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國家游泳中心：夢(mèng)幻視覺(jué)“水立方”

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)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，與國家體育場(chǎng)分列于北京城市中軸線(xiàn)北端的兩側，水立方位于西側。

    規模：國家游泳中心規劃建設用地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：中建一局建設發(fā)展公司

    工程進(jìn)展：2003年12月24日開(kāi)工建設，目前主體結構已順利實(shí)現封頂，膜結構、機電、裝修等工程正在積極進(jìn)行，全部工程將于2007年10月完工。


    專(zhuān)家點(diǎn)評

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


    引子

    每一個(gè)城市都有它的標志，有著(zhù)世界第八景之稱(chēng)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(kāi)的花瓣，多年來(lái)一直令世人嘆為觀(guān)止。悉尼歌劇院被視為世界的經(jīng)典建筑載入史冊。

    由悉尼設計師設計，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(gè)完全由膜結構來(lái)進(jìn)行全封閉的公共建筑，其高科技應用營(yíng)造出的夢(mèng)幻般的奇妙效果，充滿(mǎn)東方韻味的“方型合院”的外型設計，讓世人對它充滿(mǎn)了一個(gè)期待―它將會(huì )成為未來(lái)北京的悉尼歌劇院?jiǎn)幔?


    設計：“綠色、科技、人文”的完美體現。

    設計特色

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

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

    在環(huán)保與節能方面，其設計也有獨到之處。在“水立方”總共8萬(wàn)平方米的建筑面積中，3萬(wàn)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的技術(shù)，使得該場(chǎng)館每天能夠利用自然光的時(shí)間達到了9.9小時(shí)，一年下來(lái)，8萬(wàn)平方米的“水立方”將節約大量的電力資源。

    在地面設計方面，設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(dòng)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(shí)，運動(dòng)員走過(guò)去都很舒適，不會(huì )覺(jué)得腳涼。

    設計理念

    國家游泳中心設計成方形的三大理念：

    1，中國傳統建筑格局的理念

    國家游泳中心中方建筑師胡小明說(shuō)：“方形在建筑文化中尤其是在中國傳統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”被設計成方形也反映了中國的傳統建筑格局?！?方形的“水立方”與圓形的國家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”，這兩個(gè)標志性建筑在外形上相互呼應，一起體現了“天圓地方”的理念。

    2，城市規劃角度理念

    北京是個(gè)從方形演化成的城市，在這個(gè)格局里，方形代表著(zhù)人類(lèi)的智慧。從工程上來(lái)講，方形和長(cháng)方形能為賽后利用留下足夠的空間。

    3，觀(guān)眾視覺(jué)感受理念

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

    背后故事

    “水立方”的方案由中澳雙方聯(lián)合設計。中建國際（深圳）設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”的設計，是方案的主創(chuàng )人員。方案設計從2003年4月2日起在悉尼的PTW（澳方一家設計公司）總部進(jìn)行。設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(kāi)始把游泳館的功能放進(jìn)“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(shí)現。

    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(huì )來(lái)了?！壁w小鈞說(shuō)，他和王敏、商宏三個(gè)人就開(kāi)始悄悄地嘗試自己的方案。他們開(kāi)始把游泳館的各個(gè)功能往最初設計的一個(gè)長(cháng)方體的方案中擺放，等這些功能都裝進(jìn)去后，三個(gè)人驚異地發(fā)現：一個(gè)四四方方的正方體豁然出現在眼前?！胺胶凶印迸c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)，它體現的是中國文化中以綱常倫理為代表的社會(huì )生活規則，但規則并不限制智慧的光芒?！彼麍孕?，一個(gè)尊重現實(shí)規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(kāi)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(dòng)作的安德魯，也在深夜就趕到了中國設計師的工作室?？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，他做出了決定。

    在離開(kāi)辦公室之前，安德魯給設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(kāi)始，大家將要共同來(lái)做這個(gè)“盒子”了。在所剩時(shí)間無(wú)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(gè)人得失的品質(zhì)得到了中方設計師發(fā)自?xún)刃牡淖鹬亍?

    設計師語(yǔ)

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

    “作為來(lái)自悉尼的設計師，我們在設計國家游泳中心的方案時(shí)考慮最多的問(wèn)題是如何體現中國運動(dòng)場(chǎng)館的東方特點(diǎn)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?！?

    “在設計過(guò)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(niǎo)巢形成了鮮明對比?！?


