苑晨曦

隨著2008年奧運(yùn)腳步的臨近，全世界越來(lái)越多的目光投向了東方的奧運(yùn)之城——北京。在這座有著兩千多年建城史、八百多年建都史的古城中，次第崛起的眾多造型別致、匠心獨(dú)具的奧運(yùn)建筑，無(wú)不蘊(yùn)藏著東方智慧創(chuàng)造的科技之魂。

“鳥(niǎo)巢”的“鋼筋鐵骨”

還沒(méi)走進(jìn)奧林匹克公園，國(guó)家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)獨(dú)特的鋼架結(jié)構(gòu)頂棚就飛入了人們的視線(xiàn)：一根根像樹(shù)枝般看似雜亂無(wú)章的鐵架就這樣縱橫交錯(cuò)著，形成了一個(gè)可以容納91000人的體育場(chǎng)，實(shí)在讓人驚嘆。

“鳥(niǎo)巢”的鋼結(jié)構(gòu)最大跨度達(dá)到333米，相當(dāng)于200個(gè)成年人手拉手的長(zhǎng)度。重達(dá)4.2萬(wàn)噸的鋼結(jié)構(gòu)需擺脫外力的支撐，靠自己“站立”起來(lái)，工程浩大自不必說(shuō)，其材料的選擇是慎之又慎。筑造“鳥(niǎo)巢”使用的鋼材材質(zhì)絕大部分為Q345D和Q345GJD鋼材，局部受力大部位采用了Q460鋼材。Q460鋼材是專(zhuān)為“鳥(niǎo)巢”量身打造的一種低合金高強(qiáng)度鋼。“Q”代表鋼材的強(qiáng)度，“460”表示受力強(qiáng)度達(dá)到460兆帕?xí)r才會(huì)徹底變形，460兆帕相當(dāng)于4540個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，普通鋼材受力強(qiáng)度只有235兆帕，比Q460小將近一半。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，Q460的最大厚度是100毫米，而“鳥(niǎo)巢”這次使用的鋼板厚度史無(wú)前例地達(dá)到110毫米。“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)中共使用了400噸Q460鋼。

“鳥(niǎo)巢”的俗稱(chēng)源于它的外形，走近它才知道，不僅僅是從外觀(guān)上，更重要的是各種高科技元素的使用增加了觀(guān)眾觀(guān)賽的舒適度，而孕育和呵護(hù)生命的“巢”最重要的就是這種舒適感。

“鳥(niǎo)巢”的看臺(tái)，被設(shè)計(jì)得像個(gè)邊緣高低起伏的“碗”，是一種環(huán)抱著賽場(chǎng)的收攏結(jié)構(gòu)，而且上下層看臺(tái)之間有一部分交錯(cuò)。這樣，無(wú)論觀(guān)眾坐在“鳥(niǎo)巢”的哪個(gè)位置，和比賽場(chǎng)地中心點(diǎn)之間的視線(xiàn)距離都在140米左右。

8月的北京，天氣炎熱，91000人坐在一個(gè)體育場(chǎng)里看比賽，如何避暑呢?“鳥(niǎo)巢”的中方設(shè)計(jì)師們經(jīng)過(guò)多次論證，借用了流體力學(xué)設(shè)計(jì)中的一種計(jì)算機(jī)CFD模擬方法，對(duì)“鳥(niǎo)巢”的觀(guān)眾席進(jìn)行了熱舒適度、風(fēng)舒適度的模擬分析實(shí)驗(yàn)。它可以精確模擬出“鳥(niǎo)巢”的鋼結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)，模擬出91000人同時(shí)觀(guān)賽時(shí)的自然通風(fēng)狀況，并計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的觀(guān)眾能感受到的溫度和濕度氣流速度，在圖紙上用不同顏色標(biāo)示出來(lái)?，F(xiàn)在，“鳥(niǎo)巢”所有的通風(fēng)設(shè)施，都是按照這個(gè)模擬分析對(duì)外國(guó)設(shè)計(jì)師的圖紙進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化的結(jié)果。無(wú)論觀(guān)眾坐在上層看臺(tái)還是下層看臺(tái)、普通座位還是VIP席，都能享受到自然光和自然風(fēng)，達(dá)到較好的舒適度。

