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　　水立方簡介：

    奧林匹克公園國家游泳中心“水立方”的標(biāo)準(zhǔn)座席有1.7萬個(gè)，其中臨時(shí)座席約1.3萬個(gè)，永久座席4千個(gè)。奧運(yùn)會(huì)期間，承擔(dān)游泳、跳水、花樣游泳、水球等比賽。其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限１００年。“水立方”也是北京市政府指定的惟一一個(gè)由港澳臺(tái)僑胞捐資建設(shè)的標(biāo)志性奧運(yùn)場(chǎng)館。目前，超過１０萬人參加捐贈(zèng)，捐贈(zèng)到位資金已超６．５億元人民幣，最大的一筆就是霍英東捐出的2億港元
　　方案中標(biāo)后取名為 ［H₂O］3“水的立方體”（Water Cube），據(jù)說靈感來源于“一個(gè)方盒子”、許多“水泡泡”和許多的“水分子”。  該方案由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(jì)。 外方主任設(shè)計(jì)是為：PTW建筑事務(wù)所的：約翰·保林（John Pauline）與托比·王（Toby Wong）。


　　“水立方”外觀設(shè)計(jì)和多面體延性鋼架結(jié)構(gòu)：

　　從外面看，整個(gè)“水立方”就像一個(gè)湛藍(lán)色的“方盒子”，總體建筑面積大約8萬平方米，高約30米，建筑外墻采用新型環(huán)保節(jié)能的ETFE（詞條“ETFE”由行業(yè)大百科提供）(四氟乙烯)膜材料，由3000多個(gè)氣枕組成，展開面積達(dá)11萬平方米。這些氣枕模仿大自然液體的氣泡，面積各不相同。安裝一個(gè)氣枕，從工廠剪裁到安裝完備，大概兩三個(gè)小時(shí)。對(duì)于“水立方”國家游泳中心副總經(jīng)理鋼結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)人孫彥朝曾經(jīng)說過：“非常新奇，夢(mèng)幻般的。但是一百多張?jiān)O(shè)計(jì)圖只是告訴我們這個(gè)建筑是什么，并沒有告訴我們這個(gè)建筑該怎么把它建造起來......
　　設(shè)計(jì)者從水分子和水泡的微觀結(jié)構(gòu)，演繹出一種新型的剛性結(jié)構(gòu)體系，表面覆蓋的ETFE透明膜又賦予了建筑冰晶狀的外貌。方的形狀代表中國人最樸實(shí)的一種觀念，還有從城市規(guī)劃角度，北京這個(gè)城市從方形演化成的城市，在這個(gè)格局里，方形代表著人的智慧。另外我們對(duì)水的理解更希望它是外表上很寧靜的感覺，但是又蘊(yùn)藏著很多可變的可能性，這是水的特點(diǎn)。它的顏色能反映周圍自然界的表情，使建筑本身非常豐富。

　　設(shè)計(jì)者發(fā)揮了中國傳統(tǒng)的空間觀、宇宙觀和建筑觀，將建筑形體設(shè)計(jì)為單純的"方"。這個(gè)看似簡單的“方盒子”是中國傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代科技共同“搭建”而成的。中國人認(rèn)為：沒有規(guī)矩不成方圓，按照制定出來的規(guī)矩做事，就可以獲得整體的和諧統(tǒng)一。在中國傳統(tǒng)文化中，“天圓地方”的設(shè)計(jì)思想催生了“水立方”，它與圓形的“鳥巢”——國家體育場(chǎng)相互呼應(yīng)，相得益彰，方形的建筑輪廓和國家體育場(chǎng)圓形的輪廓形成了較好的呼應(yīng)，又非常協(xié)調(diào)。而這個(gè)“方盒子”又能夠最佳體現(xiàn)國家游泳中心的多功能要求，從而實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)文化與建筑功能的完善結(jié)合。

