設(shè)計(jì)師揭秘水立方：節(jié)能模范 八極地震都不會(huì)塌

　　“雨點(diǎn)聲完全可以接受”?
　　TITAN(以下簡(jiǎn)稱T)：您是什么時(shí)候開(kāi)始介入水立方項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建造呢？

　　卡菲(以下簡(jiǎn)稱C)：我是03年2月初開(kāi)始著手水立方的設(shè)計(jì)。

　　T：一開(kāi)始看到水立方這個(gè)項(xiàng)目，您有什么感想？

　　K：一開(kāi)始投標(biāo)有10個(gè)候選項(xiàng)目參與競(jìng)爭(zhēng)，我感覺(jué)我的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都是世界頂尖的設(shè)計(jì)公司。得知我們的方案通過(guò)時(shí)，我的感覺(jué)絕對(duì)是五味俱全——首先看到當(dāng)評(píng)委與中國(guó)大眾選擇我們的時(shí)候，我非常開(kāi)心與自豪；隨后我驚恐萬(wàn)狀，不知道我們?nèi)绾尾拍馨阉⒎綇膱D紙變成現(xiàn)實(shí)。

　　T：水立方的膜結(jié)構(gòu)上有很多遮光點(diǎn)，為什么要設(shè)計(jì)這些遮光點(diǎn)？它們不同的密度原因是什么？

　　K：水立方的設(shè)計(jì)理念是使它成為一個(gè)封閉的暖房式建筑，從而盡可能多地吸收太陽(yáng)能。然而我們必須能夠主動(dòng)地控制水立方吸收到的太陽(yáng)能，尤其是光線——我們不想讓陽(yáng)光在水面上形成反射，從而刺激運(yùn)動(dòng)員及觀眾的眼睛。因此我們?cè)贓TFE的表面上印制了很多銀點(diǎn)來(lái)反射光線。

　　T：是什么人想到采用ETFE作為水立方的外表的？

　　K：我們所有的設(shè)計(jì)決策都是團(tuán)隊(duì)作為一個(gè)整體做出的，ETFE的使用正是團(tuán)隊(duì)協(xié)作一個(gè)很好的例子。采用ETFE有很多原因。首先，這種材料能夠使水立方成為一個(gè)暖房，最大程度上吸收太陽(yáng)能。其次，它能夠極大地降低整個(gè)建筑的重量，從而降低地震對(duì)建筑物的沖擊。最后，也是最重要的一點(diǎn)，是為了隔音：如果建筑的外表是玻璃制成的，里面的噪音就會(huì)上下反射，讓里面的人感到不舒適；然而ETFE能夠使噪音順暢地傳導(dǎo)到外邊，從而里面的感覺(jué)要安靜很多。

　　T：剛才您提到了噪音的傳導(dǎo)問(wèn)題。在我們來(lái)到悉尼之前，正好北京下了一場(chǎng)大雨。當(dāng)時(shí)我們?cè)谒⒎嚼锩?，?tīng)到雨點(diǎn)打到屋頂?shù)穆曇艉艽?。在設(shè)計(jì)的時(shí)候你們有沒(méi)有考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題呢？這種噪音會(huì)不會(huì)影響比賽呢？

　　K：的確，ETFE不可避免的問(wèn)題之一就是在下雨的時(shí)候，雨點(diǎn)打擊表面的聲音會(huì)傳到室內(nèi)。我們當(dāng)時(shí)確實(shí)考慮到了這個(gè)問(wèn)題。我們?cè)谇迦A大學(xué)的試驗(yàn)室里，用人工雨噴灑到水立方的模型上，測(cè)量里面噪音程度。而我們和北京市政府一致認(rèn)為，這樣的噪音程度完全可以接受。

　　T：我們看到每個(gè)ETFE膜結(jié)構(gòu)的外形都是不規(guī)則的，為什么要有不同規(guī)格的膜呢？

　　K：我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候決定采用前所未有的結(jié)構(gòu)幾何學(xué)設(shè)計(jì)，而這個(gè)結(jié)構(gòu)正是在理論上三維空間的自然結(jié)構(gòu)。我們創(chuàng)造的膜結(jié)構(gòu)，雖然一眼看上去各不相同，但實(shí)際上只有15種不同的規(guī)格與形狀。

