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萬(wàn)千巧手“水立方” [推薦]
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如果說(shuō)鳥巢是團(tuán)有激情的火，那么水立方則是散發(fā)優(yōu)美浪漫的水。遙望水立方，如同一潭藍(lán)色的湖水；近看水立方，則是一個(gè)透明的冰塊，內(nèi)部設(shè)施盡收眼底，壯觀而且震撼。
12月7日上午，外層膜已經(jīng)完成了85%以上的國(guó)家游泳中心向中外媒體開放，冬日的陽(yáng)光下，披上了新衣的水立方明晃晃的直逼人的眼睛。
根據(jù)奧組委的數(shù)字，水立方長(zhǎng)、寬均為177米，高31米，建筑面積87283平方米，ETFE氣枕面積約10平方米，由3700多個(gè)氣枕構(gòu)成，其中，一些氣枕跨度達(dá)到10米，是世界上面積最大、技術(shù)難度最高的膜結(jié)構(gòu)工程。
水立方最直接的使命是為2008年北京奧運(yùn)會(huì)的游泳、跳水、花樣游泳、水球等比賽提供場(chǎng)地。按照工期計(jì)劃，在2007年底全面建成之后，它將與鳥巢國(guó)家體育場(chǎng)在北京市中軸線北端的兩側(cè)形成一方一圓、一靜一動(dòng)、一柔一剛的均衡對(duì)稱，成為迎接奧運(yùn)會(huì)的第二大標(biāo)志性建筑。
近日，記者通過(guò)采訪，聽到施工單位負(fù)責(zé)人講述了水立方里面的故事，尤其是幕墻的施工方——沈陽(yáng)遠(yuǎn)大集團(tuán)的總工程師，更是親口講述了如何給水立方穿上“膜”外衣的神秘過(guò)程。
精雕細(xì)刻的鋼結(jié)構(gòu)
在水立方項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人王立豐看來(lái)：“這個(gè)工程最難的兩個(gè)難點(diǎn)就是鋼結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)�！�
為了實(shí)現(xiàn)這種多面體空間鋼框架結(jié)構(gòu)，施工隊(duì)需要在空中把一根根鋼桿件當(dāng)成氣泡的邊棱，逐個(gè)在空中按照設(shè)計(jì)好的位置固定，再與連接邊棱的鋼球焊接，制成氣泡形狀。跟鋼材細(xì)碎的品種對(duì)應(yīng)的是，制作鋼構(gòu)件時(shí)的機(jī)械化加工率也很低。而且，“鳥巢的構(gòu)件一吊起來(lái)就是上百噸，我們只是單桿單球吊裝作業(yè)，每吊次吊裝量很小，工效很低�！蓖趿⒇S說(shuō)。
水立方的外墻和里層由上千個(gè)氣泡組成，而要把鋼梁拼成氣泡形狀、找到鋼梁在空中的準(zhǔn)確位置非常困難。工程師們?cè)嚵薌PS定位、激光定位等很多辦法，但工程進(jìn)度總是太慢。剛開始的時(shí)候，每天只能安裝幾根桿件，焊工們熟練之后，速度提高到每天幾十根。“我們計(jì)算了一下，如果每天有30多個(gè)組件能夠焊接上，我們可能到2008年以后都焊不完�！眹�(guó)家游泳中心總經(jīng)理康偉曾經(jīng)對(duì)中央電視臺(tái)記者這樣說(shuō)。
沒想到，這個(gè)難倒了工程師的問(wèn)題卻被幾個(gè)工人師傅通過(guò)擺弄火柴棒找到了答案。他們發(fā)現(xiàn)，中學(xué)幾何里的“一條直線和線外一個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)平面”定理可以用于桿件定位，新方法頓時(shí)讓工程進(jìn)度猛增了3倍，加上焊工技藝越發(fā)熟練，工地高峰時(shí)每天桿件的焊接速度最高提到200多根。鋼結(jié)構(gòu)提前一個(gè)多月封頂后，工人自創(chuàng)的這套工作方法也同水立方工程師們的建筑理論一起，被寫進(jìn)了《多面體延性鋼架結(jié)構(gòu)施工管理技術(shù)規(guī)程》。
困難重重的膜結(jié)構(gòu)
