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國家游泳中心：夢幻視覺“水立方”

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-23 10:00:11 [收藏]

    工程檔案

    案名：國家游泳中心

    位置：北京奧林匹克公園內(nèi)，與國家體育場分列于北京城市中軸線北端的兩側(cè)，水立方位于西側(cè)。

    規(guī)模：國家游泳中心規(guī)劃建設(shè)用地62950平方米，總建筑面積65000-80000平方米，其中地下部分的建筑面積不少于15000平方米。

    建筑設(shè)計：中國建筑工程總公司、澳大利亞PTW建筑師事務(wù)所、ARUP澳大利亞有限公司聯(lián)合設(shè)計。

    業(yè)主單位：北京國資公司

    建筑安裝工程總承包：中建一局建設(shè)發(fā)展公司

    工程進展：2003年12月24日開工建設(shè)，目前主體結(jié)構(gòu)已順利實現(xiàn)封頂，膜結(jié)構(gòu)、機電、裝修等工程正在積極進行，全部工程將于2007年10月完工。


    專家點評

    “水立方”創(chuàng)造了兩個“世界第一”： 一個是ETFE立面裝配系統(tǒng)在國家游泳中心的運用，這是該系統(tǒng)迄今為止在世界上規(guī)模最大、構(gòu)造最復(fù)雜、技術(shù)綜合最全面的一次嘗試；另一個是“水立方”建成后，將成為當(dāng)今最大規(guī)模的游泳館。


    引子

    每一個城市都有它的標志，有著世界第八景之稱的悉尼歌劇院是悉尼典型的標志之一, 它白色的外表，建在海港上的貝殼般的雕塑體，象飄浮在空中散開的花瓣，多年來一直令世人嘆為觀止。悉尼歌劇院被視為世界的經(jīng)典建筑載入史冊。

    由悉尼設(shè)計師設(shè)計，作為北京奧運三大標志建筑之一的水立方，是世界上唯一一個完全由膜結(jié)構(gòu)來進行全封閉的公共建筑，其高科技應(yīng)用營造出的夢幻般的奇妙效果，充滿東方韻味的“方型合院”的外型設(shè)計，讓世人對它充滿了一個期待―它將會成為未來北京的悉尼歌劇院嗎？


    設(shè)計：“綠色、科技、人文”的完美體現(xiàn)。

    設(shè)計特色

    在外型設(shè)計方面，“水立方”，只聞其名，就有清涼、通透、柔美的感覺。其墻面上鑲嵌了上百個大大小小的水分子貼膜，這種貼膜共有3000多個，吹起來后都變成“泡泡”。遠遠望去就像一個藍色充滿氣泡的立方體。

    在科研創(chuàng)新方面，它所采用的特殊膜材料、鋼結(jié)構(gòu)，以及室內(nèi)環(huán)境設(shè)計，在奧運場館建筑歷史當(dāng)中填補了很多空白，因此，科技創(chuàng)新成為 “水立方”建設(shè)工作中的重頭戲，經(jīng)過參建各方共同努力，“水立方”項目中經(jīng)國家有關(guān)部門批準立項的科研項目達到10多項，此外，“水立方”的建設(shè)還產(chǎn)生了類似項目的施工驗收標準。

    在環(huán)保與節(jié)能方面，其設(shè)計也有獨到之處。在“水立方”總共8萬平方米的建筑面積中，3萬平方米的屋頂將使雨水的收集率達到100%；在光的利用上，由于“水立方”采用了特殊的膜材料和相應(yīng)的技術(shù)，使得該場館每天能夠利用自然光的時間達到了9.9小時，一年下來，8萬平方米的“水立方”將節(jié)約大量的電力資源。

    在地面設(shè)計方面，設(shè)計師們花費了不少心思，由于比賽池和熱身池中間有一定距離，運動員在這兩池之間往往是赤腳往返，“水立方”對這段路程的地面做了特殊、細致的處理，屆時，運動員走過去都很舒適，不會覺得腳涼。

