奥运场馆亲密接触

随着2008年奥运脚步的临近，全世界越来越多的目光投向了东方的奥运之城——北京。在这座有着两千多年建城史、八百多年建都史的古城中，次第崛起的众多造型别致、匠心独具的奥运建筑，无不蕴藏着东方智慧创造的科技之魂。

　　

　　“鸟巢”的“钢筋铁骨”

　　

　　还没走进奥林匹克公园，国家体育场(鸟巢)独特的钢架结构顶棚就飞入了人们的视线：一根根像树枝般看似杂乱无章的铁架就这样纵横交错着，形成了一个可以容纳91000人的体育场，实在让人惊叹。

　　“鸟巢”的钢结构最大跨度达到333米，相当于200个成年人手拉手的长度。重达4.2万吨的钢结构需摆脱外力的支撑，靠自己“站立”起来，工程浩大自不必说，其材料的选择是慎之又慎。筑造“鸟巢”使用的钢材材质绝大部分为Q345D和Q345GJD钢材，局部受力大部位采用了Q460钢材。Q460钢材是专为“鸟巢”量身打造的一种低合金高强度钢。“Q”代表钢材的强度，“460”表示受力强度达到460兆帕时才会彻底变形，460兆帕相当于4540个标准大气压，普通钢材受力强度只有235兆帕，比Q460小将近一半。在国家标准中，Q460的最大厚度是100毫米，而“鸟巢”这次使用的钢板厚度史无前例地达到110毫米。“鸟巢”钢结构中共使用了400吨Q460钢。

　　“鸟巢”的俗称源于它的外形，走近它才知道，不仅仅是从外观上，更重要的是各种高科技元素的使用增加了观众观赛的舒适度，而孕育和呵护生命的“巢”最重要的就是这种舒适感。

　　“鸟巢”的看台，被设计得像个边缘高低起伏的“碗”，是一种环抱着赛场的收拢结构，而且上下层看台之间有一部分交错。这样，无论观众坐在“鸟巢”的哪个位置，和比赛场地中心点之间的视线距离都在140米左右。

　　8月的北京，天气炎热，91000人坐在一个体育场里看比赛，如何避暑呢?“鸟巢”的中方设计师们经过多次论证，借用了流体力学设计中的一种计算机CFD模拟方法，对“鸟巢”的观众席进行了热舒适度、风舒适度的模拟分析实验。它可以精确模拟出“鸟巢”的钢结构和膜结构，模拟出91000人同时观赛时的自然通风状况，并计算出每个区域的观众能感受到的温度和湿度气流速度，在图纸上用不同颜色标示出来。现在，“鸟巢”所有的通风设施，都是按照这个模拟分析对外国设计师的图纸进行调整优化的结果。无论观众坐在上层看台还是下层看台、普通座位还是VIP席，都能享受到自然光和自然风，达到较好的舒适度。

　　9万多人同时观赛，现场的声音之嘈杂可想而知。如果场内没有良好的吸声材料和声学效果，无论运动员还是观众都将很难听清场内的广播。“鸟巢”的下层膜采用吸声膜材，能起到声学吊顶的作用，配合钢结构构件上设置的一些吸声材料，以及场内使用的电声扩音系统，使“鸟巢”内部的语音清晰度指标指数达到0.6——这个数字完全能保证坐在任何角落的观众都能清晰收听到场内广播。这些科技手段的运用，让在“鸟巢”观赛的所有人都能平等地享受奥运带来的乐趣。

　　

　　“水立方”的“神奇外衣”

　　

　　距鸟巢不远处，晶莹剔透的国家游泳馆(水立方)像一潭碧蓝的池水，吸引着人们的目光。浅蓝色、梦幻般的外形赋予了“水立方”女性般的柔美，与“阳刚”的鸟巢遥相呼应。

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　　“冰清玉洁”的“水立方”之所以有这样清丽的容颜，主要是由于它穿上了一件由3000多个“泡泡”——蓝色气枕组成的膜“外衣”。

　　这层膜“外衣”的真正名字叫ETFE(四氟乙烯)，是一种新型环保节能的膜材料。这种名为ETFE的膜材料看上去只有牛皮纸厚，对着阳光望去非常剔透。虽然这种含氟的膜材料看似很薄透，但强度却非常高。“水立方”单块膜结构气枕最大重量达到了50千克，膜结构的抗压性极强，放上一辆轿车都不会被压坏。但这层薄“外衣”的透光率达到了90％，“水立方”在盛夏酷暑的侵袭下会不会变成一个汇聚阳光的“温室浴场”?如何在保持游泳馆透明、美观的同时，避免透明场馆温度偏高、出现眩光?

　　解决上述问题的“法宝”就是分布在ETFE膜上的上亿个镀点，即在ETFE膜的表层，镀上上亿个与膜的颜色类似的镀点，用来改变光线的方向，起到隔热散光的效果。这些“镀点”布成的点阵，就像一把把遮阳伞，把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外；而在一把把“遮阳伞”之间，所需光线可以自由通过，保证场馆的温度和采光。

　　“水立方”要呈现梦幻效果，还需要给每块“泡泡”充气，这个过程由“水立方”整体的自动充气系统完成，这意味着“水立方”的3000多个气枕充气状态都在它的监控下。虽然“水立方”在外观上是个统一的整体，但每个“泡泡”却相对独立，因此，即便其中一块气枕损坏，也不会造成“水立方”膜结构的整体“泄气”。

　　更有趣的是，“水立方”这件膜“外衣”本身具有“自我清洁”的能力，使得灰尘基本无法黏附。即使沾上灰尘，自然降水也足以使之清洁如新，如果遇到类似沙尘暴的恶劣天气，场馆将会启动人工清洁的方法，利用机械设备进行清洁。经试验，在需要清洗时，只要两辆消防车的水，20分钟“水立方”就能洗完“干净澡”。