水立方最吸引人之處就在于墻體與屋面上緊密卻不規(guī)則地排列著碩大的淺藍(lán)色氣泡，使這個(gè)剛硬的方形建筑充滿了水滴般柔和的感覺。
按照設(shè)計(jì)方案，水立方的內(nèi)外立面膜結(jié)構(gòu)覆蓋面積達(dá)到10萬(wàn)平方米，展開面積達(dá)到26萬(wàn)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(gè)完全由膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行全封閉的大型公共建筑�？梢哉f(shuō)水立方幕墻工程是目前世界上技術(shù)難度最大、最復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目。整個(gè)工程對(duì)ETFE膜系統(tǒng)、隔音、隔熱、防水及光線的要求都極為嚴(yán)格，也是該工程的難點(diǎn)所在。水立方室內(nèi)最多可容納15000人，吸音問(wèn)題，室外打雷、雨點(diǎn)的隔音問(wèn)題，積雪對(duì)膜造成壓力問(wèn)題等，都是需要攻克的技術(shù)難關(guān)。
在水立方之前，中國(guó)尚且沒有使用ETFE膜材用于幕墻的先例。而這一次，一用，就是世界第一。
在水立方整個(gè)建筑里面沒有一根柱子，除4個(gè)入口采用玻璃外，其他地方如屋面、墻面主要采用ETFE充氣膜材料。ETFE充氣膜材料料質(zhì)本身輕，保溫、隔熱性能良好，透光、防雨、具備自潔功能，它在歐洲運(yùn)用了十幾年，多用于冬季花園和游泳館的覆蓋，使用的最大面積為3萬(wàn)平方米。在水立方工程中使用ETFE充氣膜材在我國(guó)是第一次，而使用面積則達(dá)10萬(wàn)平方米。
外表的工程材料，選用了是德國(guó)FOILTEC公司提供的ETFE膜材。ETFE是英文Ethylene Fluoro Ethy?鄄lene的縮寫，中文名稱為乙烯-四氟乙烯共聚物， ETFE膜材具有較高的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性能和抗撕裂能力。據(jù)悉，德國(guó)的FOILTEC公司曾為英國(guó)的伊甸園提供膜產(chǎn)品，在水立方之前，伊甸園是世界上最大的ETFE膜結(jié)構(gòu)工程。
中國(guó)沒有優(yōu)質(zhì)的ETFE膜材，可以從國(guó)外進(jìn)口，但是如何把它成功地進(jìn)行使用，讓設(shè)計(jì)圖紙上晶瑩剔透的水立方立起來(lái)，這是擺在中國(guó)人面前的難題。
2005年，沈陽(yáng)遠(yuǎn)大企業(yè)集團(tuán)獨(dú)立投標(biāo)歐洲第一高樓——俄羅斯聯(lián)邦大廈幕墻工程項(xiàng)目，在與國(guó)際著名的幕墻企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中一舉勝出，成功邁出了我國(guó)民族品牌產(chǎn)品進(jìn)軍國(guó)際高端幕墻市場(chǎng)的第一步。而幫助沈陽(yáng)遠(yuǎn)大企業(yè)集團(tuán)贏得這一重大國(guó)際項(xiàng)目的，正是自主研發(fā)的幕墻施工技術(shù)。
正是由于沈陽(yáng)遠(yuǎn)大高超的施工技術(shù)，工程業(yè)主委員會(huì)最終選擇由沈陽(yáng)遠(yuǎn)大和德國(guó)FOILTEC公司組成的項(xiàng)目聯(lián)合體著手進(jìn)行該工程建設(shè)�！癊TFE充氣膜作為一種全新的設(shè)計(jì)理念，無(wú)論是在氣密性、水密性、抗風(fēng)壓變形性能方面，還是在隔熱、隔音降噪等方面都極具難度和挑戰(zhàn)性�！�12月7日，沈陽(yáng)遠(yuǎn)大總工程師謝海狀在2006中國(guó)國(guó)際門窗幕墻高級(jí)研討會(huì)上說(shuō)。
手工“縫出”的“膜外衣”
