設計師揭秘水立方：節能模范 八極地震都不會塌

　　“雨點聲完全可以接受”?
　　TITAN(以下簡稱T)：您是什么時候開始介入水立方項目的設計建造呢？

　　卡菲(以下簡稱C)：我是03年2月初開始著手水立方的設計。

　　T：一開始看到水立方這個項目，您有什么感想？

　　K：一開始投標有10個候選項目參與競爭，我感覺我的競爭對手都是世界頂尖的設計公司。得知我們的方案通過時，我的感覺絕對是五味俱全——首先看到當評委與中國大眾選擇我們的時候，我非常開心與自豪；隨后我驚恐萬狀，不知道我們如何才能把水立方從圖紙變成現實。

　　T：水立方的膜結構上有很多遮光點，為什么要設計這些遮光點？它們不同的密度原因是什么？

　　K：水立方的設計理念是使它成為一個封閉的暖房式建筑，從而盡可能多地吸收太陽能。然而我們必須能夠主動地控制水立方吸收到的太陽能，尤其是光線——我們不想讓陽光在水面上形成反射，從而刺激運動員及觀眾的眼睛。因此我們在ETFE的表面上印制了很多銀點來反射光線。

　　T：是什么人想到采用ETFE作為水立方的外表的？

　　K：我們所有的設計決策都是團隊作為一個整體做出的，ETFE的使用正是團隊協作一個很好的例子。采用ETFE有很多原因。首先，這種材料能夠使水立方成為一個暖房，最大程度上吸收太陽能。其次，它能夠極大地降低整個建筑的重量，從而降低地震對建筑物的沖擊。最后，也是最重要的一點，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到外邊，從而里面的感覺要安靜很多。

　　T：剛才您提到了噪音的傳導問題。在我們來到悉尼之前，正好北京下了一場大雨。當時我們在水立方里面，聽到雨點打到屋頂的聲音很大。在設計的時候你們有沒有考慮過這個問題呢？這種噪音會不會影響比賽呢？

　　K：的確，ETFE不可避免的問題之一就是在下雨的時候，雨點打擊表面的聲音會傳到室內。我們當時確實考慮到了這個問題。我們在清華大學的試驗室里，用人工雨噴灑到水立方的模型上，測量里面噪音程度。而我們和北京市政府一致認為，這樣的噪音程度完全可以接受。

　　T：我們看到每個ETFE膜結構的外形都是不規則的，為什么要有不同規格的膜呢？

　　K：我們在設計的時候決定采用前所未有的結構幾何學設計，而這個結構正是在理論上三維空間的自然結構。我們創造的膜結構，雖然一眼看上去各不相同，但實際上只有15種不同的規格與形狀。

　　T：我聽說您認為水立方夜間的景觀照明太亮了，不符合水的性質。您認為什么樣的照明合適呢？

　　K：水立方利用藍色的LED燈光照明。理論上來說它是作為旁邊紅色的“鳥巢”的補充。然而如果水立方的照明太亮，那么就會破壞兩者之間的平衡效果，因為明亮的藍色光線會映射到鳥巢的建筑上。

　　T：現在水立方已經落成使用了?；剡^頭看看，您認為它的設計建造還有什么不足么？

　　K：對于水立方，我最欣賞的一點是我們把各種不同的設想與理念成功地組合在一起，無論是取暖、制冷、照明、隔音、外形以及如何與鳥巢結合在一起等等。到了水立方的最終落成，我可以說我們一開始的設計方案沒有任何實質性的改變。我很高興我們的理念從始至終一直得到了貫徹，回過頭來看，我也絕對不愿意有任何改變。

　　“浪費？節能模范！”

　　TITAN(以下簡稱T)：您在水立方的設計中負責哪些方面？

　　肯·馬(以下簡稱M)：主要是建筑物的配套設施，尤其是比如空調、供暖、通風等基礎設施的設計。

　　T：有些人認為，雖然水立方的暖房式結構以及ETFE膜結構能吸收太陽能從而節約能源，但在炎熱的日子里它將成為一個巨大的悶罐，制冷造成的浪費更加客觀。您怎么看這個問題？

　　M：我們一開始就進行了大量的分析，將水立方與一座傳統鋼筋水泥結構密封良好的建筑進行比較，最終的結論是，與完全符合中國建筑標準的一般建筑相比，水立方能夠節約大量的能源。時間會向懷疑者證明我們的分析結果。

