水立方科技

【專家解說】：　　場館名稱：國家游泳中心 　　俗稱：水立方 　　投資：大約為10.2億人民幣 　　建設(shè)地點：奧林匹克公園 　　場地類型：新建比賽場館園 　　建筑面積（㎡）：79532 　　賽時功能：游泳、跳水、花樣游泳 　　奧運會期間的用途：游泳、跳水、花樣游泳 　　殘奧會期間的用途：游泳、跳水、花樣游泳 　　固定座位數(shù)：4000個（永久性）、2000個（可拆除） 　　臨時座位數(shù)：11000個 　　開工時間：2003年12月24日 　　竣工時間：2008年1月28日 　　英文名稱：National Aquatic Center 　　【簡介】 　　國家游泳中心又被稱為“水立方”（Water Cube），位于北京奧林匹克公園內(nèi)，是北京為2008年夏季奧運會修建的主游泳館，也是2008年北京奧運會標志性建筑物之一。它的設(shè)計方案，是經(jīng)全球設(shè)計競賽產(chǎn)生的“水的立方”（[H2O]3）方案。2003年12月24開工，在2008年1月28日竣工。其與國家體育場(俗稱鳥巢)分列于北京城市中軸線北端的兩側(cè)，共同形成相對完整的北京歷史文化名城形象。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，長寬高分別為 177m × 177m × 30m。到目前，來自101個國家和地區(qū)的35萬多港澳臺同胞及海外僑胞共捐獻了8.5億人民幣。其中鄭裕彤、鄭家純父子及屬下企業(yè)曾捐贈五千萬元人民幣。 　　投資：約為10.2億(各界捐獻約8.5億人民幣) 　　建筑面積（㎡）：79532平方米 　　座席數(shù)：永久座席為4000個，，臨時性座席11000個 　　奧運會期間的用途：游泳、跳水、花樣游泳 等比賽 　　殘奧會期間的用途：游泳、跳水、花樣游泳等比賽 　　業(yè)主單位：北京市國有資產(chǎn)經(jīng)營有限責任公司 　　設(shè)計單位：中建設(shè)計聯(lián)合體 　　總包單位：中建一局建設(shè)發(fā)展有限公司 　　【國家游泳中心工程建設(shè)大事記】 　　2003年7月 國家游泳中心建筑設(shè)計方案正式確定 　　2003年12月24日 水立方奠基 土方及基礎(chǔ)處理工程開工 　　2004年4月7日 完成土方及基礎(chǔ)處理工程 　　2004年7月17日 國家游泳中心建筑安裝工程施工總承包合同正式簽約 　　2005年一季度 完成全部主體混凝土結(jié)構(gòu)施工 　　2006年4月10日 國家游泳中心主體結(jié)構(gòu)封頂 完成鋼結(jié)構(gòu)的安裝 　　2006年6月16日 鋼結(jié)構(gòu)支撐體系成功卸載 　　2006年8月1日國家游泳中心膜結(jié)構(gòu)安裝第一塊膜結(jié)構(gòu)氣枕 　　2006年12月26日 完成膜結(jié)構(gòu)安裝 　　2007年3月 完成設(shè)備安裝 并開始聯(lián)機調(diào)試 　　2008年1月28日 正式竣工 　　【用途】 　　2008年奧運會期間，國家游泳中心承擔游泳、跳水、花樣游泳等比賽，可容納觀眾坐席17000座，其中永久觀眾坐席為6000座，奧運會期間增設(shè)臨時性座位11000個(賽后將拆除)。賽后將建成為具有國際先進水平的、集游泳、運動、健身、休閑于一體的中心。 　　【設(shè)計】 　　國家游泳中心的設(shè)計方案，是經(jīng)全球設(shè)計競賽產(chǎn)生的“水的立方”（[H2O]3）方案。該方案由中國建筑工程總公司、澳大利亞PTW建筑師事務所、ARUP澳大利亞有限公司聯(lián)合設(shè)計。設(shè)計體現(xiàn)出 [H2O]3(“水立方”)的設(shè)計理念，融建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計于一體，設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)獨特，與國家體育場比較協(xié)調(diào)，功能上完全滿足2008年奧運會賽事要求，而且易于賽后運營。 　　國家游泳中心由北京市國有資產(chǎn)經(jīng)營公司負責建設(shè)、管理和運營，于2003年年底開工，2007年底前完工并投入試運行，接受國際游泳聯(lián)合會和國際奧林匹克運動委員會的檢查和驗收。 　　