2023 年 9 月 27 日，科普中國 · 星空講壇以 " 亞運，不止是比賽 " 爲主題，邀請 5 位來自體育史、工程學、運動醫學等領域的專家學者，圍繞科技亞運、健康亞運等方向帶領公衆深入感受體育魅力。
長安大學講師，科普創作者 " 三一博士 " 薛恒潇帶來演講：《世界著名體育場：科學、科技與美的統一》。
以下是薛恒潇的演講節選：
體育場跟我們一般的建築是不太一樣的，它在設計建造的時候，首先要考慮功能，其次考慮選址，比如說不能把它建在一個風口或者地勢低窪的位置，而且要考慮它的造型，是不是能夠體現這座城市乃至國家的文化審美，此外還要考慮建造理念、使用情況、周邊配套等一系列的問題。
所以，每座體育場的背後，都有很多值得我們探究的知識。
國家遊泳中心：水立方
水立方的旁邊其實就是鳥巢，這兩座體育館分别坐落在中軸線北端的兩側，形成了一個對稱的格局。
在對稱格局的兩側，你會發現，鳥巢外形是鋼骨架組成的，但是它的輪廓柔和，建築頂面呈馬鞍形，而隔壁的水立方，它的外圍是形似水泡的透明膜構成，但構型卻方方正正，有棱有角。兩個建築搭配在一起，呼應了我們文化中天圓地方、陰陽和諧的哲學内涵。
水立方和鳥巢。演講者供圖
今天咱們就重點聊聊大家都很熟悉的水立方。
水立方作爲國家遊泳中心，設計上必然要凸顯水的元素。那麽大家都能看到，水立方的外形是什麽樣？像一個又一個的水泡拼成的，不過這些水泡可不簡單，它背後代表的是近二十年最先進的建築形式——膜結構建築，它充分融合了結構力學、建築學、材料學、化工技術、計算機技術等各個方面的先進成果。
組成水立方的水泡，我們叫它氣枕，建成整座水立方前前後後一共用到了 3000 多個氣枕。這些氣枕最小的隻有 1 到 2 個平米，但是大的卻能達到 70 多平米，如果有機會走到上面去踩一踩的話，你會發現根本踩不破，甚至把一輛汽車開上去，這個氣枕都能毫發無損，這是爲什麽呢？因爲這個氣枕用到的材料，是現在世界上最先進的環保節能四氟乙烯膜材料，也叫作 ETFE。
即使在長期風吹雨打過程中稍微破了一個洞，也不用擔心這個氣枕是不是要重新換個新的，隻要給他打上一塊補丁，幾天之後你會非常驚訝地發現，這個破損的地方自己重新愈合起來了，是不是覺得很神奇！
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另外還有一點，不知道大家有沒有發現，就是水立方雖然建成了這麽多年，15 年了，但是不管你什麽時候去，你會發現，它始終都是非常透亮，非常幹淨！這是爲什麽呢？這是因爲水立方用到的 ETFE 膜附加的一個功能，就是自清潔。膜的表面，因爲特殊的微觀構造，它基本是不沾灰塵的，即使偶爾挂上一點，有風一吹，或者下雨一洗，也會很快潔淨如初。所以，十幾年過去了，我們看到的水立方，還是像當年一樣恢弘大氣。
而且在細節方面，水立方也花了很多心思。
比如說在比賽的過程當中，比賽池和隔壁的熱身池中間有一段距離，那運動員在比賽的時候，往往需要赤腳往返來回走，很容易影響到運動員的比賽狀态。所以這段路我們在建設的時候專門進行了特殊處理，保證運動員踩在上面始終都很舒适，不會腳涼，更不會打滑摔倒。
而且還有很多大家可能想象不到的地方，水立方也做了大量的設計，比如防雷設計，抗震設計，甚至節水設計等等，可以說，水立方是高端體育場的代表性建築之一。
水立方場内環境。圖片來源：pixabay.com
947 體育場
說完水立方之後，咱們再來說說另外一個有特點的體育場，就是我身後的集裝箱體育場！
