世界最大的膜结构工程水立方ETFE膜应用案例分析介绍

  说到水立方，相信大家都一定不会陌生，它的官方名字是——国家游泳中心，是2008年北京奥运会的三大标志性建筑之一（其他两个是国家体育场与国家体育馆）。水立方的材料是ETFE膜，水立方之所以有这么多其他建筑所不具备的优点，正是这种神奇的膜材赋予的。简单来说ETFE膜材的特点是：自重轻、强度高、耐磨耐擦、耐腐蚀、耐高温、透光性佳（高达95%），而且还能循环使用，可以说是一种相当完美的新型建筑材。今天，万豪膜结构就为大家好好的来介绍一下，这个世界最大的膜结构工程。

  建筑背景及规模
  水立方是为08年北京奥运会专门兴建的，作为游泳比赛的主场馆，其是一个长177米、宽177米、高31米的方形建筑，建筑面积达到了79532平米，最多可容纳17000名观众，拥有6000个永久座位，11000个临时座位，水立方是世界上最大的ETFE膜结构工程，其膜覆盖面积超过10万平米，展开面积超过26万平米，也是世界上唯一一个完全由膜结构进行全封闭的大型公共建筑，工程总造价超过10亿元，水立方同时是唯一一个世界各地侨胞捐款援建的奥运场馆，总捐款额约8.5亿人民币。
  设计理念
  作为与国家体育场（鸟巢）一路之隔的水立方，其设计也是与鸟巢遥相呼应，水立方设计灵感来源于水元素，其一圆一方，体现了中国“天圆地方”的古代天文认知，如果将钢铁之躯的鸟巢比喻为健硕的男子，那么水立方就是一个柔美的女性，其方形的旧建筑造型，也隐喻了中国“无规则不成方圆”的哲学思想，可以说将中国传统文化与现代的建筑理念进行了完美的融合。水元素在中国的传统文化中占有非常重要的地位，智者乐水仁者乐山，水总能给人带来欢乐的情绪，水立方在奥运会后是北京最大的水上乐园，其设计也是为了满足各个年龄层的人们享受水带来的乐趣，激发人们对生活的热情，为了达到此目的，设计者将水的体现形式概念化，实体化，他们想到了水泡，在方形的建筑外层布满这种酷似水泡的几何形状，让水的设计理念体现的淋漓尽致。
  建筑技术
  水立方采用的是膜结构建筑技术，其是一种21世纪最具代表性的全新建筑形式，在各种大跨度的空间建筑中已经成为了一种首选技术，水立方所使用到的膜材是ETFE，这种膜材的特点我们上边已经简单说过了，其使用寿命超过20年，其强度很高，人在上面走完全没有问题，现在世界上能独立完成这种规模膜结构建筑的公司只有三家。
  说到水立方的建筑技术我们就不得不提气泡理论，19世纪末Lord Kelvin提出了一个问题：如果我们将三维空间细分为若干个小部分，每个部分体积相等但要保证接触表面积最小，这些细小的部分应该是什么形状？1993年这个问题得到了最理想的答案，Weaire和Phelan教授提出要解决这个问题，那么构造体中采用两种不同的单元体，一种为十四面体，一种为十二面体，水立方的多面体空间钢架结构就是采用的这种方式，水立方整个建筑由3000多个ETFE气枕构成，气枕大小形状不一，面积超过10万平米，水立方除了地表之外，整个结构表面都是由膜覆盖，其安装是先搭建钢架构，然后安装气枕，最后通过钢架上预留的充气线对气枕进行充气，气枕就变成了气泡，充气过程都是由电脑自动控制的，而且会根据气压，光照等条件进行实时的调整，保证整个气泡单元都处于最佳状态。因为ETFE膜材具有自洁的功能，所以依靠雨水冲刷就能保持外表洁净如新，还有一个优点就是维修便捷，电脑会实时监控各个气泡单元的状况，如果出现损坏可以快速定位进行修复或者更换，此外，在水立方漂亮的膜结构外衣上还点缀着无数白色的亮点，被称为镀点，他们的作用是反射光线，从而保证水立方内部隔热散热的效果，由于ETFE膜材有很好的透光性，所以白天室内采光完全依靠自然光线，这就大大减少了照明设施的使用时间，也起到了节能减排的作用。最不可思议的是建筑面积将近8万平米的水立方没有使用一根钢筋，一块混凝土，其墙体跟顶棚都是用钢管连接而成，共有1.2万个节点，用钢量仅6900吨，平均每平米只有120公斤，其依靠只有2.4毫米厚的膜结构气枕对整个建筑进行包覆，整体给人的感觉就是不可思议。

  对我国膜结构行业的影响
  水立方作为一个在世界范围内具有很大影响力的膜结构建筑，其在中国的膜结构行业历史上可以说增添了浓墨重彩的一笔，水立方很多技术在当时是世界领先的，其创意也是大胆的，它让更多的普通人知道了膜结构，展现了膜结构建筑独特的魅力，水立方可以说掀开了国内膜结构行业高速发展的序幕。
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