【設(shè)計理念】 　　“水立方”位于奧林匹克公園B區(qū)西側(cè)，和國家體育場‘鳥巢’隔馬路遙相呼應，建設(shè)規(guī)模約8萬平方米，最引人注意的就是外圍形似水泡的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）。ETFE膜是一種透明膜，能為場館內(nèi)帶來更多的自然光，他的內(nèi)部是一個多層樓建筑，對稱排列的大看臺視野開闊，館內(nèi)乳白色的建筑與碧藍的水池相映成趣。 　　國家游泳中心的設(shè)計方案，是經(jīng)全球設(shè)計競賽產(chǎn)生的“水的立方”（[H2O]3）方案。該方案由中國建筑工程總公司、澳大利亞PTW建筑師事務所、ARUP澳大利亞有限公司聯(lián)合設(shè)計。其中中方設(shè)計者：中建國際(深圳)設(shè)計顧問有限公司總裁、總建筑師趙小鈞、總工程師毛紅衛(wèi)，PTW建筑事務所的兩名主設(shè)計師為約翰·保林 (John Pauline)與托比·王(Toby Wong)。 　　設(shè)計體現(xiàn)出 [H2O]3(“水立方”)的設(shè)計理念，融建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計于一體，設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)獨特，與國家體育場比較協(xié)調(diào)，功能上完全滿足2008年奧運會賽事要求，而且易于賽后運營。 　　設(shè)計理念 　　這個看似簡單的“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)計思想催生了“水立方”，它與圓形的“鳥巢”——國家體育場相互呼應，相得益彰。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。而這個“方盒子”又能夠最佳體現(xiàn)國家游泳中心的多功能要求，從而實現(xiàn)了傳統(tǒng)文化與建筑功能的完善結(jié)合。 　　在中國文化里，水是一種重要的自然元素，并激發(fā)起人們歡樂的情緒。國家游泳中心賽后將成為北京最大的水上樂園，所以設(shè)計者針對各個年齡層次的人，探尋水可以提供的各種娛樂方式，開發(fā)出水的各種不同的用途，他們將這種設(shè)計理念稱作“水立方”。希望它能激發(fā)人們的靈感和熱情，豐富人們的生活，并為人們提供一個記憶的載體。 　　為達此目的，設(shè)計者將水的概念深化，不僅利用水的裝飾作用，還利用其獨特的微觀結(jié)構(gòu)?；凇芭菽崩碚摰脑O(shè)計靈感，他們?yōu)椤胺胶凶印卑狭艘粚咏ㄖ馄?，上面布滿了酷似水分子結(jié)構(gòu)的幾何形狀，表面覆蓋的ETFE膜又賦予了建筑冰晶狀的外貌，使其具有獨特的視覺效果和感受，輪廓和外觀變得柔和，水的神韻在建筑中得到了完美的體現(xiàn)。輕靈的“水立方”能夠奪魁，還在于它體現(xiàn)了諸多科技和環(huán)保特點。合理組織自然通風、循環(huán)水系統(tǒng)的合理開發(fā)，高科技建筑材料的廣泛應用，都共同為國家游泳中心增添了更多的時代氣息。泳池也應用了許多創(chuàng)新設(shè)計，如把室外空氣引入池水表面，帶孔的終點池岸，視覺和聲音出發(fā)信號等，這將使比賽池成為世界上最快的泳池。 　　創(chuàng)新的外掛材料 　　“水立方”不僅是一幢優(yōu)美和復雜的建筑，她還能激發(fā)人們的靈感和熱情，豐富人們的生活，為人們提供記憶的載體。因此設(shè)計中不僅利用水的裝飾作用，同時還利用其獨特的微觀結(jié)構(gòu)。采用在整個建筑內(nèi)外層包裹的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）是一種輕質(zhì)新型材料，具有有效的熱學性能和透光性，可以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，冬季保溫、夏季散熱，而且還會避免建筑結(jié)構(gòu)受到游泳中心內(nèi)部環(huán)境的侵蝕。 　　