　　T：我聽(tīng)說(shuō)您認(rèn)為水立方夜間的景觀照明太亮了，不符合水的性質(zhì)。您認(rèn)為什么樣的照明合適呢？

　　K：水立方利用藍(lán)色的LED燈光照明。理論上來(lái)說(shuō)它是作為旁邊紅色的“鳥(niǎo)巢”的補(bǔ)充。然而如果水立方的照明太亮，那么就會(huì)破壞兩者之間的平衡效果，因?yàn)槊髁恋乃{(lán)色光線會(huì)映射到鳥(niǎo)巢的建筑上。

　　T：現(xiàn)在水立方已經(jīng)落成使用了。回過(guò)頭看看，您認(rèn)為它的設(shè)計(jì)建造還有什么不足么？

　　K：對(duì)于水立方，我最欣賞的一點(diǎn)是我們把各種不同的設(shè)想與理念成功地組合在一起，無(wú)論是取暖、制冷、照明、隔音、外形以及如何與鳥(niǎo)巢結(jié)合在一起等等。到了水立方的最終落成，我可以說(shuō)我們一開(kāi)始的設(shè)計(jì)方案沒(méi)有任何實(shí)質(zhì)性的改變。我很高興我們的理念從始至終一直得到了貫徹，回過(guò)頭來(lái)看，我也絕對(duì)不愿意有任何改變。

　　“浪費(fèi)？節(jié)能模范！”

　　TITAN(以下簡(jiǎn)稱T)：您在水立方的設(shè)計(jì)中負(fù)責(zé)哪些方面？

　　肯·馬(以下簡(jiǎn)稱M)：主要是建筑物的配套設(shè)施，尤其是比如空調(diào)、供暖、通風(fēng)等基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)。

　　T：有些人認(rèn)為，雖然水立方的暖房式結(jié)構(gòu)以及ETFE膜結(jié)構(gòu)能吸收太陽(yáng)能從而節(jié)約能源，但在炎熱的日子里它將成為一個(gè)巨大的悶罐，制冷造成的浪費(fèi)更加客觀。您怎么看這個(gè)問(wèn)題？

　　M：我們一開(kāi)始就進(jìn)行了大量的分析，將水立方與一座傳統(tǒng)鋼筋水泥結(jié)構(gòu)密封良好的建筑進(jìn)行比較，最終的結(jié)論是，與完全符合中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)的一般建筑相比，水立方能夠節(jié)約大量的能源。時(shí)間會(huì)向懷疑者證明我們的分析結(jié)果。

　　T：在空調(diào)的設(shè)計(jì)方面，水立方最大的難點(diǎn)在于什么？

　　M：暖房式建筑對(duì)于游泳館來(lái)說(shuō)非常合適——對(duì)于一般用途的建筑來(lái)說(shuō)，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)造成內(nèi)部過(guò)熱；但游泳館的供暖要求很高，不僅僅是對(duì)內(nèi)部空間的加熱，還需要對(duì)水進(jìn)行加熱，而所有這一切都通過(guò)暖房式的設(shè)計(jì)吸收太陽(yáng)能而完成了。毋庸諱言，在冬天的時(shí)候透明的水立方比密封良好的一般建筑更容易喪失熱量，但由于我們的設(shè)計(jì)能大量吸收太陽(yáng)能，所以這種散熱效應(yīng)完全被抵消了。

　　T：那夏天的制冷問(wèn)題呢？

　　M：通常人們都是在距離地面兩米以內(nèi)的地方活動(dòng)，水立方內(nèi)部高度30米左右，我們沒(méi)有必要把這整個(gè)30米都降溫。由于冷空氣的密度大，它會(huì)存留到地表附近的高度，我們僅僅為地面兩米左右高度的空氣降溫，而讓熱空氣自然地在上方積聚，通過(guò)這樣的方式我們就可以降低制冷的成本。

　　T：水立方在節(jié)約水資源方面有什么樣的行動(dòng)呢？

　　M：我們與鳥(niǎo)巢有著差不多的節(jié)水設(shè)計(jì)。水立方的屋頂是平的，可以作為一個(gè)非常好的接收雨水的平臺(tái)。這些接收的雨水將被儲(chǔ)存到地下水罐中，通過(guò)過(guò)濾殺菌等工序，雨水將得到最大的再利用。

