使其具有独特的视觉效果和感受

  “水立方”位于奥林匹克公园B区西侧,和国家体育场‘鸟巢’隔马遥相呼应,建设规模约8万平方米,最引人注意的就是外围形似水泡的ETFE膜(乙烯-四氟乙烯共聚物)。ETFE膜是一种透明膜,能为场馆内带来更多的自然光,他的内部是一个多层楼建筑,对称排列的大看台视野开阔,馆内乳白色的建筑与碧蓝的水池相映成趣。国家游泳中心的设计方案,是经全球设计竞赛产生的“水的立方”([H2O]3)方案。该方案由中国建筑工程总公司、PTW建筑师事务所、ARUP有限公司联合设计。其中中方设计者:中建国际(深圳)设计顾问有限公司总裁、总建筑师赵小钧、总工程师毛红卫,PTW建筑事务所的两名主设计师为约翰·保林 (John Pauline)与托比·王(Toby Wong)。设计体现出 [H2O]3(“水立方”)的设计,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。

  这个看似简单的“方盒子”是中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。中国人认为:没有规矩不成方圆,按照制定出来的规矩做事,就可以获得整体的和谐统一。在中国传统文化中,“天圆地方”的设计思想催生了“水立方”,它与圆形的“鸟巢”——国家体育场相互呼应,相得益彰。方形是中国古代城市建筑最基本的形态,它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求,从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合。

  在中国文化里,水是一种重要的自然元素,并激发起人们欢乐的情绪。国家游泳中心赛后将成为最大的水上乐园,所以设计者针对各个年龄层次的人,探寻水可以提供的各种娱乐方式,开发出水的各种不同的用途,他们将这种设计称作“水立方”。希望它能激发人们的灵感和热情,丰富人们的生活,并为人们提供一个记忆的载体。

  为达此目的,设计者将水的概念深化,不仅利用水的装饰作用,还利用其独特的微观结构。基于“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,布满了酷似水结构的几何形状,表面覆盖的ETFE膜又赋予了建筑冰晶状的外貌,使其具有独特的视觉效果和感受,轮廓和外观变得柔和,水的神韵在建筑中得到了完美的体现。轻灵的“水立方”能够夺魁,还在于它体现了诸多科技和环保特点。合理组织自然通风、循环水系统的合理开发,高科技建筑材料的广泛应用,都共同为国家游泳中心增添了更多的时代气息。泳池也应用了许多创新设计,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。

  “水立方”不仅是一幢优美和复杂的建筑,她还能激发人们的灵感和热情,丰富人们的生活,为人们提供记忆的载体。因此设计中不仅利用水的装饰作用,同时还利用其独特的微观结构。采用在整个建筑内外层包裹的ETFE膜(乙烯-四氟乙烯共聚物)是一种轻质新型材料,具有有效的热学性能和透光性,可以调节室内,冬季保温、夏季散热,而且还会避免建筑结构受到游泳中心内部的。

  国际上在建筑使用膜结构时,多用的是PTFE膜,这是一种纤维材料,特点是不透明,但是,使用技术比较成熟。而“水立方”使用的是ETFE膜,这是一种透明膜,能为场馆内带来更多的自然光。在国内对这种薄膜结构的理论研究几乎就是空白。

  2006年世界杯主要赛场之一的慕尼黑安联体育场也使用了ETFE气枕式外墙,但与水立方相比,两者的区别在于,安联体育场的气枕覆盖面积为6万平方米,而水立方则达到为10万平方米;安联运动场是单层气枕并且是规则排列的,水立方则是双层气枕,并且几乎没有形状相同的两个气枕。

  按照设计方案,水立方的内外立面膜结构共由3065个气枕组成(其中最小的1-2平方米,最大的达到70平方米),覆盖面积达到10万平方米,展开面积达到26万平方米,是世界上规模最大的膜结构工程,也是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。无论对设计还是施工、使用都是一个极大的挑战,对ETFE膜的材料、通风空调、防火、声、光、电的控制等技术提出了一个难度很大的课题。

