摘要：國家游泳中心又被稱為“水立方”，是世界上規(guī)模最大的膜結(jié)構(gòu)工程，也是21世紀我國節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材的綠色建筑的典范。

關(guān)鍵詞：水立方 綠色建筑 膜結(jié)構(gòu) 節(jié)能

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B區(qū)西南角，是北京為2008年夏季奧運會修建的主游泳館。“水立方”建設(shè)用地62950平方米，總建筑面積79532平方米，建筑物檐口高度31米，基底面積177米×177米，標準座席17000個(其中臨時座席約13000個，永久坐席4000個)，2003年12月24日開工，在2008年1月28日竣工。

這個設(shè)計的靈感來自于水分子結(jié)構(gòu)和肥皂泡，也是中國傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代科技的共生產(chǎn)物。古人云：沒有規(guī)矩不成方圓。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(yīng)，一方一圓、一藍一紅相得益彰。與主場館“鳥巢”的設(shè)計相比，“水立方”體現(xiàn)了更多的女性般的柔美，一個陽剛，一個陰柔，形成鮮明對比，在視覺上極具沖擊力。

神奇的膜結(jié)構(gòu)

“水立方”最大的特點在于它的膜結(jié)構(gòu)，雖然占地7-8公頃，建筑主體卻沒有使用一根鋼筋一塊混凝土，整個水立方工程都是用細鋼管連接而成的，桿件多達2.2萬根，有1.2萬個節(jié)點。僅0.24mm厚的淡藍色ETFE薄膜氣枕像皮膚一樣包住整個建筑，使水立方散發(fā)出一種高貴優(yōu)雅的氣質(zhì)。水立方的內(nèi)外立面共由3000多個不規(guī)則的氣枕組成(其中最小的不足1平方米，最大的達到9平方米)，覆蓋面積達到11萬平方米，展開面積達到26萬平方米，堪稱世界上規(guī)模最大的膜結(jié)構(gòu)工程，也是唯一一個完全由膜結(jié)構(gòu)來進行全封閉的大型公共建筑。

水立方所使用的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)是世界上最先進的環(huán)保節(jié)能膜材料，這種最早用于航天科技的堅韌材料具有很多優(yōu)良的特性：抗撕拉極強、抗張強度高、高阻燃性、低煙、透光率高，以及出色的抗沖擊能力和較長的使用壽命。ETFE充氣后，每塊膜都能承受一輛汽車的重量，此外，膜的耐火性、耐熱性都很明顯，因ETFE是含氟化合物能阻隔氧氣，即便被點燃，這種材料在也只會熔化而不會燃燒擴散，并且?guī)缀鯖]有煙，也沒有燃燒物落下，形成的窟窿還方便人們逃生。跟玻璃相比，ETFE膜不但安全可靠，還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%，同時大幅降低整個建筑的重量，這么大體量的公共建筑僅6700噸，這不能不歸功于ETFE這種膜結(jié)構(gòu)。

在水立方出現(xiàn)之前，英國康沃爾的伊甸園生物圈和德國慕尼黑安聯(lián)體育場也都使用過ETFE膜材料，安聯(lián)體育場同樣使用氣枕式外墻，但與水立方相比，兩者的區(qū)別在于，安聯(lián)體育場的氣枕覆蓋面積為僅為水立方的60%，并且使用的是規(guī)則排列的單層氣枕，而水立方則是雙層氣枕，且?guī)缀鯖]有形狀相同的兩個氣枕。

新型的綠色環(huán)保設(shè)計

1、節(jié)水：

作為國家游泳館，“水立方”自然是奧運場館中的用水大戶。為了保證“水立方”能夠達到良好的節(jié)約效果，工程師還專門設(shè)計了雨水收集系統(tǒng)、中水回用獲取凈水系統(tǒng)及降低自來水消耗系統(tǒng)和減少廢水排放系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的運用可使“水立方”每年收集雨水約1萬噸、洗浴廢水7萬噸，游泳池用水6萬噸，建筑物所需的綠化、冷卻塔補水、護城河補水、沖廁、沖洗地面等用水則全部通過廢水回用解決，每年減少廢水排放量14萬噸。

收集和循環(huán)雨水，這是充分體現(xiàn)“水立方”綠色設(shè)計思想的一個技術(shù)亮點，在“水立方”約3萬平方米的房頂上專門設(shè)計了一套雨水收集系統(tǒng)，將使雨水的收集率達到100%，全年收集雨水約1萬噸，相當于北京100個居民家庭的一年用水量。雨水從房頂匯集到“水立方”南廣場的中心儲蓄池內(nèi)，經(jīng)過初期棄流——調(diào)蓄——消毒等再回用，如供給空調(diào)冷卻水補水、沖洗場館和室外景觀用水等。中水回用也是充分體現(xiàn)“水立方”綠色設(shè)計思想的另一個技術(shù)亮點，運動員洗浴后的廢水、游泳池循環(huán)凈化后排出的廢水等，經(jīng)過生物接觸氧化過濾再用活性炭吸附并消毒后，將用于場館內(nèi)便器沖洗、地面沖洗以及室外綠化灌溉，僅此一項每年就可節(jié)水4萬噸以上。