　　T：在空調的設計方面，水立方最大的難點在于什么？

　　M：暖房式建筑對于游泳館來說非常合適——對于一般用途的建筑來說，這樣的設計會造成內部過熱；但游泳館的供暖要求很高，不僅僅是對內部空間的加熱，還需要對水進行加熱，而所有這一切都通過暖房式的設計吸收太陽能而完成了。毋庸諱言，在冬天的時候透明的水立方比密封良好的一般建筑更容易喪失熱量，但由于我們的設計能大量吸收太陽能，所以這種散熱效應完全被抵消了。

　　T：那夏天的制冷問題呢？

　　M：通常人們都是在距離地面兩米以內的地方活動，水立方內部高度30米左右，我們沒有必要把這整個30米都降溫。由于冷空氣的密度大，它會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，通過這樣的方式我們就可以降低制冷的成本。

　　T：水立方在節約水資源方面有什么樣的行動呢？

　　M：我們與鳥巢有著差不多的節水設計。水立方的屋頂是平的，可以作為一個非常好的接收雨水的平臺。這些接收的雨水將被儲存到地下水罐中，通過過濾殺菌等工序，雨水將得到最大的再利用。

　　T：在您負責的領域中，哪些先進技術是首先投入使用的？

　　M：設計過程中有一點很獨特，那就是利用防火工程學方法進行奧運場館的設計。這樣的做法使我們的建筑師在設計時得到了更大的自由。就拿水立方來說，如果按傳統辦法，我們就不得不給屋頂、墻壁涂防火漆，同時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方法，同時我們花費了極大的力氣來說服有關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級地震都不會塌”

　　TITAN(以下簡稱T)：請問你在水立方的設計過程中主要的任務是什么？

　　阿金斯多爾(以下簡稱A)：作為一名結構工程師，我的主要職責是確保水立方在其設計壽命內，能夠承受住強風、暴風雪、地震等自然災害的打擊，保證建筑本身以及建筑內人們的安全。

　　T：從你的履歷上可以看到，你參與設計了眾多大型項目。水立方是不是一個很特別的項目呢？

　　A：到目前為止，水立方絕對是我做過的最復雜、最具有挑戰性的項目。我竭盡全力運用了我這輩子學到的所有知識，才能夠把它圓滿地完成。所以它絕對是我職業生涯中最高水平的作品了。

　　T：在外人看來，除了外表晶瑩透亮的藍色膜結構之外，水立方這個建筑似乎沒什么特別的地方。你可不可以談談膜結構之下的鋼網架結構，其特點在哪里？

　　A：水立方這座建筑最獨特的地方在于，它是用類似于水泡的結構進行構建的。可能絕大多數人都不知道，即如果所有的鋼網架結構的大小是一樣的，那么這樣的網架結構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題之一是將這22000個鋼網架的每一個都做得越小越好；與此同時我還要確保每個網架結構都要有足夠的強度，以保證整個建筑能夠抵擋風雪及地震等自然災害的沖擊。內部鋼網架結構的設計，其難度是不可想象的。

　　T：你剛才提到說鋼網架結構中的鋼管長度不能夠是一樣的，其原因是什么呢？

　　A：實際上這22000個鋼網架結構一共有37種尺寸。表面的一層鋼結構以四邊形為主，這是出于建筑美學方面的考慮。而無論是外部還是內部的結構中，我們都必須要設計一些足夠強度與大小的鋼網架，使鋼結構能夠承載整體建筑的重量，同時在地震中屹立不倒。

　　T：5月12日中國四川發生了8級大地震。如果這樣的地震發生在北京，水立方能支持得住么？

　　A：從設計之初，我們就要求水立方能承受三種不同強度的地震。在輕度及中度地震下，水立方的設計確保它完好無損。而對于極少見的強烈地震，例如5月份的四川地震，水立方的設計會遭受到永久性的損壞，但建筑本身不會倒塌，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：在極為少見的強烈地震中，由于能量非常巨大，會有一部分鋼網架結構完全變形，無法恢復原樣。然而，這樣的扭曲變形是我們設計時有意為之的，因為只有這樣才能保證建筑物里面人的安全。