  游泳中心内的游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,视觉和声音发出信号等。还有一些高科技设备,如确定运动员相对的光学装置、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。

  在设计中还充分考虑了环保的需要。为了减少二氧化碳的产生,在设计中减少了电的使用。利用太阳能电池提供电力。大幅地使用了新型材料,使空调和照明负荷降低了20%-30%。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,这样可以减弱对于供水的依赖和减少排放到下水道中的污水。系统对废热进行回收,热回收冷冻机的应用一年将节省60万度电。还有现代化消防装置为建筑量身定做,比常规设施节约74%。

  在建筑节能上,“水立方”的设计也有独到之处。在“水立方”总共8万平方米的建筑面积中,3万平方米屋顶将使雨水的收集率达到100%,而这些雨水量相当于100户居民一年的用水量;在光的利用上,由于“水立方”采用了特殊的膜材料和相应的技术,使得该场馆每天能够利用自然光的时间达到了9.9小时,一年下来,8万平方米的“水立方”将节约大量的电力资源。

  科研创新是“水立方”建筑设计中的一大亮点,它所采用的特殊膜材料、钢结构,以及室内设计,在奥运场馆建筑历史当中很多都是空白,因此,科技创新成为 “水立方”建设工作中的重头戏,经过参建各方共同努力,“水立方”项目中经国家有关部门批准立项的科研项目达到10多项,此外,“水立方”的建设还产生了类似项目的施工验收标准。

  “水立方”设计注重细节,充分考虑运动员和观众需求,体现了奥运会“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的三大。

  作为奥运会的比赛场馆,国家游泳中心首先要满足奥运会期间的比赛需要。“水立方”的设计将尽可能的让运动员在这里感到舒适,让观众感到舒适。而这种舒适往往来自很小的细节。“水立方”拥有跳水池、比赛池、热身池,这些池子的水温及其所在厅的温度没有太大的差异,这就为运动员稳定发挥创造了良好条件。

  此外,“水立方”在地面的设计上也花费了不少心思,由于比赛池和热身池中间有一定距离,运动员在这两池之间往往是赤脚往返,“水立方”对这段程的地面做了特殊、细致的处理,届时,“运动员走过去都很舒适”,不会觉得脚凉。

  “水立方”与“鸟巢”相似,也是采用了传统的防雷技术。 “水立方”的地下及基础部分是钢筋混凝土结构,地上部分是钢网架,钢结构与钢筋混凝土结构中的钢筋通过焊接连接,共同形成了一个立方体的。屋面上,镶嵌、固定一块块充气枕的是槽形的钢构件,钢构件又宽又厚,与“水立方”四壁的钢网架焊接为一体,支撑着整个屋顶。雷雨天气里,这些钢构件的作用更同小可。它们一方面作为天沟,收集、排除屋面的雨水;同时又充当了接闪器,及时将流引到“笼式避雷网”,整个建筑物的安全。这是一个非常理想的“笼式避雷网”,完全依靠建筑物自身结构中的材料,无须单独架设避雷针、做引下线或接地体,屋面没有突出的避雷针或避雷带,既经济美观又安全可靠。

  “水立方”是典型的外柔内刚。外部只看到充气薄膜,好像弱不禁风,而支撑这些薄膜的是的钢结构,里面观众看台和室内建筑物为钢筋混凝土结构。“水立方”的墙壁和天花板由1.2万个承重节点连接起来的网状钢管组成,这些节点均匀地分担着建筑物的重量,使其坚固得足以住最强的地震。“水立方”的地下部分是钢筋混凝上结构,在浇筑混凝上的时候,在每根钢桂的都设置了预埋件(上部为钢块),钢结构的钢柱与这些预埋件牢固的焊接在一起,就这样,地上部分的钢结构与地下部分的钢筋混凝土结构形成一个牢固的整体。正是靠着优越的结构形式和良好的整体性,“水立方”才拥有了“过硬的身体”,达到了抗震8级烈度的标准