同時，為了提高凈水系統(tǒng)運行效率，降低電力消耗和凈水藥劑的使用量，泳池換水全程采用自動控制技術(shù)，可以節(jié)約泳池補水量50%以上。為盡可能減少人們在使用場館時對水的浪費，“水立方”內(nèi)的面盆、沐浴龍頭、便器等設(shè)備均采用感應(yīng)式的沖洗閥，合理控制洗具潔具的出水量，預計可以節(jié)水10%左右。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%。這一點，也在“鳥巢”工程中得到了充分體現(xiàn)。

2、節(jié)能：

為減少二氧化碳的產(chǎn)生，“水立方”在設(shè)計中刻意減少了電的使用。除了利用太陽能電池供電外，在自然光的利用上，由于“水立方”采用了透明的膜材料和相應(yīng)的技術(shù)，使得場館每天能夠利用自然光的時間達到了近10小時，一年下來，8萬平方米的“水立方”將節(jié)約50%的照明能源。

“水立方”雙層膜的結(jié)構(gòu)形式也是非常節(jié)能的，分布在ETFE膜上的幾億個鍍點，起到散光隔熱的作用，能有效調(diào)節(jié)進入室內(nèi)的光線，把多余的熱量擋在場館之外，保證場館的溫度和采光，并且使酷熱天氣里的“水立方”不會成為巨大的“溫室浴場”。工程師們還根據(jù)建筑內(nèi)不同的功能分區(qū)，制作不同薄厚的鍍點，如人們集聚的區(qū)域使用外層55-60%厚鍍點、內(nèi)層20%薄鍍點的ETFE膜。正是這一把把神奇的小遮陽傘，使“水立方”的空調(diào)降溫費降低了40%。

為了使氣枕墻保持衡定的壓強，“水立方”被分成了18個充氣區(qū)，每個區(qū)的充氣管道都由粗到細分成好幾個等級，就像人體的血管網(wǎng)一樣，并且每個區(qū)都有自己的風扇，感應(yīng)器根據(jù)氣枕壓強控制風扇開關(guān)，充氣所需的電能僅和一個冰箱差不多。“水立方”內(nèi)的節(jié)能系統(tǒng)還對對廢熱進行回收，利用空調(diào)余熱對池水加熱，熱回收冷凍機的應(yīng)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%。

3、節(jié)材：

“水立方”建筑面積達8萬平方米，整個建筑主體都是用細鋼管連接而成的，桿件多達2.2萬根，連起來總長約有90公里，但總重量卻只有6700噸，重量輕、跨度大、穩(wěn)定性好，是“水立方”鋼結(jié)構(gòu)的特點和優(yōu)勢所在，這就得益于“水立方”肥皂泡的設(shè)計靈感。“氣泡理論”所要解決的是三維空間內(nèi)各部分接觸的表面積最小問題，對于鋼結(jié)構(gòu)來說，就是所用的材料最少。“水立方”的鋼結(jié)構(gòu)根植于這種組合形式，使其所用的鋼材數(shù)量大為減少，但穩(wěn)定性卻非常好，這是因為這種結(jié)構(gòu)形式本身就是一種很穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式，已經(jīng)經(jīng)過了自然界的驗證，設(shè)計師無需做太多調(diào)整工作，就能達到理想的效果。

結(jié)語：

通過“水立方”， 我們看到了建筑科技與藝術(shù)的完美結(jié)合，也看見了一個節(jié)能環(huán)保的綠色建筑新典范。高新技術(shù)和新型材料的使用使它充滿現(xiàn)代科技感，無處不在的節(jié)能設(shè)計體現(xiàn)著環(huán)保、綠色的理念，每一個細節(jié)都傳承著以人為本的精神，水立方正是“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”三大理念的最好詮釋。

參考文獻 ：

[1]孫黎,周鐵濤,李娟.“水立方”中的膜結(jié)構(gòu)——ETFE[J].力學與實踐,2008,(03).

[2]傅學怡,顧磊.國家游泳中心結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu),2006,(6).

[3]徐文毅.水立方多面體空間剛架結(jié)構(gòu)與ETFE膜結(jié)構(gòu)探討[J].武警學院學報,2009,(8).

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/xiangmuguanlilw/16475.html