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　　北京冬奧會的臨時看臺和集裝箱房。受訪者供圖

　　冰冷的建筑到底能承受多低的溫度？在北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院教授張艷霞牽頭做的模擬試驗(yàn)里，使用新型材料搭建的結(jié)構(gòu)，在-40℃條件下仍有較好的性能，而這樣的材料就被用于北京冬奧會的臨時設(shè)施中。

　　冬奧會賽場上，臨時設(shè)施量大面廣，并扮演著重要角色。據(jù)初步統(tǒng)計，三大賽區(qū)的臨時看臺數(shù)量超過1.4萬座，臨時用房達(dá)3.8萬多平方米，臨時廁所2600多平方米。

　　“科技冬奧”臨時設(shè)施項(xiàng)目負(fù)責(zé)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(fù)雜，臨時設(shè)施數(shù)量及規(guī)模更大，臨時支承架體搭建技術(shù)要求更高；臨時用房和廁所數(shù)量及規(guī)模大，對可持續(xù)性、零排放、低碳供熱保溫與通風(fēng)技術(shù)要求高。

　　然而，我國缺乏嚴(yán)寒、山地、強(qiáng)風(fēng)條件下的大規(guī)模臨時設(shè)施建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，亟須對嚴(yán)寒條件下臨時設(shè)施搭建與運(yùn)維進(jìn)行創(chuàng)新研究。

　　對張艷霞來說，臨時設(shè)施在北京冬奧會上的應(yīng)用，是一次絕佳的科研機(jī)會，亦是一個頗具挑戰(zhàn)的技術(shù)難關(guān)。張艷霞此前一直鉆研永久建筑和鋼結(jié)構(gòu)，大興機(jī)場的設(shè)計中就有她的手筆。但在臨時設(shè)施領(lǐng)域，她還是一個新手。

　　這次，根據(jù)可循環(huán)、環(huán)保、耐寒等性能要求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選擇了不銹鋼材料來搭建臨時建筑的架體，采用這種材料的支承架體還未在如此嚴(yán)寒的環(huán)境下驗(yàn)證過。

　　創(chuàng)造低溫條件是試驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素，也是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)遇到的第一個難題——沒有可滿足低溫條件的試驗(yàn)設(shè)備。團(tuán)隊(duì)里一位90后博士生提出，以“液氮”為主要降溫手段，營造低溫加載環(huán)境的思路。師生共同努力，設(shè)計制作了液氮低溫箱，研制了制冷封閉性試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，既兼顧了經(jīng)濟(jì)性，又實(shí)現(xiàn)了溫度控制與試件加載相分離的試驗(yàn)條件，順利開展了支承架體關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的低溫性能試驗(yàn)。

　　在此基礎(chǔ)上，張艷霞團(tuán)隊(duì)還通過模型計算，評估嚴(yán)寒、大風(fēng)和大雪耦合極端天氣下的建筑安全性能。

　　然而，試驗(yàn)也只是驗(yàn)證現(xiàn)實(shí)中可能出現(xiàn)的幾種常見情況，除此之外，還有很多復(fù)雜情景。比如，臨時設(shè)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)的情況是，設(shè)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(qū)棚房的積雪根本來不及清理，在這種特殊情況下，臨時結(jié)構(gòu)的安全問題急需評估。

　　在不同的賽區(qū)，臨時設(shè)施面臨的考驗(yàn)也有很大差異。相比延慶賽區(qū)，張家口賽區(qū)臨時設(shè)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(fā)來，希望張艷霞所在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)去做賽區(qū)臨時設(shè)施的安全評估檢測，之后才能放心投入使用。

　　一周的時間里，張艷霞帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)檢查了奧運(yùn)餐廳、領(lǐng)隊(duì)會議室棚房、國家越野滑雪中心的臨時看臺等，并同步進(jìn)行監(jiān)測、三維激光掃描、圖紙對比、以及計算評估。張家口賽區(qū)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(zhàn)。”張艷霞記得，在崇禮的每個晚上，她與團(tuán)隊(duì)成員都要核算到深夜兩三點(diǎn)，“國際測試賽馬上就要開始了，時間急迫，任務(wù)繁重。所以當(dāng)時我的壓力非常大。”評估報告在最后一天的凌晨2點(diǎn)發(fā)出，相關(guān)方得到報告后，迅速落實(shí)，最終確保了國際測試賽順利進(jìn)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(jī)場，到冬奧臨時設(shè)施，張艷霞帶著使命感完成一項(xiàng)項(xiàng)重大工程。“有幸能盡自己的所能參與到這個時代的工程建設(shè)中，我覺得自己非常幸福。”