國際上在建筑使用膜結(jié)構(gòu)時，多用的是PTFE膜，這是一種纖維材料，特點是不透明，但是，使用技術(shù)比較成熟。而“水立方”使用的是ETFE膜，這是一種透明膜，能為場館內(nèi)帶來更多的自然光。在國內(nèi)對這種薄膜結(jié)構(gòu)的理論研究幾乎就是空白。 　　2006年德國世界杯主要賽場之一的慕尼黑安聯(lián)體育場也使用了ETFE氣枕式外墻，但與水立方相比，兩者的區(qū)別在于，德國安聯(lián)體育場的氣枕覆蓋面積為6萬平方米，而水立方則達到為10萬平方米；安聯(lián)運動場是單層氣枕并且是規(guī)則排列的，水立方則是雙層氣枕，并且?guī)缀鯖]有形狀相同的兩個氣枕。 　　按照設(shè)計方案，水立方的內(nèi)外立面膜結(jié)構(gòu)共由3065個氣枕組成（其中最小的1－2平方米，最大的達到70平方米），覆蓋面積達到10萬平方米，展開面積達到26萬平方米，是世界上規(guī)模最大的膜結(jié)構(gòu)工程，也是惟一一個完全由膜結(jié)構(gòu)來進行全封閉的大型公共建筑。無論對設(shè)計還是施工、使用都是一個極大的挑戰(zhàn)，對ETFE膜的材料、通風空調(diào)、防火、聲、光、電的控制等技術(shù)提出了一個難度很大的課題。 　　新型環(huán)保設(shè)計 　　游泳中心內(nèi)的游池應用了許多創(chuàng)新式的設(shè)計，如把室外空氣引入池水表面，帶孔的終點池岸，視覺和聲音發(fā)出信號等。還有一些高科技設(shè)備，如確定運動員相對位置的光學裝置、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。 　　在設(shè)計中還充分考慮了環(huán)保的需要。為了減少二氧化碳的產(chǎn)生，在設(shè)計中減少了電的使用。利用太陽能電池提供電力。幅地使用了新型材料，使空調(diào)和照明負荷降低了20%-30%。另外，游泳中心消耗掉的水分將有80%從屋頂收集并循環(huán)使用，這樣可以減弱對于供水的依賴和減少排放到下水道中的污水。系統(tǒng)對廢熱進行回收，熱回收冷凍機的應用一年將節(jié)省60萬度電。還有現(xiàn)代化消防裝置為建筑量身定做，比常規(guī)設(shè)施節(jié)約74%。 　　在建筑節(jié)能上，“水立方”的設(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，3萬平方米屋頂將使雨水的收集率達到100%，而這些雨水量相當于100戶居民一年的用水量；在光的利用上，由于“水立方”采用了特殊的膜材料和相應的技術(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。 　　科研創(chuàng)新是“水立方”建筑設(shè)計中的一大亮點，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中很多都是空白，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。 　　人性化的設(shè)計細節(jié) 　　“水立方”設(shè)計注重細節(jié)，充分考慮運動員和觀眾需求，體現(xiàn)了北京奧運會“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”的三大理念。 　　作為奧運會的比賽場館，國家游泳中心首先要滿足奧運會期間的比賽需要。“水立方”的設(shè)計將盡可能的讓運動員在這里感到舒適，讓觀眾感到舒適。而這種舒適往往來自很小的細節(jié)?！八⒎健睋碛刑亍⒈荣惓?、熱身池，這些池子的水溫及其所在廳的溫度沒有太大的差異，這就為運動員穩(wěn)定發(fā)揮創(chuàng)造了良好條件。 　　此外，“水立方”在地面的設(shè)計上也花費了不少心思，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。 　　【綠色場館】 　　綠色奧運、科技奧運、人文奧運，作為北京奧運會的三大核心理念，對于北京奧運會的各項工作具有綱領(lǐng)性指導意義。三大理念中，首當其沖的就是綠色奧運。