科技奥运 建筑为先

舒群芳

2001年7月13日，在莫斯科举行的国际奥委会第112次全体会议上，北京市市长刘淇向全世界庄严承诺：2008年北京奥运的理念为“绿色奥运、科技奥运和人文奥运”，“我非常有信心，北京将在2008年举办一届出色的奥运会，并为中国及全世界体育留下一份独特的遗产。让我们共享这份独特的遗产。”

四年多过去了，北京市已经有条不紊地开展了一系列工作。北京奥林匹克公园已着手修建，而国家体育场———“鸟巢”、国家游泳中心———“水立方”，这两个被市民形象地冠以“别称”的奥运场馆，更是以奥运工程代表作的身份而备受瞩目。
“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”是2008北京奥运会的三大理念，在奥运工程的建设中，这三大理念也贯穿始终。

“鸟巢”

“鸟巢”是2008年北京奥运会主体育场。由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师合作完成的巨型体育场设计，形态如同孕育生命的“巢”，它更像一个摇篮，
寄托着人类对未来的希望。设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理，只是坦率地把结构暴露在外，因而自然形成了建筑的外观。

“鸟巢”以巨大的钢网围合、覆盖着9.1万人的体育场；观光楼梯自然地成为结构的延伸；立柱消失了，均匀受力的网如树枝般没有明确的指向，让人感到每一个座位都是平等的，置身其中如同回到森林；把阳光滤成漫射状的充气膜，使体育场告别了日照阴影；整个地形隆起4米，内部作附属设施，避免了下挖土方所耗的巨大投资。

鸟巢是一个大跨度的曲线结构，有大量的曲线箱形结构，设计和安装均有很大挑战性，在施工过程中处处离不开科技支持。“鸟巢”采用了当今先进的建筑科技，全部工程共有二三十项技术难题，其中，钢结构是世界上独一无二的。“鸟巢”钢结构总重4.2万吨，最大跨度343米，而且结构相当复杂，其三维扭曲像麻花一样的加工，在建造后的沉降、变形、吊装等问题正在逐步解决，相关施工技术难题还被列为科技部重点攻关项目。

现在，“鸟巢”已经完成混凝土施工，开始进行钢结构施工。在桁架柱内柱受力最大的部位，为了有效控制构件的最大壁厚，减小焊接工作量，使连接构造比较合理，在设计中采用了高强度的Q460钢材。

说起Q460钢材，大多数人可能都不了解。“鸟巢”结构设计奇特新颖，而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处：Q460是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般钢材大，因此生产难度很大。这是国内在建筑结构上首次使用Q460规格的钢材；而这次使用的钢板厚度达到110毫米，是以前绝无仅有的，在国家标准中，Q460的最大厚度也只是100毫米。以前这种钢一般从卢森堡、韩国、日本进口。为了给“鸟巢”提供“合身”的Q460，从2004年9月开始，河南舞阳特种钢厂的科研人员开始了长达半年多的科技攻关，前后3次试制终于获得成功。如今，为“鸟巢”准备的Q460钢材已经开始批量生产。2008年，400吨自主创新、具有知识产权的国产Q460钢材，将撑起“鸟巢”的铁骨钢筋。

水立方

一个半透明的“方盒子”，表层遍布肥皂“泡沫”，形状酷似水分子结构。这就是2008年奥运会国家游泳中心的样子，奥运会后它将成为向市民开放的水上乐园。国家游泳中心是2008年奥运会三大标志性建筑之一，位于北京奥林匹克公园内，建筑面积约5万平方米，设有1.7万个坐席。

这个命名为“水立方”的设计方案，从10个参赛方案中脱颖而出，获得专家和群众的一致好评，最终被确定为国家游泳中心的实施蓝本。专家评委会评价说，此方案融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足2008年奥运会赛事要求，而且易于赛后运营。

“水立方”由中、澳两国建筑师合作完成。通过设计者的阐述就会发现，这个看似简单的“方盒子”，原来是用中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。

设计者们将水的概念深化了很多，不仅利用水的装饰作用，同时还利用其独特的微观结构。基于来自“泡沫”理论的设计灵感，他们为“方盒子”包裹上了一层建筑外皮，上面布满了酷似水分子结构的几何形状，赋予国家游泳中心与众不同的外观。这样的设计使得这幢建筑具有独特的视觉效果和感受，建筑物的轮廓和外观变得柔和，更具有水的特性。让人们一见到它，就知道这是游泳馆。

“水立方”整个建筑内外层包裹的是一种轻质新型材料——乙烯—四氟乙烯聚合物(ETFE)。作为大型比赛场馆的建筑材料的ETFE膜，更大的优势还在于它们可以加工成任何尺寸和形状，能够满足大跨度要求，节省了中间支撑结构，可以设计出简洁高雅的结构；作为一种充气后使用的材料，它可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源；在提供了良好的透光度的同时，也兼有保温隔热性能；由于质量轻，可以根据需要，设计成可方便开启和关闭的活动屋顶，满足游泳馆通风透气、自然采光的需求；不仅如此，这种膜还具有良好的声学性能，可有效消除回声避免了玻璃层顶产生的噪音；具有的自清洁功能，使灰尘不易附在其表面，清洁周期大约为5年。这种材料另外的一大优点就是可在现场预制成薄膜气泡，方便施工和维修；另外成本合理是其极具竞争力的另一优势，覆盖层加上结构的费用只有玻璃的一半，而使用寿命长达25年。

为避免二氧化碳的产生，“水立方”在设计中减少了电的使用，并利用太阳能电池提供电力。另外，游泳中心消耗掉的水分将有80％从屋顶收集并循环使用，这样可以减少对于供水的依赖和排放到下水道中的污水。
游泳中心内的泳池应用了许多创新式的设计，如把室外空气引入池水表面，带孔的终点池岸，视觉和声音出发信号等，这将使比赛池成为世界上“最快”的泳池。还有一些高科技设备，如确定运动员相对位置的光学装置、多角度三维图像放映系统等，这些装置将帮助观众更好地观看比赛。

据悉，2008年北京奥运会，北京地区将举办26个项目的比赛，共需建设31个比赛场馆。按建设性质分，新建11个，改扩建11个，临建9个；41个独立训练场馆；5个与比赛直接相关的设施；为保证场馆市政和交通组织需要，需建设59条道路和5座桥梁，并完成奥运会赛时交通组织路线及场馆和相关设施周边环境整治工程。