　　方案中采用的膜結(jié)構(gòu)建筑形式是21世紀(jì)最具代表性的一種全新的建筑形式，至今已成為大跨度空間建筑的主要形式之一。它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工、材料科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體，建造出具有標(biāo)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。 在2008年的奧運(yùn)會(huì)建筑設(shè)計(jì)上，膜結(jié)構(gòu)被完美的體現(xiàn)。

　　水立方最動(dòng)人的視覺效果就是無論從場(chǎng)館內(nèi)外任何角度來看，都可以看到一個(gè)個(gè)緊密相連的半透明的水泡，而看不到一根多余的鋼梁。那么，水泡和鋼梁怎樣融為一體呢？一百多年前的科學(xué)家羅德.科爾文就提出了這個(gè)“氣泡理論”。他說，其實(shí)自然界中很多物質(zhì)的排列結(jié)構(gòu)，都是以這種氣泡的結(jié)構(gòu)方式組成的,據(jù)說這個(gè)氣泡理論便是解決"水立方"結(jié)構(gòu)問題的基礎(chǔ)。"水立方"整個(gè)的構(gòu)件是兩萬個(gè)桿件，一萬個(gè)球，一共加起來是三萬個(gè)構(gòu)件組成這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體系。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)，每一個(gè)桿件都是不一樣的。

　　國家游泳中心"水立方"的墻體和屋蓋（詞條“屋蓋”由行業(yè)大百科提供）結(jié)構(gòu)創(chuàng)造性地采用了新型多面體空間剛架結(jié)構(gòu)體系,該結(jié)構(gòu)的弦桿選用矩形鋼管、腹桿選用圓鋼管,節(jié)點(diǎn)為焊接球節(jié)點(diǎn).雖然結(jié)構(gòu)的構(gòu)成類似網(wǎng)架結(jié)構(gòu),但結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀況完全不同于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的二力桿,而表現(xiàn)為類似空腹網(wǎng)架的剛接梁.桿件內(nèi)力包含彎矩、軸力、剪力、扭矩,彎曲應(yīng)力大于軸向應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）,所以結(jié)構(gòu)的優(yōu)化較為復(fù)雜.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中的優(yōu)化內(nèi)容,包括:"強(qiáng)墻弱蓋"優(yōu)化,墻體桿件和屋蓋桿件選用不同應(yīng)力水平控制;截面類型優(yōu)化,放棄加勁肋截面而改用緊湊型截面,充分發(fā)揮截面塑性,提高結(jié)構(gòu)延性;幾何構(gòu)成"雜交"優(yōu)化,將屋蓋下弦貫通內(nèi)墻,為減小屋蓋與墻體交界處桿件過大的彎曲（詞條“彎曲”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)力而附加少數(shù)腹桿,形成局部匯交力系;"鉸接"優(yōu)化,采用鉸接計(jì)算處理策略,將少數(shù)彎曲應(yīng)力較大無法滿足規(guī)范要求的桿件兩端處理為鉸接,加強(qiáng)其周圍相關(guān)桿件,再剛接迭代計(jì)算,較好滿足承載力要求;"強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件"優(yōu)化,提高結(jié)構(gòu)延性,確保桿端焊縫破壞晚于桿件屈服。