    設(shè)計理念

    國家游泳中心設(shè)計成方形的三大理念：

    1，中國傳統(tǒng)建筑格局的理念

    國家游泳中心中方建筑師胡小明說：“方形在建筑文化中尤其是在中國傳統(tǒng)中具有很主要的地位，北京就是方形網(wǎng)格的城市格局，所有的民宅、故宮、四合院都是方形。所以“水立方”被設(shè)計成方形也反映了中國的傳統(tǒng)建筑格局?！?方形的“水立方”與圓形的國家體育場“鳥巢”，這兩個標志性建筑在外形上相互呼應(yīng)，一起體現(xiàn)了“天圓地方”的理念。

    2，城市規(guī)劃角度理念

    北京是個從方形演化成的城市，在這個格局里，方形代表著人類的智慧。從工程上來講，方形和長方形能為賽后利用留下足夠的空間。

    3，觀眾視覺感受理念

    我們對水的理解，是外表上很寧靜，但又蘊藏著很多可變的可能性，這是水的特點。再加上膜材料的使用，讓觀眾在不同的時期通過不同的光線，得到不同的感受。

    背后故事

    “水立方”的方案由中澳雙方聯(lián)合設(shè)計。中建國際（深圳）設(shè)計公司董事趙小鈞帶領(lǐng)王敏、商宏作為中國建筑師參加了“水立方”的設(shè)計，是方案的主創(chuàng)人員。方案設(shè)計從2003年4月2日起在悉尼的PTW（澳方一家設(shè)計公司）總部進行。設(shè)計師都在努力試圖講水的故事，但“敘事”的方式更多地停留在描述水的表象上。

    澳大利亞PTW最年輕的董事、負責(zé)此次方案的主要建筑師安德魯一直主張采用“水波浪”的方案。方案組從5月2日開始把游泳館的功能放進“水波浪”，讓人意外的是許多游泳館的功能在“水波浪”中難以實現(xiàn)。

    對“波浪”造型一直心存不甘的三位中國建筑師對此頗有些善意的竊喜，“或許我們的機會來了?！壁w小鈞說，他和王敏、商宏三個人就開始悄悄地嘗試自己的方案。他們開始把游泳館的各個功能往最初設(shè)計的一個長方體的方案中擺放，等這些功能都裝進去后，三個人驚異地發(fā)現(xiàn)：一個四四方方的正方體豁然出現(xiàn)在眼前。“方盒子”與趙小鈞對中國哲學(xué)的理解不謀而合，“方形是中國古代城市建筑最基本的形態(tài)，它體現(xiàn)的是中國文化中以綱常倫理為代表的社會生活規(guī)則，但規(guī)則并不限制智慧的光芒?！彼麍孕?，一個尊重現(xiàn)實規(guī)則而又靈光四射的事物，必然容易被人接受。

    趙小鈞、王敏、商宏立刻開始了精心的策劃，“我們希望澳方的建筑師能夠接受我們的建議?！币呀?jīng)意識到中國的建筑師們正在有所動作的安德魯，也在深夜就趕到了中國設(shè)計師的工作室?？吹健胺胶凶印焙笏劬锓懦霎悩拥墓獠?，他沉默了半分鐘，也正是在這半分鐘內(nèi)，他做出了決定。

    在離開辦公室之前，安德魯給設(shè)計組的其他每位成員發(fā)了一封短信，他告訴大家，從第二天開始，大家將要共同來做這個“盒子”了。在所剩時間無多的情況下，做出這樣重大的改變，并不惜修改自己最初的決定，安德魯不計較個人得失的品質(zhì)得到了中方設(shè)計師發(fā)自內(nèi)心的尊重。

    設(shè)計師語

    “水立方”的設(shè)計方PTW建筑事務(wù)所的主設(shè)計師約翰•保林 (John Pauline)對于這項工程有如下看法：

    “作為來自悉尼的設(shè)計師，我們在設(shè)計國家游泳中心的方案時考慮最多的問題是如何體現(xiàn)中國運動場館的東方特點和中國文化血脈，特別是游泳館這種形式感和功能性都很強的建筑。”

    “在設(shè)計過程中，我們印象最深刻的是中方合作伙伴向我們闡釋‘方形合院’在中國文化中的重要性，所以我們對方形建筑作了特別的探索。最后的效果很好，與橢圓形的鳥巢形成了鮮明對比?！?