　　

　　“花瓣”里的“玄机”

　　

　　奥林匹克森林公园里，盛开着一朵青白色的巨型“莲花”，走近它，你会发现，巨型“莲花”旁边还有两朵小“莲花”。三朵盛开的“莲花”组成了奥林匹克公园网球中心的三个主赛场(大的为中心球场，另两个为1、2号球场)。网球中心的三个主赛场都采用正十二边形造型，12个边就是12个看台，再配以清水混凝土的灰白色外墙，宛如12片花瓣往空中伸展。

　　中央球场是网球中心最大的一朵“花”，48根倾角达到42度的现浇钢筋混凝土悬挑斜梁，斜长约17米，每根自重达到62吨。正是这48根巨大的悬挑斜梁撑起了12瓣花瓣，奥运会网球决赛时，将有10000名观众坐在这“莲花”之中观看巅峰对决。

　　网球中心化的是清新自然妆，清水混凝土建筑外墙不做多余修饰。正是这种设计，从花瓣间溜入的清风，不仅给赛场带来了凉意，也使网球中心成为国际上首个能够“请”进自然风帮助降温的网球赛场。 北京奥运会网球比赛时间为8月10日至17日。根据国家气象局提供的数字，连续5年来，这几天的最高温度都在30℃左右，最低温度也高于20℃。向外敞开的“花瓣”虽然不至于让赛场变成蒸笼，但由于阳光直射赛场，根据测算，网球场地面温度甚至可以达到50℃左右。网球中心在设计时就想出给场地“退烧”的高招——利用花瓣间留有的三角形空间让场馆自由“呼吸”。原来场内12个“花瓣”背后的铝板内设置了一些进风口，把自然风通过管道送到场地内的通风机之中，通过通风机加压送进座位底下的侧壁隐藏的送风口，这样可使场地“退烧”5℃左右，观众席上的高温也能得到相应的缓解。

　　此外，三块主赛场观众看台外墙，布满了白色网眼板，一个个的小点点不仅仅是装饰，晚上还能发光，而且这里面还藏着能吸收自然风的设备，被压缩后的自然风能够从看台底层百叶窗中吹进来，给赛场降温。

　　

　　会“喝”水的体育场

　　

　　前几天，一场小雪光顾北京，但丰台垒球场的广场上却基本保持干爽，没有一点积水。雪融化后的水流到哪里去了呢?广场上铺设的大约9000平方米的“喝水”砖功劳可不小。

　　2寸见方的砖，外形和普通的地砖并无两样，1.7千克的水浇在上面，瞬间魔术般地就“蒸发”了。更神奇的是，这种透水砖97％的主料竟是沙子一内蒙古沙漠中的风积沙。这种能“喝水”的砖叫做“生态砂基透水砖”。

　　由于“喝水”砖可以破坏水的表面张力，它能像海绵一样把水吸进身体里。砖喝“饱”后，身体内的水经过科学的铺装工艺和配套的引流装置，就会迅速渗入地下，达到储存和再利用的目的。

　　透水砖的制作不同于陶瓷或水泥、混凝土等，它的制作过程是免烧结的，依靠常温压制而成。所以从材料的成型过程来看，可以说是一个节能新产品。制成后的砖可以透水、透气、防滑、化雪，透水速度是其他建材行业标准的6倍多。

　　除了广场，体育场的草坪也会“喝”水。原来，这些平整的草皮下面，已经暗藏了收集雨水的“秘密武器”。

　　草坪高出地面8厘米，这8厘米分为3层，先在平整后的场地上铺上大块的鹅卵石，第二层铺上细沙石，然后铺上沙子，最后再往沙子上种草。这样，落在草坪上的雨水就会迅速渗入地下，并通过埋设的管道流入到附近的雨水收集池中。借助中水利用技术系统(中水是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水)综合处理后的水，就可以用于建筑内冲洗厕所以及室外绿化灌溉了。原本是“耗水大户”的草坪绿地，终于改变了自己的形象，成为收集雨水的“聚雨盆”。

　　

　　破解羽坛“老大难”

　　

　　北京东四环边上有一座体育馆，洁白的圆形屋顶让它看上去既像一枚微张的蚌壳，又像一个倒扣的斗笠。这就是新建的北京工业大学体育馆，2008年奥运会羽毛球和艺术体操比赛将在这里进行。

　　了解羽毛球的人都知道，羽毛球运动对室内风速有很高的要求，如何解决“观众怕热”与“比赛怕风”的矛盾?为此，北工大体育馆决定采用观众席下送风的空调设计，也就是看台内增设空调送风管道，让凉风从观众的座椅下面吹出来。每两个座位下面，有三个直径各13厘米的送风口，整个体育馆中，共有这样的送风口1万多个。

　　采用这样的设计有两个好处：首先是降低了风速。风速大小与出风管道的横截面积是成反比的，把一个出风口“分解”成了1万多个出风口，风速当然就小了；其次是避免了空调风向对场上运动员的影响。一般体育馆空调的送风管道在屋顶，风从上面吹下来，再吹向四面的观众席，冷气在由上面转向侧面的过程中会形成一个涡漩气流，影响到羽毛球的飞行线路，现在将出风口设计在观众席下，回风口设计在两层观众席之间，就避免了涡漩气流的产生。

　　现在，羽毛球馆内的风速可以控制在0.2米／秒以下，完全符合国际羽联的要求。观众席的温度保持在25℃至27℃之间，场内则是26℃到28℃。依靠自己的智慧，中国人成功解决了困扰国际羽坛多年的“老大难”问题。

　　

　　责任编辑　蒲　晖