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　　水立方簡介：

    奧林匹克公園國家游泳中心“水立方”的標準座席有1.7萬個，其中臨時座席約1.3萬個，永久座席4千個。奧運會期間，承擔游泳、跳水、花樣游泳、水球等比賽。其主體結構設計使用年限１００年。“水立方”也是北京市政府指定的惟一一個由港澳臺僑胞捐資建設的標志性奧運場館。目前，超過１０萬人參加捐贈，捐贈到位資金已超６．５億元人民幣，最大的一筆就是霍英東捐出的2億港元
　　方案中標后取名為 ［H₂O］3“水的立方體”（Water Cube），據說靈感來源于“一個方盒子”、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建筑師事務所、ARUP澳大利亞有限公司聯合設計。 外方主任設計是為：PTW建筑事務所的：約翰·保林（John Pauline）與托比·王（Toby Wong）。


　　“水立方”外觀設計和多面體延性鋼架結構：

　　從外面看，整個“水立方”就像一個湛藍色的“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保節能的ETFE（詞條“ETFE”由行業大百科提供）(四氟乙烯)膜材料，由3000多個氣枕組成，展開面積達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。安裝一個氣枕，從工廠剪裁到安裝完備，大概兩三個小時。對于“水立方”國家游泳中心副總經理鋼結構負責人孫彥朝曾經說過：“非常新奇，夢幻般的。但是一百多張設計圖只是告訴我們這個建筑是什么，并沒有告訴我們這個建筑該怎么把它建造起來......
　　設計者從水分子和水泡的微觀結構，演繹出一種新型的剛性結構體系，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的一種觀念，還有從城市規劃角度，北京這個城市從方形演化成的城市，在這個格局里，方形代表著人的智慧。另外我們對水的理解更希望它是外表上很寧靜的感覺，但是又蘊藏著很多可變的可能性，這是水的特點。它的顏色能反映周圍自然界的表情，使建筑本身非常豐富。

　　設計者發揮了中國傳統的空間觀、宇宙觀和建筑觀，將建筑形體設計為單純的"方"。這個看似簡單的“方盒子”是中國傳統文化和現代科技共同“搭建”而成的。中國人認為：沒有規矩不成方圓，按照制定出來的規矩做事，就可以獲得整體的和諧統一。在中國傳統文化中，“天圓地方”的設計思想催生了“水立方”，它與圓形的“鳥巢”——國家體育場相互呼應，相得益彰，方形的建筑輪廓和國家體育場圓形的輪廓形成了較好的呼應，又非常協調。而這個“方盒子”又能夠最佳體現國家游泳中心的多功能要求，從而實現了傳統文化與建筑功能的完善結合。

　　方案中采用的膜結構建筑形式是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、結構力學、精細化工、材料科學與計算機技術等為一體，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。 在2008年的奧運會建筑設計上，膜結構被完美的體現。

　　水立方最動人的視覺效果就是無論從場館內外任何角度來看，都可以看到一個個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？一百多年前的科學家羅德.科爾文就提出了這個“氣泡理論”。他說，其實自然界中很多物質的排列結構，都是以這種氣泡的結構方式組成的,據說這個氣泡理論便是解決"水立方"結構問題的基礎。"水立方"整個的構件是兩萬個桿件，一萬個球，一共加起來是三萬個構件組成這樣一個結構體系。每一個結點，每一個桿件都是不一樣的。

　　國家游泳中心"水立方"的墻體和屋蓋（詞條“屋蓋”由行業大百科提供）結構創造性地采用了新型多面體空間剛架結構體系,該結構的弦桿選用矩形鋼管、腹桿選用圓鋼管,節點為焊接球節點.雖然結構的構成類似網架結構,但結構構件的受力狀況完全不同于網架結構的二力桿,而表現為類似空腹網架的剛接梁.桿件內力包含彎矩、軸力、剪力、扭矩,彎曲應力大于軸向應力（詞條“應力”由行業大百科提供）,所以結構的優化較為復雜.結構設計計算中的優化內容,包括:"強墻弱蓋"優化,墻體桿件和屋蓋桿件選用不同應力水平控制;截面類型優化,放棄加勁肋截面而改用緊湊型截面,充分發揮截面塑性,提高結構延性;幾何構成"雜交"優化,將屋蓋下弦貫通內墻,為減小屋蓋與墻體交界處桿件過大的彎曲（詞條“彎曲”由行業大百科提供）應力而附加少數腹桿,形成局部匯交力系;"鉸接"優化,采用鉸接計算處理策略,將少數彎曲應力較大無法滿足規范要求的桿件兩端處理為鉸接,加強其周圍相關桿件,再剛接迭代計算,較好滿足承載力要求;"強節點弱桿件"優化,提高結構延性,確保桿端焊縫破壞晚于桿件屈服。