如果你看過卡塔爾世界杯，不知道你會不會記得有這樣一座體育場，就是以集裝箱爲主體搭建的 974 體育場。爲什麽叫 974 體育場呢？其實有兩層意思在裏面，第一層意思是，這座體育場一共用到了 974 個集裝箱，另外一層意思是卡塔爾的國際撥号代碼正是 974。這些集裝箱大部分用于把建築材料運輸到場地，這也是對卡塔爾的航海曆史，還有當地工業區的緻敬。
另外，這座體育場在設計和建造的過程中，很多時候都想到了低碳可回收的理念，所以整座體育場都是由模塊化鋼結構和各種顔色的集裝箱組成的，它最大的亮點就是可以自由拆卸，它們随時可以被運到需要的地方，額外再組建一個這樣的 974 體育場，所以完全不用擔心浪費的問題。
還記得剛剛開講的時候我就介紹過，一座體育場要綜合考慮當地的文化、曆史，還有一些最新的理念，這座 974 體育場，就很好地體現了這些方面的設計思路。
圖片來源：作者
其實這種模塊化的建築，符合我們未來科技發展方向。其實我曾經設想過未來世界可能會存在的一種形式，就是如火如荼的無人駕駛技術完全走進我們的生活，甚至可以在每間房子下面裝上輪子，變成可以自由拼裝的模塊。在我的想象中我把它叫作房車，由無人駕駛系統統一操控，每天早晨起來，我們一睜眼就設定好時間和目的地，再去起床、洗漱、吃完早飯後，房車已經到了指定地點。
每輛房車可以自行隔離出客廳的位置，組裝到一起就是我們辦公或者學習的場所，忙完了一天的工作後，房車又會自動帶着我們回到休息的地方，在休息的地方爲了節省空間，每一輛房車可以疊加成一棟高樓。所以整個城市都是由一個小的模塊組成，自由排列組合，這樣就解決了我們今天的 " 大城市病 "。
這樣的世界雖然離我們還有距離，但并不妨礙我們今天立足當下去暢想未來。
未來的模塊化生活場景。圖片來源：作者
回到 974 體育場用到的集裝箱，除了功能以外，還有其他很多很巧妙的設計。比如集裝箱和支撐結構是迎合自然通風的角度進行擺放的，體育場臨近大海，可以讓海風直接吹進體育場内部，節省了大量空調設備和它的電力成本！
這樣的巧思，在維迪納（VIDENA）體育場也曾用過，維迪納體育場的擋風玻璃，就可以調整自然狀态下空氣的流向，讓氣流的方向可以推着運動員跑向終點。
維迪納體育場結構。圖片來源：作者
在卡塔爾世界杯上，集裝箱的運用，遠遠不止于體育場這麽簡單，甚至很多親臨卡塔爾的觀衆驚訝地發現，當地爲他們準備的球迷村，竟然也是集裝箱改裝成的。在 16 平方米的空間内，卡塔爾在房間内設計了衛浴、熱水器、風扇、照明等，甚至還專門做了幹濕分離。
卡塔爾世界杯非常務實，卡塔爾作爲一個常住人口隻有 300 萬的小國，世界杯期間突然迎來了幾十萬觀衆。如果爲了招待這些客人，建造大量的酒店，那等世界杯結束後，就難免會造成大量酒店的空置！所以說，卡塔爾這一次的選擇，無論是對于球迷，還是體育場，都用集裝箱來組建，也是向世界傳遞一個信号，那就是務實、低碳。
在世界杯結束後，這些集裝箱被捐給了肯尼亞，免費幫助那裏無家可歸的窮人。确實，在世界體育場的不斷發展中，我們會看到不同時期，世界不同的主流基調。那說到這裏，我們就聊一聊這次的杭州亞運會。
杭州亞運會場館知多少？
杭州亞運會在體育館的建設方面獨具特色。2018 年，亞洲亞組委，就以" 綠色、智能、節儉、文明 "這八個字爲理念，制定了《2022 年第 19 屆亞運會綠色健康建築設計導則》，在場館内到處都能看到這種建築設計思路。