    規(guī)劃: 未雨綢繆、放眼規(guī)劃賽后運營

    目前，奧運場館的賽后運營和可持續(xù)發(fā)展問題是世界范圍內(nèi)的一個難點，在國際上，大型場館在賽事結(jié)束后得不到合理利用、甚至連年虧損的問題比較嚴重，而水立方就是要做世界場館運營良性循環(huán)的“帶頭人”。

    前期規(guī)劃實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

    為保證國家游泳中心在奧運賽后繼續(xù)以科學(xué)、優(yōu)質(zhì)、高效的場館運營，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，為廣大人民群眾的文化體育生活服務(wù)，北京國資公司未雨綢繆，提早著手“水立方”運營，積極推進賽后運營功能研究。

    北京市國資公司副總經(jīng)理、國家游泳中心公司總經(jīng)理康偉表示，對“水立方”的綜合

    開發(fā)，已經(jīng)有了比較全面的前期規(guī)劃。據(jù)他介紹，2008年奧運會比賽任務(wù)完成后，“水立方”

    將被改造成一個面向全體市民開放的綜合水上娛樂中心。賽時的17000個坐席經(jīng)過改造后，

    將只剩6000個永久性坐席。79%的場館將通過改造成為市民休閑、娛樂、健身、戲水的綜

    合水上娛樂中心。

    7個主要功能區(qū)解決賽后運營

    北京市發(fā)改委聘請的奧運經(jīng)濟高參、比利時專家范克高夫說，奧運會場館的賽后運營，

    單靠收門票是不可能確保場館運行費用持平的，需要吸引更多的游客、商人、運動員、觀眾，

    拉動就業(yè)和周邊的商業(yè)發(fā)展。

    他舉例說，目前中國有專業(yè)的訓(xùn)練場館275處，其中北京就有45處。這些場館真的很好，設(shè)備齊全且現(xiàn)代化程度很高。但是這些都跟百姓體育無關(guān)，也不可能成為百姓體育運動的場館。事實是，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，中國人民對健康和運動的需求越來越大。在北京，我們隨處可見那些拿著中國傳統(tǒng)扇子翩翩起舞的人。為他們提供的運動場館是非常有限的。

    為此，“水立方”改造后，將被劃分為7個主要功能區(qū)，包括奧林匹克比賽大廳、熱身廳、南商業(yè)小樓、北商業(yè)小樓、網(wǎng)球場、戲水樂園和商業(yè)街。國家游泳中心將對其進行綜合的價值發(fā)掘，使之成為一個極具價值的品牌。


    建筑品質(zhì)：膜結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)建筑技術(shù)

    國家游泳中心作為2008年北京奧運會的主要比賽場館和唯一一座由港澳臺僑同胞捐資建設(shè)的奧運場館，從方案設(shè)計到開工建設(shè)到賽后運營都受到了廣泛的社會關(guān)注。在政府相關(guān)部門的指導(dǎo)、支持和協(xié)調(diào)下，業(yè)主單位北京國資公司協(xié)調(diào)國家游泳中心總承包建設(shè)單位――中建一局建設(shè)發(fā)展公司和參建各方，貫徹落實“安全、質(zhì)量、工期、功能、成本”五統(tǒng)一的原則，經(jīng)過不懈努力，確保了“水立方”建設(shè)的順利進展。

    亮點解析

    亮點1：全球最大的膜結(jié)構(gòu)工程

    “水立方”是世界上最大的膜結(jié)構(gòu)工程，除了地面之外，外表都采用了膜結(jié)構(gòu)―――ETFE材料，藍色的表面出乎意料的柔軟但又很充實。