從《北京奧運行動規(guī)劃》中對綠色奧運的定義不難看出，實現(xiàn)綠色奧運的每個環(huán)節(jié)，都需要以人們具有高標準的生態(tài)素養(yǎng)為保障，按照標準來落實各項工作。 　　國家游泳中心建設(shè)主要的先進節(jié)能技術(shù)包括熱泵的選用、太陽能的利用、水資源綜合利用、先進的采暖空調(diào)系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)和其他節(jié)能環(huán)保技術(shù)，如采用內(nèi)外墻保溫，減少能量的損失；采用高效節(jié)能光源與照明控制技術(shù)等。這些新標準、新技術(shù)、新材料的采用，為我國今后建筑節(jié)能建設(shè)起到了良好的示范作用，還可進一步帶動和促進我國建筑節(jié)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。 　　水立方首次采用的ETFE膜材料,可以最恰當?shù)乇憩F(xiàn)“水立方”，水立方”的外形看上去就像一個藍色的水盒子，而墻面就像一團無規(guī)則的泡泡。這個泡泡所用的材料“ETFE”，也就是我們常說的“聚氟乙烯”。這種材料耐腐蝕性、保溫性俱佳，自清潔能力強。國外的抗老化試驗證明，它可以使用15至20年。而這種材料也很結(jié)實，據(jù)稱，人在上面跳躍也不會損傷它。同時由于自身的絕水性，它可以利用自然雨水完成自身清潔，是一種新興的環(huán)保材料。猶如一個個“水泡泡”的ETFE膜具有較好抗壓性，厚度僅如同一張紙的ETFE膜構(gòu)成的氣枕，甚至可以承受一輛汽車的重量。氣枕根據(jù)擺放位置的不同，外層膜上分布著密度不均的鍍點，這鍍點將有效的屏蔽直射入館內(nèi)的日光，起到遮光、降溫的作用。 　　【水立方用水節(jié)水方案】 　　泳池換水自動控制 　　為確?！八⒎健钡乃|(zhì)達到國際泳聯(lián)最新衛(wèi)生標準，泳池的水將采用砂濾——臭氧——活性炭凈水工藝，全部用臭氧消毒。據(jù)介紹，臭氧消毒不僅能有效去除池水異味，而且可消除池水對人體的刺激。 　　此外，泳池換水還將全程采用自動控制技術(shù)，提高凈水系統(tǒng)運行效率，降低凈水藥劑和電力的消耗，可以節(jié)約泳池補水量50%以上。此外，泳池和水上游樂池將采用防滲混凝土以防滲漏。 　　洗澡水用于沖廁及灌溉 　　除了泳池用水，“水立方”的其他用水也十分節(jié)約。洗浴等廢水，將經(jīng)過生物接觸氧化、過濾，再用活性炭吸附并消毒后，用于場館內(nèi)便器沖洗、車庫地面的沖洗以及室外綠化灌溉。僅此一項就可每年節(jié)約用水44530噸水。此外，為了減少水的蒸發(fā)量，“水立方”的室外綠地將在夜間進行灌溉，采用以色列的微灌噴頭，建成后可以節(jié)約用水5%。 　　衛(wèi)生潔具設(shè)水表計水量 　　為盡可能減少人們在使用時對水的浪費，“水立方”對便器、沐浴龍頭、面盆等設(shè)備均采用感應式的沖洗閥，合理控制衛(wèi)生潔具的出水量，并在各集中用水點設(shè)置水表，計量用水量。預計通過這些措施，可以節(jié)水10%左右。 　　除了浴池用水，“水立方”還將在比賽大廳設(shè)立飲水處，為運動員和觀眾提供飲用水。為避免飲水的二次污染，避免浪費，“水立方”的飲用水將采用末端直飲水處理設(shè)備。 　　【水立方建筑技術(shù)】 　　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，至今已成為大跨度空間建筑的主要形式之一。它集建筑學、結(jié)構(gòu)力學、精細化工、材料科學與計算機技術(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。在2008年的奧運會建筑設(shè)計上，膜結(jié)構(gòu)應用就得到完美的體現(xiàn)。 　　“水立方”是世界上最大的膜結(jié)構(gòu)工程，建筑外圍采用世界上最先進的環(huán)保節(jié)能ETFE(四氟乙烯)膜材料。國家體育館工程承包總經(jīng)理譚曉春透露，這種材料的壽命為20多年，但實際會比這個長，人可以踩在上面行走，感覺特別棒。目前世界上只有三家企業(yè)能夠完成這個膜結(jié)構(gòu)。 　　“水立方”整體建筑由3000多個氣枕組成，氣枕大小不一、形狀各異，覆蓋面積達到10萬平方米，堪稱世界之最。