比如新建場館遵循着" 能改不建、能修不換、能租不買 "的 12 字原則，在杭州亞運會和亞殘運會的 56 個競賽場館中，新建場館隻有 12 個。而且在比賽的場館中，随處都能看到像富陽水上運動中心這樣的設計，它的造型遠遠看就像山脈的高低起伏，而且場館的屋頂面，覆蓋了 2.4 萬平方米的土質層，并且在上面種上了百日草、月季等綠植，讓整個場館的綠化率達到了 45%，再配合它整體外形流線型的設計，可以很好地和周圍的自然景觀聯系到一起。
富陽水上運動中心。圖片來源：新華網
同時，它具備隔熱保溫、減輕雨水徑流、固碳釋氧這三大功能。種在屋頂的這些綠植組成了一道綠色屏障，像一層智能棉被，夏季這些綠植起到遮陽傘的作用，大幅降低場館内部的溫度，冬季又能降低場館的熱量逸散，起到保溫的效果。
在花園地面的鵝卵石下方，隐藏着鵝卵石和土工布搭建的儲層雨水下滲，相當于人工鋪建了雨水循環的地下毛細血管，經過一系列的過濾以後，這些天然降水可以作爲場館中庭、水系、噴泉、灌溉用水等。這個系統的存在，可以讓整個場館節省 35% 的水。
另外，富陽水上中心的外牆都是玻璃做的，這些玻璃也有很多講究。它們全都是三銀 Low-E 玻璃幕牆，這種全通透的幕牆玻璃，一方面可以大幅降低室内場館的白天照明需求，另一方面，對周圍建築的光污染也可以大幅減少。細心的觀衆可以發現，我們現在很多新的建築，都越來越多地采用這種玻璃幕牆，就是爲了起到低碳環保、低碳能源的效果。
這次杭州亞運會第一次實現了 100% 綠色電力供應。在此期間，浙江所有的體育場館和辦公場地，将全部使用綠電，打造亞運史上首次碳中和亞運會。
現在，亞運的綠點交易成交量已經超過 6 億千瓦時，這些綠色能源，有來自于青海柴達木盆地、甘肅嘉峪關、于黃土高原的光伏電以及新疆哈密、内蒙古的風電。它們經過我們獨步全球的特高壓技術，千裏迢迢地奔赴浙江，保證了亞運會的能源供應。當然，這裏也有浙江省内的分布式光伏和海上風電等，它們統一都有一個名字——清潔能源。
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在能源的使用上，亞運會的場館仍然遵循着 " 能省則省 " 的原則。例如杭州師範大學的排球比賽館，觀衆席照明燈在保證現場觀賽效果的前提下，從 610 瓦降低到了 490 瓦，而且 16 盞智能控制的照明燈組分别分成獨立的模塊，每一盞燈的開關都可以被精準掌控。
除了綠色、節儉，還有一個叫做智能。近年來，人工智能發展已經滲透到我們生活的方方面面。在亞運場館你會發現，5G、大數據、人工智能、全息技術等科技的應用遍布在每個角落。
例如這次亮相的全球首款無介質全息 AI 機器人，它融合了無介質全息技術、大語言模型，能夠與觀衆進行實時語音、手勢等等多維的交互，有任何問題，可以跟它面對面實時交流。這次亞運會場館還設立多個智能科技體驗區，可以對現場觀衆行爲進行實時分析，方便提高場館的管理效率，如果有緊急的突發情況，能幫我們做出更加有效的應對策略；在比賽的過程當中，我們也可以借助人工智能的幫助精确比賽判罰精度，提高運動員比賽成績的準确度等，科技讓整屆亞運會的競技水平也進一步提高。
每個國際賽事的體育場，絕對不僅僅是一個運動場館那麽簡單，更是一次科技、一次文化、一次理念的全方面展示，背後凝聚了無數設計人員、工程師、施工人員的付出和汗水。
随着從一座座體育場的變遷，我們看到的，不僅是這個世界的發展，更是整個人類文明的進階。
策劃制作
作者｜薛恒潇 網名 " 三一博士 "、長安大學講師、科普創作者
責編丨白莉、祁媛（實習生）
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