9萬(wàn)多人同時(shí)觀(guān)賽，現(xiàn)場(chǎng)的聲音之嘈雜可想而知。如果場(chǎng)內(nèi)沒(méi)有良好的吸聲材料和聲學(xué)效果，無(wú)論運(yùn)動(dòng)員還是觀(guān)眾都將很難聽(tīng)清場(chǎng)內(nèi)的廣播。“鳥(niǎo)巢”的下層膜采用吸聲膜材，能起到聲學(xué)吊頂?shù)淖饔?，配合鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上設(shè)置的一些吸聲材料，以及場(chǎng)內(nèi)使用的電聲擴(kuò)音系統(tǒng)，使“鳥(niǎo)巢”內(nèi)部的語(yǔ)音清晰度指標(biāo)指數(shù)達(dá)到0.6——這個(gè)數(shù)字完全能保證坐在任何角落的觀(guān)眾都能清晰收聽(tīng)到場(chǎng)內(nèi)廣播。這些科技手段的運(yùn)用，讓在“鳥(niǎo)巢”觀(guān)賽的所有人都能平等地享受奧運(yùn)帶來(lái)的樂(lè)趣。

“水立方”的“神奇外衣”

距鳥(niǎo)巢不遠(yuǎn)處，晶瑩剔透的國(guó)家游泳館(水立方)像一潭碧藍(lán)的池水，吸引著人們的目光。淺藍(lán)色、夢(mèng)幻般的外形賦予了“水立方”女性般的柔美，與“陽(yáng)剛”的鳥(niǎo)巢遙相呼應(yīng)。

“冰清玉潔”的“水立方”之所以有這樣清麗的容顏，主要是由于它穿上了一件由3000多個(gè)“泡泡”——藍(lán)色氣枕組成的膜“外衣”。

這層膜“外衣”的真正名字叫ETFE(四氟乙烯)，是一種新型環(huán)保節(jié)能的膜材料。這種名為ETFE的膜材料看上去只有牛皮紙厚，對(duì)著陽(yáng)光望去非常剔透。雖然這種含氟的膜材料看似很薄透，但強(qiáng)度卻非常高?！八⒎健眴螇K膜結(jié)構(gòu)氣枕最大重量達(dá)到了50千克，膜結(jié)構(gòu)的抗壓性極強(qiáng)，放上一輛轎車(chē)都不會(huì)被壓壞。但這層薄“外衣”的透光率達(dá)到了90％，“水立方”在盛夏酷暑的侵襲下會(huì)不會(huì)變成一個(gè)匯聚陽(yáng)光的“溫室浴場(chǎng)”?如何在保持游泳館透明、美觀(guān)的同時(shí)，避免透明場(chǎng)館溫度偏高、出現(xiàn)眩光?

解決上述問(wèn)題的“法寶”就是分布在ETFE膜上的上億個(gè)鍍點(diǎn)，即在ETFE膜的表層，鍍上上億個(gè)與膜的顏色類(lèi)似的鍍點(diǎn)，用來(lái)改變光線(xiàn)的方向，起到隔熱散光的效果。這些“鍍點(diǎn)”布成的點(diǎn)陣，就像一把把遮陽(yáng)傘，把刺眼的光線(xiàn)和多余的熱量擋在場(chǎng)館之外；而在一把把“遮陽(yáng)傘”之間，所需光線(xiàn)可以自由通過(guò)，保證場(chǎng)館的溫度和采光。

“水立方”要呈現(xiàn)夢(mèng)幻效果，還需要給每塊“泡泡”充氣，這個(gè)過(guò)程由“水立方”整體的自動(dòng)充氣系統(tǒng)完成，這意味著“水立方”的3000多個(gè)氣枕充氣狀態(tài)都在它的監(jiān)控下。雖然“水立方”在外觀(guān)上是個(gè)統(tǒng)一的整體，但每個(gè)“泡泡”卻相對(duì)獨(dú)立，因此，即便其中一塊氣枕?yè)p壞，也不會(huì)造成“水立方”膜結(jié)構(gòu)的整體“泄氣”。

更有趣的是，“水立方”這件膜“外衣”本身具有“自我清潔”的能力，使得灰塵基本無(wú)法黏附。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新，如果遇到類(lèi)似沙塵暴的惡劣天氣，場(chǎng)館將會(huì)啟動(dòng)人工清潔的方法，利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行清潔。經(jīng)試驗(yàn)，在需要清洗時(shí)，只要兩輛消防車(chē)的水，20分鐘“水立方”就能洗完“干凈澡”。

