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北京奥运会的水立方构造有哪些作用?

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【专家解说】:  《水立方——气泡的游戏》   王小节:与极具阳刚之气的鸟巢相映衬的是旁边这座温柔秀美的水立方了。我们现在还看不出它的柔美,是因为它还没有安装上这种特殊的膜结构。大约再过一个月,水立方就要开始安装十万平米这种特殊材料制成的薄膜。而如何使这种轻薄的材料良好地控制室内的声光热,成了科技人员最大的攻关难题。   水立方是一个半透明的建筑,其中一项设计是要通过一种薄膜结构吸收自然光,以调节馆内光线和温度,达到节能环保的目的。但是,仅仅依靠光溜溜的薄膜,别说调节光线温度,如何不让它成为一个温室大棚都是问题。薄膜上这些被称为镀点的圆形斑点就是用来解决问题的窍门,它们就像小小的遮阳伞,起到隔离、反射光线的作用,把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外。   中建国家游泳中心设计联合体机电专业部主任 毛红卫:比如在北面,阳光负荷很少,那么在这个前提下,我们这个(镀点)密度就相对镀得疏一点,整个给人一种通透的感觉。而在西面、东面,由于入射阳光比较厉害,我们在那会镀比较密的斑点。   要想在烈日当空或太阳西晒的时候,让水立方能保持凉爽的温度,这些小小遮阳伞的分布就必须十分精确。通过研究北京市最近30年的气候资料和精密计算,终于确定了每一张薄膜上所需镀点的面积。   “水立方”工程设计师郑方:南立面上主要部分的镀点(面积)在50%以下。在西立面上主要的镀点(面积)在60%左右。通过这样一种镀点的设置,整个西立面能够遮挡超过70%的太阳能进入建筑物里面来。   水立方最动人的视觉效果就是无论从场馆内外任何角度来看,都可以看到一个个紧密相连的半透明的水泡,而看不到一根多余的钢梁。那么,水泡和钢梁怎样融为一体呢?这个淡蓝色的方型盒子,其实隐藏着自然界中一个关于泡沫的秘密。   王小节:我想到了一个非常形象的办法,为您来展示水立方究竟是什么样子。让我们先来玩个吹肥皂泡的游戏吧,这个游戏大家小时侯都玩过吧。恩,瞧,样子是不是很像呢?其实水立方的外墙和顶棚呢就是由成千上万个这样的气泡组成的。早在一百多年前的欧洲,爱玩泡泡的科学家罗德.科尔文就提出了这个“气泡理论”。他说,其实自然界中很多物质的排列结构,都是以这种气泡的结构方式组成的。但是这个理论被提出一百多年了,却从来没有人想过怎么把它运用在建筑学上。   记者:“您刚看到水立方的时候什么感觉?”   国家游泳中心副总经理 钢结构负责人 孙彦朝:“非常新奇,梦幻般的。但是一百多张设计图只是告诉我们这个建筑是什么,并没有告诉我们这个建筑该怎么把它建造起来。水立方整个的构件是两万个杆件,一万个球,一共加起来是三万个构件组成这样一个结构体系。每一个结点,每一个杆件都是不一样的。最终我们实施完成的图纸有三万多张。”   记者:“画这三万多张图咱们大概花了多长时间?”   孙彦朝:“大概花了一年时间,现在回想起来这一年干了些什么,除了画图,什么都不记得了。”   要把一个个气泡堆积成为一面墙,关键是找到作为气泡边缘的钢梁的准确位置。工程师们试了很多办法,包括GPS定位、激光定位、整体平移、分区域安装,可是工程进度总是太慢。   国家游泳中心总经理 康伟:“我们计算了一下,如果每天三十几个组件能够焊接上,那么我们什么时候能够完成任务呢,我们可能到2008年以后,都焊不完,所以给我们这些人急坏了。”   水立方工程总包执行经理侯本才,天天都在一线指导施工队按图纸工作,缓慢的施工进度令他坐立不安。他开始和几个老师傅一起琢磨起这个吹泡泡的道理来。有一天,老侯兴冲冲的拿着一把火柴找到孙彦朝。这几根火柴能解决气泡结构的定位难题吗?   记者:“这些火柴棒代表什么呢?”   水立方工程总包执行经理 侯本才:“这些火柴棒就代表这个气泡的边缘,如果在空中把这些杆件拼成一个球,可以看到在空间的定位是很困难的。弄不好就散掉,前功尽弃。经过一段时间的摸索,工人师傅想到一个好办法,先由一个点和一根杆件确定一个平面。然后其它的杆件位置就通过目测就可以基本准确的确定。思路做了一个调整,不要先想着造一个球,如果先把球的一个面先造出来,其它几个面同样的办法,也会很快地造出来,这样一个球体自然就形成了。”   国家游泳中心副总经理 钢结构负责人 孙彦朝:“其实道理很简单,就是利用高中几何当中的,一条线和线外一个点,确定一个平面。工人师傅这种土办法解决了大问题。”   四两拨千斤,难倒了一帮工程师的问题就这样迎刃而解,工程进度猛增到一天安装100多个构件,水立方工程提前一个多月完成了封顶。由工人师傅创造的这套工作方法也同工程师们的建筑理论一起,被写进多面体延性钢架结构施工管理技术规程,我国对这一规程拥有完全的自主知识产权。   中国工程院院士 董石麟:“(水立方)结构形式我们现在叫它多面体空间钢架结构。这一种结构在过去,不单单在我们国家,在世界上还是没有的,这样一种世界上第一的水立方游泳馆这种结构形式,是我们中国来实现的。

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