　　要把一個(gè)個(gè)氣泡堆積成為一面墻，關(guān)鍵是找到作為氣泡邊緣的鋼梁的準(zhǔn)確位置。工程師們?cè)嚵撕芏噢k法，包括GPS定位、激光定位、整體平移、分區(qū)域安裝，但問題始終存在!據(jù)說“英雄”來自一位有經(jīng)驗(yàn)的老工人師傅在擺弄幾根火柴時(shí)想到一個(gè)好辦法:先由一個(gè)點(diǎn)和一根桿件確定一個(gè)平面,然后其它的桿件位置就通過目測(cè)就可以基本準(zhǔn)確的確定。思路做了一個(gè)調(diào)整，不要先想著造一個(gè)球，如果先把球的一個(gè)面先造出來，其它幾個(gè)面同樣的辦法，也會(huì)很快地造出來，這樣一個(gè)球體自然就形成了。利用高中幾何當(dāng)中的，一條線和線外一個(gè)點(diǎn)，確定一個(gè)平面。工人師傅這種土辦法解決了大問題。這種結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)在被叫做多面體空間鋼架結(jié)構(gòu)。這一種結(jié)構(gòu)在過去，不單單在我們國家，在世界上還是沒有的，這樣一種世界上第一的水立方游泳館這種結(jié)構(gòu)形式，是我們中國來實(shí)現(xiàn)的。由工人師傅創(chuàng)造的這套工作方法也同工程師們的建筑理論一起，被寫進(jìn)多面體延性鋼架結(jié)構(gòu)施工管理技術(shù)規(guī)程，我國對(duì)這一規(guī)程擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。我又要嘮叨了：“順應(yīng)自然、道法自然"，勞動(dòng)者的智慧是無窮盡的！應(yīng)當(dāng)留名嘉獎(jiǎng)那位師傅才對(duì).......
　　為了呈現(xiàn)出三維設(shè)計(jì)動(dòng)畫中“水立方”的那種效果，氣枕安裝完畢后還需要充氣。據(jù)施工方現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人于程松介紹，這個(gè)過程完全由“水立方”的電腦自動(dòng)充氣系統(tǒng)監(jiān)控，該系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣壓、光照等條件控制每個(gè)氣枕的充氣狀態(tài)。雖然“水立方”的膜結(jié)構(gòu)在外觀上是一個(gè)統(tǒng)一的整體，但每個(gè)氣枕都相對(duì)獨(dú)立。因此，即使其中一塊損壞，也不會(huì)造成“水立方”的整體“泄氣”。而且，更換損壞的氣枕也非常方便。

   

　　水立方ETFE四氟乙烯膜材料揭秘：

　　“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)材料，藍(lán)色的表面出乎意料的柔軟但又很充實(shí)。在我國，這還是首次使用。水立方”所營造的這種建筑氛圍和藝術(shù)效果，得益于一種新型的建筑材料一ETFE(四氟乙烯)。它是一種輕質(zhì)新型材料，國內(nèi)現(xiàn)在還沒有。ETFE是膜材料的一種，具有有效的熱學(xué)性能和透光性（詞條“透光性”由行業(yè)大百科提供），可以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，冬季保溫，夏季散熱，而且還能避免建筑結(jié)構(gòu)受到游泳,ETFE是一種乙烯和四氟乙烯的共聚物，該樹脂是最堅(jiān)韌的氟聚合物，可以形成一層高度耐用的涂層，具有卓越的耐化學(xué)性（詞條“耐化學(xué)性”由行業(yè)大百科提供），并可在150℃下連續(xù)工作。幾乎所有物質(zhì)都不與特氟龍涂膜粘合,很薄的膜也顯示出很好的不粘附性能。 目前世界上只有三家企業(yè)能夠完成這個(gè)膜結(jié)構(gòu)。

　　ＥＴＦＥ（四氟乙烯）材料質(zhì)地輕巧，但強(qiáng)度卻超乎想象，正常情況下在上面停輛一般重量的汽車都不會(huì)被壓壞�！八�立方”外層膜的延展性也很強(qiáng)，可以被拉伸到本身的三到四倍。另外，氣枕里面所充的是過濾過的普通空氣，內(nèi)部壓力控制在２５０至３００帕之間，不僅抗壓性好而且有很好的彈性，形象地說，一個(gè)人在氣枕上玩蹦床都沒問題。７１５℃燃點(diǎn)不容易起火,即便被點(diǎn)燃，這種材料在燃燒時(shí)并不會(huì)擴(kuò)散，且無煙，無燃燒物掉落。單塊膜結(jié)構(gòu)氣枕最大重量達(dá)到了５０公斤，根據(jù)功能不同其厚度為８０微米至２５０微米不等（１微米＝０．００１毫米）。