“花瓣”里的“玄機(jī)”

奧林匹克森林公園里，盛開(kāi)著一朵青白色的巨型“蓮花”，走近它，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，巨型“蓮花”旁邊還有兩朵小“蓮花”。三朵盛開(kāi)的“蓮花”組成了奧林匹克公園網(wǎng)球中心的三個(gè)主賽場(chǎng)(大的為中心球場(chǎng)，另兩個(gè)為1、2號(hào)球場(chǎng))。網(wǎng)球中心的三個(gè)主賽場(chǎng)都采用正十二邊形造型，12個(gè)邊就是12個(gè)看臺(tái)，再配以清水混凝土的灰白色外墻，宛如12片花瓣往空中伸展。

中央球場(chǎng)是網(wǎng)球中心最大的一朵“花”，48根傾角達(dá)到42度的現(xiàn)澆鋼筋混凝土懸挑斜梁，斜長(zhǎng)約17米，每根自重達(dá)到62噸。正是這48根巨大的懸挑斜梁撐起了12瓣花瓣，奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球決賽時(shí)，將有10000名觀(guān)眾坐在這“蓮花”之中觀(guān)看巔峰對(duì)決。

網(wǎng)球中心化的是清新自然妝，清水混凝土建筑外墻不做多余修飾。正是這種設(shè)計(jì)，從花瓣間溜入的清風(fēng)，不僅給賽場(chǎng)帶來(lái)了涼意，也使網(wǎng)球中心成為國(guó)際上首個(gè)能夠“請(qǐng)”進(jìn)自然風(fēng)幫助降溫的網(wǎng)球賽場(chǎng)。北京奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球比賽時(shí)間為8月10日至17日。根據(jù)國(guó)家氣象局提供的數(shù)字，連續(xù)5年來(lái)，這幾天的最高溫度都在30℃左右，最低溫度也高于20℃。向外敞開(kāi)的“花瓣”雖然不至于讓賽場(chǎng)變成蒸籠，但由于陽(yáng)光直射賽場(chǎng)，根據(jù)測(cè)算，網(wǎng)球場(chǎng)地面溫度甚至可以達(dá)到50℃左右。網(wǎng)球中心在設(shè)計(jì)時(shí)就想出給場(chǎng)地“退燒”的高招——利

用花瓣間留有的三角形空間讓場(chǎng)館自由“呼吸”。原來(lái)場(chǎng)內(nèi)12個(gè)“花瓣”背后的鋁板內(nèi)設(shè)置了一些進(jìn)風(fēng)口，把自然風(fēng)通過(guò)管道送到場(chǎng)地內(nèi)的通風(fēng)機(jī)之中，通過(guò)通風(fēng)機(jī)加壓送進(jìn)座位底下的側(cè)壁隱藏的送風(fēng)口，這樣可使場(chǎng)地“退燒”5℃左右，觀(guān)眾席上的高溫也能得到相應(yīng)的緩解。

此外，三塊主賽場(chǎng)觀(guān)眾看臺(tái)外墻，布滿(mǎn)了白色網(wǎng)眼板，一個(gè)個(gè)的小點(diǎn)點(diǎn)不僅僅是裝飾，晚上還能發(fā)光，而且這里面還藏著能吸收自然風(fēng)的設(shè)備，被壓縮后的自然風(fēng)能夠從看臺(tái)底層百葉窗中吹進(jìn)來(lái)，給賽場(chǎng)降溫。

會(huì)“喝”水的體育場(chǎng)

前幾天，一場(chǎng)小雪光顧北京，但豐臺(tái)壘球場(chǎng)的廣場(chǎng)上卻基本保持干爽，沒(méi)有一點(diǎn)積水。雪融化后的水流到哪里去了呢?廣場(chǎng)上鋪設(shè)的大約9000平方米的“喝水”磚功勞可不小。

2寸見(jiàn)方的磚，外形和普通的地磚并無(wú)兩樣，1.7千克的水澆在上面，瞬間魔術(shù)般地就“蒸發(fā)”了。更神奇的是，這種透水磚97％的主料竟是沙子一內(nèi)蒙古沙漠中的風(fēng)積沙。這種能“喝水”的磚叫做“生態(tài)砂基透水磚”。