據(jù)謝海狀介紹，ETFE采用分離式張拉口式結(jié)構(gòu)，具有自鎖功能，安裝方便快捷。墻體和屋面的ETFE均采用特定的鋁合金夾條固定。“為便于安裝，在鋁合金夾條設(shè)計(jì)上采用了特殊的安裝用槽口；同時(shí)，制作了不同的專用安裝工具，大大縮短了安裝時(shí)間，提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝效率�！�
那么薄的薄膜，萬(wàn)一漏水漏氣怎么辦？這是大家普遍關(guān)心的問(wèn)題。謝海狀的回答是：水立方采用多重密封防水構(gòu)造設(shè)計(jì)，具有良好的水密性和氣密性。
記者了解到，國(guó)家游泳中心包括兩個(gè)里面，外立面和內(nèi)立面。外立面防止雨雪進(jìn)入建筑物。工程將最初的“C型鋼構(gòu)＋防水保溫”更新為“鋁型材＋復(fù)合膠條”形式。復(fù)合膠條的采用，很好地解決了水密問(wèn)題，在建筑物的外表面形成了連續(xù)的防水屏障。
在屋面，ETFE裝配系統(tǒng)次龍骨采用“鋼天溝＋防水保溫層”形式，并與虹吸排水系統(tǒng)緊密聯(lián)系。在內(nèi)立面，設(shè)置了系統(tǒng)的排水通道，使得空腔（內(nèi)外里面之間）結(jié)露水通過(guò)天花板的排水槽排走，從而阻止了結(jié)露水進(jìn)入建筑內(nèi)部。
“作為奧運(yùn)及國(guó)家大型比賽場(chǎng)館，對(duì)吸聲降噪及室內(nèi)混響，特別是雨噪音降噪的要求比較高�！敝x海狀表示，“針對(duì)此種特殊需求，專門為賽時(shí)定制了一套方案，即在屋面ETFE氣枕處安裝了Texlon雨噪音降噪網(wǎng)，使得在雨天比賽時(shí)，運(yùn)動(dòng)員和觀眾更少地受到外界干擾�！�
據(jù)介紹，進(jìn)入水立方的光線的遮擋是由鋼結(jié)構(gòu)、屋頂天溝和ETFE夾具來(lái)控制的。此外，膜上的鍍點(diǎn)圖案、密度變化也有助于遮擋光線。根據(jù)室內(nèi)與室外、里面與屋頂環(huán)境的不同，具體部位的氣枕將由2~5層薄膜組成。在外墻上的氣枕最外層薄膜帶淺藍(lán)色，中間透明，里層鍍點(diǎn)；內(nèi)墻氣枕的最里層為透明，外層鍍點(diǎn)。外墻的內(nèi)層膜和內(nèi)墻的外層膜上鍍著的密度不等的指甲蓋大小的鍍點(diǎn)用于控制膜的透光度，同時(shí)還起到散射陽(yáng)光的作用。由于ETFE薄膜的透光性，這種立面裝配系統(tǒng)能使水立方在白天最高節(jié)約50%的照明能耗。
水立方?jīng)]有窗戶，會(huì)不會(huì)像一個(gè)溫室一樣密不透風(fēng)？
據(jù)悉，除了機(jī)械通風(fēng)，水立方還采用了兩種方式來(lái)組織自然通風(fēng)：一是在氣枕墻面和地面之間留出一圈空間安裝通風(fēng)百葉；二是在場(chǎng)館頂部將個(gè)別氣枕升高70~80厘米，在四周安裝通風(fēng)百葉，利用空氣壓差來(lái)形成風(fēng)流。內(nèi)外雙層氣枕之間的空腔里也設(shè)計(jì)了通風(fēng)系統(tǒng)。
據(jù)估算，整套ETFE薄膜的成本相當(dāng)于同面積的中高檔玻璃幕墻，而其兩層膜可實(shí)現(xiàn)的熱功性能就頂?shù)蒙?層玻璃幕墻的效果。ETFE膜的設(shè)計(jì)壽命是30年，鋁合金部分在經(jīng)過(guò)防腐處理后，使用壽命可以達(dá)到20年以上。
和玻璃幕墻不同，而ETFE膜材不同的剪裁可以擁有更多不同的造型，使得建筑擁有更多的豐富表現(xiàn)力�？涨粌�(nèi)置燈光，夜間也會(huì)晶瑩剔透，五彩斑斕。
12月7日，北京市2008工程建設(shè)指揮部總工程師兼發(fā)言人吳競(jìng)軍介紹，水立方無(wú)論是屋頂還是墻面的聲、光、熱的環(huán)境都比較好，而且進(jìn)行了相關(guān)方面多次的試驗(yàn)、驗(yàn)證，年底前可以完成外立面封閉。目前正在為下一步機(jī)電安裝和裝飾進(jìn)行裝備，預(yù)計(jì)整個(gè)工程在2007年10月竣工�！ �
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