　　要把一個個氣泡堆積成為一面墻，關鍵是找到作為氣泡邊緣的鋼梁的準確位置。工程師們試了很多辦法，包括GPS定位、激光定位、整體平移、分區域安裝，但問題始終存在!據說“英雄”來自一位有經驗的老工人師傅在擺弄幾根火柴時想到一個好辦法:先由一個點和一根桿件確定一個平面,然后其它的桿件位置就通過目測就可以基本準確的確定。思路做了一個調整，不要先想著造一個球，如果先把球的一個面先造出來，其它幾個面同樣的辦法，也會很快地造出來，這樣一個球體自然就形成了。利用高中幾何當中的，一條線和線外一個點，確定一個平面。工人師傅這種土辦法解決了大問題。這種結構形式現在被叫做多面體空間鋼架結構。這一種結構在過去，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構形式，是我們中國來實現的。由工人師傅創造的這套工作方法也同工程師們的建筑理論一起，被寫進多面體延性鋼架結構施工管理技術規程，我國對這一規程擁有完全的自主知識產權。我又要嘮叨了：“順應自然、道法自然"，勞動者的智慧是無窮盡的！應當留名嘉獎那位師傅才對.......
　　為了呈現出三維設計動畫中“水立方”的那種效果，氣枕安裝完畢后還需要充氣。據施工方現場負責人于程松介紹，這個過程完全由“水立方”的電腦自動充氣系統監控，該系統可以根據當時的氣壓、光照等條件控制每個氣枕的充氣狀態。雖然“水立方”的膜結構在外觀上是一個統一的整體，但每個氣枕都相對獨立。因此，即使其中一塊損壞，也不會造成“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構工程，除了地面之外，外表都采用了膜結構材料，藍色的表面出乎意料的柔軟但又很充實。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)。它是一種輕質新型材料，國內現在還沒有。ETFE是膜材料的一種，具有有效的熱學性能和透光性（詞條“透光性”由行業大百科提供），可以調節室內環境，冬季保溫，夏季散熱，而且還能避免建筑結構受到游泳,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，具有卓越的耐化學性（詞條“耐化學性”由行業大百科提供），并可在150℃下連續工作。幾乎所有物質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能夠完成這個膜結構。

　　ＥＴＦＥ（四氟乙烯）材料質地輕巧，但強度卻超乎想象，正常情況下在上面停輛一般重量的汽車都不會被壓壞。“水立方”外層膜的延展性也很強，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，一個人在氣枕上玩蹦床都沒問題。７１５℃燃點不容易起火,即便被點燃，這種材料在燃燒時并不會擴散，且無煙，無燃燒物掉落。單塊膜結構氣枕最大重量達到了５０公斤，根據功能不同其厚度為８０微米至２５０微米不等（１微米＝０．００１毫米）。

　　考慮到場館的節能標準，膜結構具有較強的隔熱（詞條“隔熱”由行業大百科提供）功能；另外，修補這種結構非常方便，比如，射槍或者是尖銳的東西戳進去后，監控的電腦會自動顯現出來。如果破了一個洞，只需用不干膠一貼就行了；膜結構還非常輕巧，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。膜結構自身就具有排水和排污的功能以及去濕和防霧功能，尤其是防結露功能,對游泳運動尤其重要。水立方膜結構的充氣系統是全自動的，其中任何一個細節出現問題，工作人員都能通過電腦及時監測到。每個氣枕都有一個相對獨立的充氣系統，不會出現一損俱損的情況。氣枕的維修也非常方便，萬一出現外膜破裂（詞條“破裂”由行業大百科提供）、漏氣的情況，工作人員將在８小時內對破損的外膜修補或更換新的。目前，北京已建廠生產這種ＥＴＦＥ膜（“水立方”外層膜結構數量達到了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、變壓器的絕緣。 因此國內正在組建的聚四氟乙烯薄膜生產廠家正在大量收購國外廢舊機械上的ＥＴＦＥ零件，估計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。

   

　　人性化設計理念的體現：

　　水立方”的多處設計體現了人性化的理念既有助于運動員創造佳績，同時也充分考慮了觀眾觀看比賽的需求。

    1、“水立方”的泳池深度達到了13米,這樣的深度可充分減少水溫對運動員的干擾，在不久的將來，“水立方”內層膜結構安裝完成后，泳池的水溫將被控制在28攝氏度，這樣的水溫最適宜運動員的發揮。

    2、“水立方”在室內環境的設計上也充分考慮了運動員和觀眾的需要。例如，在屋頂安裝照明設備時，施工方對其角度進行了優化，不僅消除了燈光對運動員比賽的影響，同時為觀眾提供一個理想的觀看比賽的環境。

    3、“水立方”在室內環境的設計上也充分考慮了觀眾的需要，在泳池兩側放置了大屏幕，屏幕尺寸達到了２３．８平方米。

    4、運動員光腳走路不覺涼，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。

    5、游泳中心內的游池應用了許多創新式的設計，如把室外空氣引入池水表面，帶孔的終點池岸，視覺和聲音發出信號等。還有一些高科技設備，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等，這些裝置將幫助觀眾更好地觀看比賽。

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