　　考慮到場(chǎng)館的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，膜結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的隔熱（詞條“隔熱”由行業(yè)大百科提供）功能；另外，修補(bǔ)這種結(jié)構(gòu)非常方便，比如，射槍或者是尖銳的東西戳進(jìn)去后，監(jiān)控的電腦會(huì)自動(dòng)顯現(xiàn)出來。如果破了一個(gè)洞，只需用不干膠一貼就行了；膜結(jié)構(gòu)還非常輕巧，并具有良好的自潔性，塵土不容易粘在上面，塵土也能隨著雨水被排出。膜結(jié)構(gòu)自身就具有排水和排污的功能以及去濕和防霧功能，尤其是防結(jié)露功能,對(duì)游泳運(yùn)動(dòng)尤其重要。水立方膜結(jié)構(gòu)的充氣系統(tǒng)是全自動(dòng)的，其中任何一個(gè)細(xì)節(jié)出現(xiàn)問題，工作人員都能通過電腦及時(shí)監(jiān)測(cè)到。每個(gè)氣枕都有一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的充氣系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)一損俱損的情況。氣枕的維修也非常方便，萬一出現(xiàn)外膜破裂（詞條“破裂”由行業(yè)大百科提供）、漏氣的情況，工作人員將在８小時(shí)內(nèi)對(duì)破損的外膜修補(bǔ)或更換新的。目前，北京已建廠生產(chǎn)這種ＥＴＦＥ膜（“水立方”外層膜結(jié)構(gòu)數(shù)量達(dá)到了１４３７塊）。

　　注：四氟乙烯薄膜以前多用于：電容器的絕緣材料、特種電纜的絕緣層、電器儀表的絕緣、不粘帶、密封帶，還可用于馬達(dá)、變壓器的絕緣。 因此國內(nèi)正在組建的聚四氟乙烯薄膜生產(chǎn)廠家正在大量收購國外廢舊機(jī)械上的ＥＴＦＥ零件，估計(jì)是用于水立方等膜建筑的，損毀膜更換！還有有專家稱，這種材料完全可以用在家庭中的窗戶或者院子里的陽光棚。

   

　　人性化設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn)：

　　水立方”的多處設(shè)計(jì)體現(xiàn)了人性化的理念既有助于運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造佳績，同時(shí)也充分考慮了觀眾觀看比賽的需求。

    1、“水立方”的泳池深度達(dá)到了13米,這樣的深度可充分減少水溫對(duì)運(yùn)動(dòng)員的干擾，在不久的將來，“水立方”內(nèi)層膜結(jié)構(gòu)安裝完成后，泳池的水溫將被控制在28攝氏度，這樣的水溫最適宜運(yùn)動(dòng)員的發(fā)揮。

    2、“水立方”在室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)上也充分考慮了運(yùn)動(dòng)員和觀眾的需要。例如，在屋頂安裝照明設(shè)備時(shí)，施工方對(duì)其角度進(jìn)行了優(yōu)化，不僅消除了燈光對(duì)運(yùn)動(dòng)員比賽的影響，同時(shí)為觀眾提供一個(gè)理想的觀看比賽的環(huán)境。

    3、“水立方”在室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)上也充分考慮了觀眾的需要，在泳池兩側(cè)放置了大屏幕，屏幕尺寸達(dá)到了２３．８平方米。

    4、運(yùn)動(dòng)員光腳走路不覺涼，由于比賽池和熱身池中間有一定距離，運(yùn)動(dòng)員在這兩池之間往往是赤腳往返，“水立方”對(duì)這段路程的地面做了特殊、細(xì)致的處理，屆時(shí)，“運(yùn)動(dòng)員走過去都很舒適”，不會(huì)覺得腳涼。

    5、游泳中心內(nèi)的游池應(yīng)用了許多創(chuàng)新式的設(shè)計(jì)，如把室外空氣引入池水表面，帶孔的終點(diǎn)池岸，視覺和聲音發(fā)出信號(hào)等。還有一些高科技設(shè)備，如確定運(yùn)動(dòng)員相對(duì)位置的光學(xué)裝置、多角度三維圖像放映系統(tǒng)等，這些裝置將幫助觀眾更好地觀看比賽。

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