由于“喝水”磚可以破壞水的表面張力，它能像海綿一樣把水吸進(jìn)身體里。磚喝“飽”后，身體內(nèi)的水經(jīng)過(guò)科學(xué)的鋪裝工藝和配套的引流裝置，就會(huì)迅速滲入地下，達(dá)到儲(chǔ)存和再利用的目的。

透水磚的制作不同于陶瓷或水泥、混凝土等，它的制作過(guò)程是免燒結(jié)的，依靠常溫壓制而成。所以從材料的成型過(guò)程來(lái)看，可以說(shuō)是一個(gè)節(jié)能新產(chǎn)品。制成后的磚可以透水、透氣、防滑、化雪，透水速度是其他建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的6倍多。

除了廣場(chǎng)，體育場(chǎng)的草坪也會(huì)“喝”水。原來(lái)，這些平整的草皮下面，已經(jīng)暗藏了收集雨水的“秘密武器”。

草坪高出地面8厘米，這8厘米分為3層，先在平整后的場(chǎng)地上鋪上大塊的鵝卵石，第二層鋪上細(xì)沙石，然后鋪上沙子，最后再往沙子上種草。這樣，落在草坪上的雨水就會(huì)迅速滲入地下，并通過(guò)埋設(shè)的管道流入到附近的雨水收集池中。借助中水利用技術(shù)系統(tǒng)(中水是指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水)綜合處理后的水，就可以用于建筑內(nèi)沖洗廁所以及室外綠化灌溉了。原本是“耗水大戶(hù)”的草坪綠地，終于改變了自己的形象，成為收集雨水的“聚雨盆”。

破解羽壇“老大難”

北京東四環(huán)邊上有一座體育館，潔白的圓形屋頂讓它看上去既像一枚微張的蚌殼，又像一個(gè)倒扣的斗笠。這就是新建的北京工業(yè)大學(xué)體育館，2008年奧運(yùn)會(huì)羽毛球和藝術(shù)體操比賽將在這里進(jìn)行。

了解羽毛球的人都知道，羽毛球運(yùn)動(dòng)對(duì)室內(nèi)風(fēng)速有很高的要求，如何解決“觀(guān)眾怕熱”與“比賽怕風(fēng)”的矛盾?為此，北工大體育館決定采用觀(guān)眾席下送風(fēng)的空調(diào)設(shè)計(jì)，也就是看臺(tái)內(nèi)增設(shè)空調(diào)送風(fēng)管道，讓涼風(fēng)從觀(guān)眾的座椅下面吹出來(lái)。每?jī)蓚€(gè)座位下面，有三個(gè)直徑各13厘米的送風(fēng)口，整個(gè)體育館中，共有這樣的送風(fēng)口1萬(wàn)多個(gè)。

采用這樣的設(shè)計(jì)有兩個(gè)好處：首先是降低了風(fēng)速。風(fēng)速大小與出風(fēng)管道的橫截面積是成反比的，把一個(gè)出風(fēng)口“分解”成了1萬(wàn)多個(gè)出風(fēng)口，風(fēng)速當(dāng)然就小了；其次是避免了空調(diào)風(fēng)向?qū)?chǎng)上運(yùn)動(dòng)員的影響。一般體育館空調(diào)的送風(fēng)管道在屋頂，風(fēng)從上面吹下來(lái)，再吹向四面的觀(guān)眾席，冷氣在由上面轉(zhuǎn)向側(cè)面的過(guò)程中會(huì)形成一個(gè)渦漩氣流，影響到羽毛球的飛行線(xiàn)路，現(xiàn)在將出風(fēng)口設(shè)計(jì)在觀(guān)眾席下，回風(fēng)口設(shè)計(jì)在兩層觀(guān)眾席之間，就避免了渦漩氣流的產(chǎn)生。

現(xiàn)在，羽毛球館內(nèi)的風(fēng)速可以控制在0.2米／秒以下，完全符合國(guó)際羽聯(lián)的要求。觀(guān)眾席的溫度保持在25℃至27℃之間，場(chǎng)內(nèi)則是26℃到28℃。依靠自己的智慧，中國(guó)人成功解決了困擾國(guó)際羽壇多年的“老大難”問(wèn)題。

責(zé)任編輯蒲暉