在可持续运维理念的导向下,国家游泳中心“水立方”将在2022年北京-张家口冬奥会与冬残奥会期间承办男女冰壶、轮椅冰壶比赛。届时,将在比赛大厅内部泳池上方架设冰壶赛道,并于南广场一侧扩建两块地下冰上比赛训练场地,“水立方”变身“冰立方”成为双奥场馆。“冰水转换”有着赛事项目对场地冰面以及室内物理环境截然不同的需求,冰壶运动是高度技巧性的项目,需保证冰面的平整度和硬度,且冰面场地采光应为漫射光,避免太阳直射光。水立方原有的双层ETFE气枕膜结构顶棚体系在提供良好采光的同时,也带来了室内温度升高、制冷能耗升高等问题。大量的热辐射增加了冰面与制冰系统的负荷,同时由于太阳照射冰面,在热辐射的作用下,冰面产生水蒸气并扩散至顶棚,遇到顶棚冷壁面后凝结形成液滴回落到冰面,给比赛带来一系列麻烦。因此冰面的质量控制与室内环境的调节是双奥赛事对场馆提出的挑战。本文从实际建造角度出发,以国家游泳中心为研究对象,从建筑学的角度出发,综合运用光学、热学等知识,采用文献研究、实地调研与测试、理论推导及模拟计算等方法对国家游泳中心顶棚围护结构的节能设计进行了研究。第一章首先对研究背景、目的及意义进行了阐释,其次对国内外相关研究进行了综述,接着解析了本文的研究对象与内容,最后介绍了研究方法及框架。第二章首先对国家游泳中心的功能及顶棚围护结构进行了简析,接着从光和热对冰上场馆物理环境的特殊需求进行了归纳,最后基于太阳辐射理论对顶棚围护结构的传热特性进行了分析并提出了节能优化方案。第三章对冬季的国家游泳中心顶棚围护结构及比赛大厅内部的物理环境进行现场实测,分析增设遮蔽材料对顶棚围护结构及比赛大厅内部温度、照度、湿度及太阳辐射的影响。第四章通过软件模拟,进行多组对照实验,研究了不同厚度、不同铺设位置的遮蔽方案对顶棚围护结构及比赛大厅内部温度、湿度的影响,验证了遮蔽方案的效果以及顶棚节能优化方案的可行性。第五章从建筑设计的角度,提出了以人为本、整体性、可持续运维三个节能优化设计的原则,并针对国家游泳中心及其类似场馆从建筑结构、设备设施、材料选择几个方面提出了设计策略。希望通过本文的研究,拓展场馆的赛后使用功能,实现场馆功能的冬夏“冰水转换”,形成“双奥”示范性可持续运营遗产,同时为其它类似场馆的顶棚围护结构节能优化设计提供理论支撑。