　　T：在您負(fù)責(zé)的領(lǐng)域中，哪些先進(jìn)技術(shù)是首先投入使用的？

　　M：設(shè)計(jì)過(guò)程中有一點(diǎn)很獨(dú)特，那就是利用防火工程學(xué)方法進(jìn)行奧運(yùn)場(chǎng)館的設(shè)計(jì)。這樣的做法使我們的建筑師在設(shè)計(jì)時(shí)得到了更大的自由。就拿水立方來(lái)說(shuō)，如果按傳統(tǒng)辦法，我們就不得不給屋頂、墻壁涂防火漆，同時(shí)也要有更多的緊急出入口、樓梯，不僅占用大量的空間，也影響水立方的整體外觀。然而由于我們使用了防火工程學(xué)方法，同時(shí)我們花費(fèi)了極大的力氣來(lái)說(shuō)服有關(guān)方面這種方式的合理性，所以水立方才能夠成為今天的樣子。

　　“8級(jí)地震都不會(huì)塌”

　　TITAN(以下簡(jiǎn)稱T)：請(qǐng)問(wèn)你在水立方的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要的任務(wù)是什么？

　　阿金斯多爾(以下簡(jiǎn)稱A)：作為一名結(jié)構(gòu)工程師，我的主要職責(zé)是確保水立方在其設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，能夠承受住強(qiáng)風(fēng)、暴風(fēng)雪、地震等自然災(zāi)害的打擊，保證建筑本身以及建筑內(nèi)人們的安全。

　　T：從你的履歷上可以看到，你參與設(shè)計(jì)了眾多大型項(xiàng)目。水立方是不是一個(gè)很特別的項(xiàng)目呢？

　　A：到目前為止，水立方絕對(duì)是我做過(guò)的最復(fù)雜、最具有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目。我竭盡全力運(yùn)用了我這輩子學(xué)到的所有知識(shí)，才能夠把它圓滿地完成。所以它絕對(duì)是我職業(yè)生涯中最高水平的作品了。

　　T：在外人看來(lái)，除了外表晶瑩透亮的藍(lán)色膜結(jié)構(gòu)之外，水立方這個(gè)建筑似乎沒(méi)什么特別的地方。你可不可以談?wù)勀そY(jié)構(gòu)之下的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在哪里？

　　A：水立方這座建筑最獨(dú)特的地方在于，它是用類似于水泡的結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建的。可能絕大多數(shù)人都不知道，即如果所有的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的大小是一樣的，那么這樣的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)根本不可能承受住如此巨大的建筑。因此，我的工作中最困難的問(wèn)題之一是將這22000個(gè)鋼網(wǎng)架的每一個(gè)都做得越小越好；與此同時(shí)我還要確保每個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)都要有足夠的強(qiáng)度，以保證整個(gè)建筑能夠抵擋風(fēng)雪及地震等自然災(zāi)害的沖擊。內(nèi)部鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其難度是不可想象的。

　　T：你剛才提到說(shuō)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的鋼管長(zhǎng)度不能夠是一樣的，其原因是什么呢？

　　A：實(shí)際上這22000個(gè)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一共有37種尺寸。表面的一層鋼結(jié)構(gòu)以四邊形為主，這是出于建筑美學(xué)方面的考慮。而無(wú)論是外部還是內(nèi)部的結(jié)構(gòu)中，我們都必須要設(shè)計(jì)一些足夠強(qiáng)度與大小的鋼網(wǎng)架，使鋼結(jié)構(gòu)能夠承載整體建筑的重量，同時(shí)在地震中屹立不倒。

　　T：5月12日中國(guó)四川發(fā)生了8級(jí)大地震。如果這樣的地震發(fā)生在北京，水立方能支持得住么？

　　A：從設(shè)計(jì)之初，我們就要求水立方能承受三種不同強(qiáng)度的地震。在輕度及中度地震下，水立方的設(shè)計(jì)確保它完好無(wú)損。而對(duì)于極少見(jiàn)的強(qiáng)烈地震，例如5月份的四川地震，水立方的設(shè)計(jì)會(huì)遭受到永久性的損壞，但建筑本身不會(huì)倒塌，仍然能夠確保里面所有人安全撤離。

　　T：你所謂的永久性損壞是什么意思？

　　A：在極為少見(jiàn)的強(qiáng)烈地震中，由于能量非常巨大，會(huì)有一部分鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)完全變形，無(wú)法恢復(fù)原樣。然而，這樣的扭曲變形是我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)有意為之的，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證建筑物里面人的安全。