    據(jù)了解，膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀最具代表性的一種全新的建筑形式，它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細化工、材料科學(xué)與計算機技術(shù)等為一體，建造出具有標志性的空間結(jié)構(gòu)形式，它不僅體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的力量美，還充分表現(xiàn)出建筑師的設(shè)想，享受大自然浪漫空間。由于技術(shù)難度較大，目前世界上只有三家企業(yè)能夠完成這種膜結(jié)構(gòu)工程。

    亮點2：全球最復(fù)雜的膜外套

    水藍色的“水立方”像一個透明“冰塊”，游泳中心內(nèi)部設(shè)施盡收眼底。水立方”設(shè)計采用了泡沫理論，建筑外墻分布著3000個不規(guī)則的氣枕，猶如一個個”水泡泡”的ETFE膜具有較好抗壓性。ETFE膜里面裝配系統(tǒng)在國家游泳中心的運用、嘗試是迄今世界上規(guī)模最大、構(gòu)造最復(fù)雜、技術(shù)綜合最全面的一次。

    亮點3：開爾文定律解決設(shè)計難題

    “水立方”的設(shè)計師在設(shè)計之初就將目光鎖定在“水泡”上。如果將“水立方”視為一個可以細分為若干均等部分的三維空間，何種形狀能夠保證界面接觸面積最??？

    經(jīng)過潛心研究，最終設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)，19世紀末英國物理學(xué)家開爾文發(fā)現(xiàn)的開爾文定律能夠解決這個問題：14邊形的三維結(jié)構(gòu)球體組成的結(jié)構(gòu)接觸界面最小，后在經(jīng)過1993年英國的兩位科學(xué)家對其進行研究和改進后，使得界面接觸面積又縮小了3%?！芭菽碚摗弊罱K幫助“水立方”形成了復(fù)雜的節(jié)點，成為其龐大的鋼結(jié)構(gòu)體系的依托。

    亮點4：全封閉場館實現(xiàn)自然通風(fēng)

    “水立方”的設(shè)計充分考慮透氣問題和聲學(xué)問題，通過技術(shù)實現(xiàn)自然通風(fēng)，并保證了館內(nèi)人們之間交流時的語言清晰度。

    “水立方”是一個膜結(jié)構(gòu)的全封閉室內(nèi)場館，必須要解決透氣問題和聲學(xué)問題。在解決透氣問題時，“水立方”在設(shè)計時便在屋頂設(shè)置了自然排風(fēng)機，八個自然通風(fēng)口可實現(xiàn)館內(nèi)外空氣流通，這樣就能將建筑空間中的熱量散發(fā)出去，實現(xiàn)自然通風(fēng)，保證17000人觀賽時的透氣問題。

    據(jù)了解，在遵循了大型體育場館的有關(guān)規(guī)范要求外，“水立方”同時還考慮到了這個項目的特殊性，在場館中使用了一系列特殊的材料達到語言清晰度的標準。屆時，在這個封閉的建筑內(nèi)不會出現(xiàn)聲音模糊的情況。

    亮點5：雨水回收實現(xiàn)自我清潔

    “水立方”的膜材料ETFE本身具有不侵水性，就是水從上面走，滑過卻不留水痕，而氣枕上面的雜物、塵埃、塵土等，則會通過雨水的自然降落而被清洗掉。另外，國家游泳中心也已經(jīng)制定了一套完整的清潔方案，用以對整個屋面或墻面進行整體清潔。

    “水立方”不僅利用雨水自潔，還專門設(shè)計了雨水回收系統(tǒng)，一年回收的雨水量一萬噸左右，相當(dāng)于一百戶居民一年的用水量。

    專家解難

    技術(shù)難點1，材料發(fā)霉

    質(zhì)疑： “水立方”所用的ETFE(四氟乙烯聚合物)薄膜是一種有機化合物，在一定條件下會受到霉菌侵蝕，英國倫敦“伊甸園”植物園同種材料建筑就已長霉，而且清洗起來非常困難。