    規劃: 未雨綢繆、放眼規劃賽后運營(yíng)

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

    前期規劃實(shí)現可持續發(fā)展

    為保證國家游泳中心在奧運賽后繼續以科學(xué)、優(yōu)質(zhì)、高效的場(chǎng)館運營(yíng)，實(shí)現可持續發(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(zhù)手“水立方”運營(yíng)，積極推進(jìn)賽后運營(yíng)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(kāi)發(fā)，已經(jīng)有了比較全面的前期規劃。據他介紹，2008年奧運會(huì )比賽任務(wù)完成后，“水立方”

    將被改造成一個(gè)面向全體市民開(kāi)放的綜合水上娛樂(lè )中心。賽時(shí)的17000個(gè)坐席經(jīng)過(guò)改造后，

    將只剩6000個(gè)永久性坐席。79%的場(chǎng)館將通過(guò)改造成為市民休閑、娛樂(lè )、健身、戲水的綜

    合水上娛樂(lè )中心。

    7個(gè)主要功能區解決賽后運營(yíng)

    北京市發(fā)改委聘請的奧運經(jīng)濟高參、比利時(shí)專(zhuān)家范克高夫說(shuō)，奧運會(huì )場(chǎng)館的賽后運營(yíng)，

    單靠收門(mén)票是不可能確保場(chǎng)館運行費用持平的，需要吸引更多的游客、商人、運動(dòng)員、觀(guān)眾，

    拉動(dòng)就業(yè)和周邊的商業(yè)發(fā)展。

    他舉例說(shuō)，目前中國有專(zhuān)業(yè)的訓練場(chǎng)館275處，其中北京就有45處。這些場(chǎng)館真的很好，設備齊全且現代化程度很高。但是這些都跟百姓體育無(wú)關(guān)，也不可能成為百姓體育運動(dòng)的場(chǎng)館。事實(shí)是，隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，中國人民對健康和運動(dòng)的需求越來(lái)越大。在北京，我們隨處可見(jiàn)那些拿著(zhù)中國傳統扇子翩翩起舞的人。為他們提供的運動(dòng)場(chǎng)館是非常有限的。

    為此，“水立方”改造后，將被劃分為7個(gè)主要功能區，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(chǎng)、戲水樂(lè )園和商業(yè)街。國家游泳中心將對其進(jìn)行綜合的價(jià)值發(fā)掘，使之成為一個(gè)極具價(jià)值的品牌。


    建筑品質(zhì)：膜結構挑戰建筑技術(shù)

    國家游泳中心作為2008年北京奧運會(huì )的主要比賽場(chǎng)館和唯一一座由港澳臺僑同胞捐資建設的奧運場(chǎng)館，從方案設計到開(kāi)工建設到賽后運營(yíng)都受到了廣泛的社會(huì )關(guān)注。在政府相關(guān)部門(mén)的指導、支持和協(xié)調下，業(yè)主單位北京國資公司協(xié)調國家游泳中心總承包建設單位――中建一局建設發(fā)展公司和參建各方，貫徹落實(shí)“安全、質(zhì)量、工期、功能、成本”五統一的原則，經(jīng)過(guò)不懈努力，確保了“水立方”建設的順利進(jìn)展。

    亮點(diǎn)解析

    亮點(diǎn)1：全球最大的膜結構工程

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

    據了解，膜結構建筑是21世紀最具代表性的一種全新的建筑形式，它集建筑學(xué)、結構力學(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構形式，它不僅體現出結構的力量美，還充分表現出建筑師的設想，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)能夠完成這種膜結構工程。

    亮點(diǎn)2：全球最復雜的膜外套

    水藍色的“水立方”像一個(gè)透明“冰塊”，游泳中心內部設施盡收眼底。水立方”設計采用了泡沫理論，建筑外墻分布著(zhù)3000個(gè)不規則的氣枕，猶如一個(gè)個(gè)”水泡泡”的ETFE膜具有較好抗壓性。ETFE膜里面裝配系統在國家游泳中心的運用、嘗試是迄今世界上規模最大、構造最復雜、技術(shù)綜合最全面的一次。

    亮點(diǎn)3：開(kāi)爾文定律解決設計難題

    “水立方”的設計師在設計之初就將目光鎖定在“水泡”上。如果將“水立方”視為一個(gè)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(guò)潛心研究，最終設計人員發(fā)現，19世紀末英國物理學(xué)家開(kāi)爾文發(fā)現的開(kāi)爾文定律能夠解決這個(gè)問(wèn)題：14邊形的三維結構球體組成的結構接觸界面最小，后在經(jīng)過(guò)1993年英國的兩位科學(xué)家對其進(jìn)行研究和改進(jìn)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”形成了復雜的節點(diǎn)，成為其龐大的鋼結構體系的依托。

    亮點(diǎn)4：全封閉場(chǎng)館實(shí)現自然通風(fēng)