除了地面之外，外表都采用了膜結(jié)構(gòu)。安裝成功的氣枕將通過事先安裝在鋼架上的充氣管線充氣變成“氣泡”，整個充氣過程由電腦智能監(jiān)控，并根據(jù)當時的氣壓、光照等條件使“氣泡”保持最佳狀態(tài)。 　　這種像“泡泡裝”一樣的膜材料有自潔功能，使膜的表面基本上不沾灰塵。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新。此外，膜材料具有較好的抗壓性，人們在上面“玩蹦床”都沒問題，“正常的放上一輛汽車都不會壓壞”。如果萬一出現(xiàn)外膜破裂，根據(jù)應急預案，可在8個小時內(nèi)把破損的外膜修好或換新?！八⒎健本К撎尥傅耐庖律厦孢€點綴著無數(shù)白色的亮點，被稱為鍍點，它們可以改變光線的方向，起到隔熱散光的效果。 　　此外，“水立方”占地7.8公頃，卻沒有使用一根鋼筋，一塊混凝土。其墻身和頂棚都是用細鋼管連接而成的，有1.2萬個節(jié)點。只有2.4毫米厚的膜結(jié)構(gòu)氣枕像皮膚一樣包住了整個建筑，氣枕最大的一個約9平方米，最小的一個不足1平方米。跟玻璃相比，它可以透進更多的陽光和空氣，從而讓泳池保持恒溫，能節(jié)電30%。 　　什么是水立方 　　膜結(jié)構(gòu)的完美體現(xiàn)——水立方 　　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，至今已成為大跨度空間建筑的主要形式之一。它集建筑學、結(jié)構(gòu)力學、精細化工、材料科學與計算機技術(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。在2008年的奧運會建筑設(shè)計上，膜結(jié)構(gòu)應用就得到完美的體現(xiàn)。 　　“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。國家體育館工程承包總經(jīng)理譚曉春透露，這種材料的壽命為20多年，但實際會比這個長，人可以踩在上面行走，感覺特別棒。目前世界上只有三家企業(yè)能夠完成這個膜結(jié)構(gòu)。 　　“考慮到場館的節(jié)能標準，膜結(jié)構(gòu)具有較強的隔熱功能；另外，修補這種結(jié)構(gòu)非常方便，比如，射槍或者是尖銳的東西戳進去后，監(jiān)控的電腦會自動顯現(xiàn)出來。如果破了一個洞，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?！弊T曉春說，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,對游泳運動尤其重要。 　　作為一個摹寫水的建筑，水立方紛繁自由的結(jié)構(gòu)形式，源自對規(guī)劃體系巧妙而簡單的變異，簡潔純凈的體形謙虛地與宏偉的主場對話，不同氣質(zhì)的對比使各自的靈性得到趣味盎然的共生。椰樹、沙灘、人造海浪……將奧林匹克的競技場升華為世人心目中永遠的水上樂園。 　　水立方設(shè)計師的游走人生 　　我叫John Pauline，澳大利亞人。如果你提到“水立方”，可千萬不要說是我一個人設(shè)計的，我們是一個團隊。中建國際設(shè)計公司的3名設(shè)計師來到澳大利亞，與我們PTW建筑設(shè)計的5人合作，共同設(shè)計了“水立方”。要知道有些時候，團隊中的個體如果自行其是，設(shè)計出來的東西會很糟糕，但“水立方”卻是個成功的例子。別看背景和文化不同，我們卻很好地把設(shè)計理念融合在了一起。閉上眼睛想想未來的水立方吧，白天明媚的陽光透過那些藍色的泡泡撇進來，你躺在人造沙灘上，耳邊是濤聲，還有沖浪人們興奮的尖叫；到了夜晚燈光亮起來，那簡直就是一座藍色的水晶宮殿…… 　　你問我喜歡什么？說起來有點不好意思，我喜歡各種各樣的奧運會吉祥物，那些毛茸茸的東西不都是女孩子們的專利。從為悉尼奧運會工作開始，我就熱衷于收集吉祥物。雅典娜、費沃斯、希德、米利和奧利、 “北京歡迎你”的福娃，還有多哈亞運會的羚羊奧利，我家里已經(jīng)有一大堆了。本來都擺在柜櫥里，可是我的妻子把它們都塞到床底下去了。她說我38歲了，不該這么孩子氣，其實她不知道，每個吉祥物都代表著一個我生活和工作過的地方，看見它們我就能想起那段熟悉的往事。