    對策：“我曾訪問‘伊甸園’，并沒有發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象大量存在，但不否認，可能在局部很小的地方會出現(xiàn)一些斑點?！敝薪▏H(深圳)設(shè)計公司設(shè)計董事鄭方認為，這種斑點是不是材料發(fā)霉導(dǎo)致，需要經(jīng)過進一步精細分析才能確定。據(jù)鄭方介紹，設(shè)計方曾專門咨詢了北京市塑料研究所所長和其他國內(nèi)專家，他們均指出，這種膜材料的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，一般不會出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象。

    技術(shù)難點2，薄膜起皺

    質(zhì)疑：由于薄膜的面積較大，從建筑實踐上來說，兩個方向不可能繃得一樣緊，受力不均必然會產(chǎn)生皺紋。

    對策：鄭方說，由于使用的膜材料富有彈性，因此如果張力失控肯定會產(chǎn)生變形。據(jù)介紹，這種材料的起皺可能出于三個原因：一是膜本身的結(jié)構(gòu)計算不準；二是剪裁加工工藝不精；三是安裝過程中工藝不當(dāng)。鄭方說，在“水立方”工程中，這三個方面都必須精益求精，否則任何瑕疵都有可能使“水立方”在今后的使用中出現(xiàn)表面起皺問題。

    技術(shù)難點3，松弛變形

    質(zhì)疑：由于ETFE薄膜的邊緣在鋼材料構(gòu)件上，時間一長，薄膜就會松弛變形?！八⒎健笨赡苄杈植考庸?。

    對策：用鋼絲支撐的專業(yè)術(shù)語叫“鎖支撐”，鄭方介紹，下雪后，雪堆積在屋面，會讓屋頂結(jié)構(gòu)受到很大的壓力，有的地方膜材料的面積比較大，積雪壓力也相應(yīng)較大，所以局部用這種鎖在下部支撐，來抵抗雪的壓力，而并不是為了其他原因。據(jù)介紹，針對北京地區(qū)風(fēng)大雪多的氣候特點，設(shè)計方專門請了加拿大的專業(yè)機構(gòu)，對“水立方”進行了風(fēng)洞和雪洞實驗，在目前的方案深化設(shè)計中，設(shè)計方將根據(jù)測算結(jié)果，針對每一個細節(jié)進行分析，以確保場館的安全性毫無問題。

    技術(shù)難點4，拼縫明顯

    質(zhì)疑：由于ETFE材料生產(chǎn)出來時是條狀的，要把它連接起來就會有比較顯眼的拼縫，也難以消除。

    對策：膜生產(chǎn)時為帶狀，需要通過焊接連接在一起，而這種焊接的工藝已經(jīng)比較成熟，因此接縫本身在外墻上并非清晰可見。雖然“水立方”表面免不了會出現(xiàn)拼縫，但鄭方說，從建筑師的觀點看，在巨大表面上出現(xiàn)因工藝產(chǎn)生的連接縫，反而有利于創(chuàng)造出建筑的特色感覺。


    后記：社會反響

    “水立方” 一經(jīng)推出，就立即在多年來被傳統(tǒng)與現(xiàn)代、民族與世界這些問題困擾著的建筑界引起巨大反響?！八⒎健钡脑O(shè)計得到了專家和廣大市民的認可和喜愛，這個湛藍色的水分子建筑充分體現(xiàn)了中國建筑的理念?！八⒎健睂F(xiàn)代與傳統(tǒng)演繹得如此完美，其魔幻、柔美的形象帶給人們的不僅僅是視覺上的享受，更重要的是讓我們從更為廣闊的視野來看待傳統(tǒng)文化及其創(chuàng)新，讓我們了解到文化不再是一個束縛，文化可以變成一種原動力，是我們創(chuàng)新的一個良好基礎(chǔ)。

    我們有理由相信，一個更加開放的北京正在逐步接納新一代原創(chuàng)的建筑，一系列標新立異的建筑正帶給北京乃至整個中國一個越來越新的形象！

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