    “水立方”的設計充分考慮透氣問(wèn)題和聲學(xué)問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)實(shí)現自然通風(fēng)，并保證了館內人們之間交流時(shí)的語(yǔ)言清晰度。

    “水立方”是一個(gè)膜結構的全封閉室內場(chǎng)館，必須要解決透氣問(wèn)題和聲學(xué)問(wèn)題。在解決透氣問(wèn)題時(shí)，“水立方”在設計時(shí)便在屋頂設置了自然排風(fēng)機，八個(gè)自然通風(fēng)口可實(shí)現館內外空氣流通，這樣就能將建筑空間中的熱量散發(fā)出去，實(shí)現自然通風(fēng)，保證17000人觀(guān)賽時(shí)的透氣問(wèn)題。

    據了解，在遵循了大型體育場(chǎng)館的有關(guān)規范要求外，“水立方”同時(shí)還考慮到了這個(gè)項目的特殊性，在場(chǎng)館中使用了一系列特殊的材料達到語(yǔ)言清晰度的標準。屆時(shí)，在這個(gè)封閉的建筑內不會(huì )出現聲音模糊的情況。

    亮點(diǎn)5：雨水回收實(shí)現自我清潔

    “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(guò)卻不留水痕，而氣枕上面的雜物、塵埃、塵土等，則會(huì )通過(guò)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(gè)屋面或墻面進(jìn)行整體清潔。

    “水立方”不僅利用雨水自潔，還專(zhuān)門(mén)設計了雨水回收系統，一年回收的雨水量一萬(wàn)噸左右，相當于一百戶(hù)居民一年的用水量。

    專(zhuān)家解難

    技術(shù)難點(diǎn)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(huì )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(cháng)霉，而且清洗起來(lái)非常困難。

    對策：“我曾訪(fǎng)問(wèn)‘伊甸園’，并沒(méi)有發(fā)現這種現象大量存在，但不否認，可能在局部很小的地方會(huì )出現一些斑點(diǎn)?！敝薪▏H(深圳)設計公司設計董事鄭方認為，這種斑點(diǎn)是不是材料發(fā)霉導致，需要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步精細分析才能確定。據鄭方介紹，設計方曾專(zhuān)門(mén)咨詢(xún)了北京市塑料研究所所長(cháng)和其他國內專(zhuān)家，他們均指出，這種膜材料的化學(xué)性質(zhì)非常穩定，一般不會(huì )出現發(fā)霉現象。

    技術(shù)難點(diǎn)2，薄膜起皺

    質(zhì)疑：由于薄膜的面積較大，從建筑實(shí)踐上來(lái)說(shuō)，兩個(gè)方向不可能繃得一樣緊，受力不均必然會(huì )產(chǎn)生皺紋。

    對策：鄭方說(shuō)，由于使用的膜材料富有彈性，因此如果張力失控肯定會(huì )產(chǎn)生變形。據介紹，這種材料的起皺可能出于三個(gè)原因：一是膜本身的結構計算不準；二是剪裁加工工藝不精；三是安裝過(guò)程中工藝不當。鄭方說(shuō)，在“水立方”工程中，這三個(gè)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表面起皺問(wèn)題。

    技術(shù)難點(diǎn)3，松弛變形

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

    對策：用鋼絲支撐的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫“鎖支撐”，鄭方介紹，下雪后，雪堆積在屋面，會(huì )讓屋頂結構受到很大的壓力，有的地方膜材料的面積比較大，積雪壓力也相應較大，所以局部用這種鎖在下部支撐，來(lái)抵抗雪的壓力，而并不是為了其他原因。據介紹，針對北京地區風(fēng)大雪多的氣候特點(diǎn)，設計方專(zhuān)門(mén)請了加拿大的專(zhuān)業(yè)機構，對“水立方”進(jìn)行了風(fēng)洞和雪洞實(shí)驗，在目前的方案深化設計中，設計方將根據測算結果，針對每一個(gè)細節進(jìn)行分析，以確保場(chǎng)館的安全性毫無(wú)問(wèn)題。

    技術(shù)難點(diǎn)4，拼縫明顯

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

    對策：膜生產(chǎn)時(shí)為帶狀，需要通過(guò)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(jiàn)。雖然“水立方”表面免不了會(huì )出現拼縫，但鄭方說(shuō)，從建筑師的觀(guān)點(diǎn)看，在巨大表面上出現因工藝產(chǎn)生的連接縫，反而有利于創(chuàng )造出建筑的特色感覺(jué)。


    后記：社會(huì )反響

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

    我們有理由相信，一個(gè)更加開(kāi)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(gè)中國一個(gè)越來(lái)越新的形象！

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