封闭跑道并保护跑道免受风吹。由于采用模块化结构，根本无法建造典型的立面（通常用于封闭座位和设施并保护内部免受风吹），更不用说提供一个巨大的屋顶来遮挡比赛场地了。

“我们研究了如果没有屋顶或屋顶太小会发生什么，”琼斯说。“物理模型和计算机模拟表明，风向不适合举办大型锦标赛。那么，下一个问题就是‘我们需要多少屋顶？’”

为了设计出屋顶的实际构造，团队经历了几个版本——调节铰链和基本悬臂的早期模型均被否决，主要是出于预算和可持续性的原因。

最终的迭代采用了压缩桁架系统的形式，这是一种在桥梁中常见的三角形形式，使用有限的材料和压缩力来增强整体结构的强度，并支撑织物覆盖层。

Populous 希望开发出一种新面料，既能满足防火规范的性能要求和强度要求，又能符合可持续发展计划。建筑师委托 Serge Ferrari 为奥运会专门设计了 275,000 平方英尺、厚度为 1 毫米的聚氯乙烯 (PVC) 涂层聚酯面料。这种面料比传统的屋顶覆盖物含有更少的 PVC，从而进一步提高了可持续性。而且，它可以支撑 34 辆伦敦双层巴士的重量。

屋顶的外观和功能就像自行车上的辐条。压缩桁架系统环绕体育场，钢管组件连接到内部索网环，钢缆将织物紧紧固定。“每根辐条都很细，但由于其固定系统，因此强度很高，”琼斯说。整个轻型自稳定结构包含 28 个屋顶柱基，支撑着 260 米宽、310 米长的钢压缩桁架和 6,000 米钢缆。

可怕的风

即使设计已接近完成，在设计过程中也需要进行一些调整。通常嵌入立面的售货亭、卫生间和其他组件被拆下，并放置在结构外部，布局被称为“独立村庄”。在对所有这些部件进行性能检查后，团队发现，西南方向的盛行风直接吹进一个薄弱点，即一条 10 米宽的隧道，该隧道将风吹入体育场——无论是开幕式还是田径比赛——并直达 100 米终点。为了解决这个明显的问题，设计师竖起了一堵混凝土墙，这是在如此紧迫的时间内唯一适合的、经济实惠的底层风口解决方案。

任何以每秒超过 2 米的速度吹进体育场的风都会使所有跑步和跳跃记录无效；无论风从哪个方向吹来。大型赛事的组织者不希望出现这种情况。尤其是在奥运会上。

通过在风洞测试中使用微型物理建筑模型，并在基于计算机的计算流体力学模型上进行风速分析测试，所有这些都取决于历史气象数据，该团队将屋顶设计缩小到“风速概率可接受的程度”。 （顺便说一下，这个概率相当于风导致得分无效的风险为 5%。）结果是屋顶覆盖了大约三分之二的座位。再小一点，就会让太多的风吹进来。设计实际上不能改变太多，以任何奇特的方式改变风向——因为屋顶将在比赛结束后拆除然后重新组装，所以它必须相当简单。

防风措施的另一个重要部分是体育场外围的“包裹”，它实际上是 336 条织物条，类似于屋顶使用的织物条。每条条高 82 英尺，宽 8 英尺，底部有 90 度的扭曲，方便观众进入体育场。（由于预算原因，这块包裹几乎从施工中被取消，这会使所有风力计算都失效。幸运的是，陶氏化学公司愿意支付这笔费用，作为回报，公司会提供一些广告。）

反应

尽管这座体育场已入围 2012 年斯特林建筑奖候选名单，但一些人认为它毫无新意。在奥运会后，体育场的使用权也经历了一场激烈而有争议的竞标战——过去几年里，几支足球队和几所大学都参与了竞标，有的被接受，有的被拒绝，有的对簿公堂，有的失败。目前有四个竞标者：西汉姆联足球俱乐部、一家竞标将该体育场用于 F1 赛车的公司、莱顿东方足球俱乐部和白金汉新大学的一家附属机构。该体育场的使用决定将于 10 月做出——除非再次推迟。西汉姆联早在 2011 年 3 月就获得了批准，但随后因奥委会一名员工与西汉姆联一名员工有关系而引发丑闻，随后又与市长办公室进行了谈判……到 2011 年 10 月，西汉姆联购买该体育场的计划失败了。但该俱乐部仍然是租赁该体育场的主要竞标者之一。

“我认为体育场馆的设计方法非常有趣，”琼斯说，“从某些方面来看，北京在无限材料和大型永久性体育场馆方面达到了顶峰。伦敦则改变了方向，开始寻求更负责任的设计。”