　　冰天雪地的環(huán)境里，這些臨時設(shè)施不僅要耐得住嚴(yán)寒，還要給人以溫暖。

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

　　傳統(tǒng)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(jié)能。2021年6月，北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院教授郝學(xué)軍接到這一任務(wù)。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(yè)協(xié)作高效攻關(guān)，中青年教師和在校碩士研究生成為團(tuán)隊(duì)主力。

　　要做到綠色辦奧，團(tuán)隊(duì)給出一個理想方案：百分百使用可再生能源，實(shí)現(xiàn)零碳供暖——通過太陽能光伏、光熱一體化熱泵技術(shù)，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(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，通過毛細(xì)管墻面輻射的方式，營造節(jié)能舒適的室內(nèi)環(huán)境——管網(wǎng)系統(tǒng)像房子的“血管”一樣鋪設(shè)在天花板和墻壁里，通過輻射的方式調(diào)節(jié)室溫。

　　一般的集裝箱房只能依靠自然通風(fēng)改善內(nèi)空氣品質(zhì)，尤其在寒冷的冬天，一通風(fēng)，室內(nèi)溫度就迅速下降，供暖的能耗也大幅增加。郝學(xué)軍團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種適用于冬奧低溫環(huán)境下的全溫度段熱回收新風(fēng)換氣裝置，把熱泵和全熱回收裝置配合用在新風(fēng)換氣機(jī)上，形成模塊化高效熱回收。

　　郝學(xué)軍介紹，熱泵輻射供暖和新風(fēng)換氣系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)自動控制。使用者可以通過溫控器設(shè)定室內(nèi)溫度，當(dāng)室溫低于設(shè)定溫度時自動供暖，室溫能達(dá)到設(shè)定溫度時，熱泵機(jī)組自動停機(jī)，新風(fēng)換氣機(jī)組也會根據(jù)設(shè)定溫度和室內(nèi)溫度自動控制熱泵機(jī)組的熱回收啟停。

　　在國家高山滑雪中心競技結(jié)束區(qū)臨時看臺媒體用房，這項(xiàng)“暖心”成果已投入使用。郝學(xué)軍團(tuán)隊(duì)也投入賽事保障工作中。白天，他們在賽場，緊盯無線傳感器實(shí)時監(jiān)測示范用房室內(nèi)外溫度、濕度、二氧化碳濃度、熱泵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和逐時耗電量等數(shù)據(jù)；晚上，商討運(yùn)行狀態(tài)，制定系統(tǒng)故障應(yīng)急預(yù)案，隨時準(zhǔn)備應(yīng)對突發(fā)情況。

　　郝學(xué)軍說，未來，這種技術(shù)方案還可應(yīng)用在很多應(yīng)急場景里，比如冬季地震、疫情下的救災(zāi)、醫(yī)療或臨時隔離用房、邊防部隊(duì)臨時營房等，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的低碳供暖和通風(fēng)換氣。

　　臨時設(shè)施有搭建效率高、賽后可周轉(zhuǎn)、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，如果能好好利用，便是“綠色”辦奧理念的生動實(shí)踐。

　　相較于永久建筑，各種設(shè)備在臨時設(shè)施內(nèi)的組合難度更大，受到的限制更多。郝學(xué)軍記得，幾個月前，由于運(yùn)輸、安裝過程中產(chǎn)生的震動，裝有制冷劑的部分管路破損，團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)場連夜檢查維修才恢復(fù)了系統(tǒng)功能。“臨時設(shè)施的構(gòu)件要便于拆裝和移動，設(shè)備使用壽命也不如永久建筑，因此還要考慮經(jīng)濟(jì)性。”

　　科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與改進(jìn)一直是進(jìn)行時，冬奧會并非研究的終點(diǎn)。幾天前，張艷霞團(tuán)隊(duì)還在室外深夜拆裝架體，為賽后循環(huán)利用做測試。郝學(xué)軍團(tuán)隊(duì)也一直在收集計算集裝箱房內(nèi)各環(huán)節(jié)碳排放的數(shù)據(jù)。項(xiàng)目在2022年年底迎來驗(yàn)收，屆時，他們將在臨時設(shè)施領(lǐng)域交出一份溫暖答卷。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 張藝 來源：中國青年報

　　2022年02月10日 06 版