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“水立方”ETFE膜结构奇迹背后的故事

时间:2015-05-15 10:34    来源:三鑫    作者:三鑫膜结构    点击:
“膜”之难点——气枕达3800个
 
  “梦幻般的建筑”的国家游泳中心“水立方”,其墙体设计突破了传统手法,创造了一项“世界纪录”:即目前世界上技术难度最大、最复杂的膜结构工程项目。“水立方”的结构遵循了自然界最普遍的结构组成形式,采用一种基于三维空间有效分割气泡理论的新型空间结构,工程是膜结构,膜结构本身在中国是没有的,但工程的结构难点在世界上也是绝无仅有的。因此“水立方”的幕墙工程从分析、设计到施工都是极富挑战性的工作。
 
  “水立方”表面是由“ETFE膜”气枕组成,这些气枕充上气就会形成“水泡”,“水立方”表面有3800多个气枕,这才构成了千姿百态的水世界。它能够隔热、增温、隔音……一道道史无前例的世界级难题摆在远大面前。 为攻克这些奥运工程技术难点,共投入了500万元资金,制作了现场视觉测试样件、淋水样件、展厅样件,甚至搭建了试安装样件等,为了有效解决膜结构在雨天产生噪声的问题,在清华大学的信息学院建立了一个专门的声学实验室进行测试,并成功找到了解决的办法。
 
“膜”之拼装——金属杆达十几万个
 
  除了3800多个膜结构气枕外,大大小小气枕的金属杆件也都是一件一个规格,数量更是达到了十几万个之多。这种材料的差异性给安装施工带来了极大的难度。这是一个相当大的难题。因此,要将每个零件写出编号,在喷漆之后写出另一种编号,而且还要注意编码的朝向。
 
  连接到一起靠杆件,一个杆件需要垫框、夹块、压塞盖、装饰扣盖完成,给施工带来更大难度的是,这些“水滴”形状大小各不相同。为了能准确无误地将每一块膜结构气枕安装到指定的位置上,每一个零件从设计、编号、加工、流转、运输,到现场的储存、安装等环节,都实现了“无缝对接”。为保证工程进度,工作人员在所有材料运到场馆前,先在工厂按照施工方的要求进行裁剪,根据材料型号、位置进行一一编号。在到达现场后,按照编号安装到相对应的位置。在安装完一定区域后,将通过事先安装在钢架上的充气管线对“气泡”进行充气。整个充气过程由电脑智能监控,电脑将根据当时的气压、光照等条件使材料保持最佳状态。
 
“膜”之魔力——上亿个镀点控制温度
 
  “水立方”幕墙工程共需要安装3800多个膜结构气枕,它们大小不一、形状各异,几乎没有形状相同的两块材料,最大的一个约9平方米,而最小的一个不足1平方米。在内外两层膜间充入一定空气便形成“泡泡”。但看似轻盈的膜结构是否容易破裂?“ETFE膜”的抗压性极强,厚度类似牛皮纸厚度,不过在安装完成后,单位面积上都能承担相当于汽车吨位的重量。膜的延展性也非常突出,拉到它本身的3到4倍长都不会断裂。
 
  再好的建筑也需要维护。“水立方”外立面的维护可以依靠自然的雨水完成。由于“ETFE”膜本身的摩擦系数很小,灰尘、污垢在这滑溜溜的表面上根本“站不住脚”,因此“ETFE”膜有很强的自洁性。即使表面有些浮尘,只要下点小雨,立面的膜就能被冲洗得很干净。
 
  北京奥运会举办时正值盛夏,酷暑天气会不会使“水立方”变成一个汇聚阳光的“温室浴场”?如何在保持游泳馆的透明、美观的同时,避免透明场馆温度偏高、出现眩光?于兰松还告诉记者,解决上述问题的法宝就是分布在“ETFE膜”上的上亿个镀点,他们将如同“遮阳伞”一般控制着“水立方”的温度和采光。这上亿个镀点,在不同位置上的排列密度不尽相同,顶棚上的镀点比东西墙面体要紧,是为了在中午阻隔强光的进入:靠近地面的气枕上,镀点就稀一些,这是为了让更柔和的光进来。上亿个镀点组成了屏障,把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外,既实现了游泳中心室内光热的平衡,也起到阻隔、反射光线的作用。在镀点之间,光线仍然可以自由通过,保证场馆的照明温度,调节着室内的日光。