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第88集 水立方中的科技亮点

第88集 水立方中的科技亮点 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-26   浏览数:
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  说起2008年北京奥运会的标志性建筑,“鸟巢”和“水立方”各具特色的造型给全世界人民留下了非常深刻的回忆。特别是在“水立方”内为期9天的游泳比赛中,一共诞生了24项世界纪录、66项奥运会纪录,堪称奥运史及游泳史上的奇迹,“水立方”也因此得到了“世界上最快泳池”的称号。

  其中,夺得了8枚奥运金牌、打破7项世界纪录的游泳运动员菲尔普斯对“水立方”更是赞不绝口,那么,究竟是什么魔力让“水立方”如此不同凡响呢?今天,我们就来解密“水立方”中都有哪些科技亮点?

  作为世界上第一个“气泡”理论的钢结构建筑,“水立方”全新的设计理念为人们展示了一座让人耳目一新的、梦幻般的游泳馆,但是想要把梦幻转化为现实,其中的该科技攻关可能并不被大家所了解。

  “水立方”最大的亮点是我国首次采用ETFE膜结构,这也是当时国际上建筑面积最大、功能要求最复杂的膜结构系统。然而,北京的秋冬是多风的季节,当时的设计人员为何能确定“水立方”的塑料气泡外衣能承受得住寒风的考验呢?

  原来,在当时设计建筑方案的时候,设计人员就专门为了测试“水立方”的抗风能力,进行了风洞试验。他们按照1比100的比例,复制了一个“水立方”的模型。在模型的内部又安装了很多的电子传感器。然后模拟北京一年四季的风向,分别从8个方向,对这个模型进行试验,最终得出风洞实验的数据。结果发现,“水立方”北侧墙角的位置承受风的压强最大,达到每平方米60到70公斤。

  听到这个实验数据,想必很多听友都会表示担心,这么大的风压,“水立方”表面的气泡会不会被吹瘪?它能承受住这么大的风压吗?

  其实,这些问题都在设计人员的考虑范围之内。他们为了确保“水立方”的气泡外衣足够结实,用了至少三层的ETFE膜对每块气枕进行包裹;而且为了抵御大风,设计人员又在每个角部,为受到风压最大的气枕,安装了五到六层的ETFE膜,使它足够可以抵御百年一遇的大风。

  如果我们仔细观察的话,还会发现,在每一个气枕的边角处,都安装了2到3个充气阀门,之所以有它们的存在,是因为“水立方”的气枕采用的是一种智能充气系统,里面的每一个阀门都要经过长长的管道,最终连接到一个智能的自动充气装置。当充气系统感应到气枕内的压强变小的时候,它就会自动启动,进而为气枕充气;如果是冬天下大雪的时候,屋顶的气枕还可以在工作人员的判断下,再增压300帕,以此来承受积雪的压力。

  另外,如果我们可以进到“水立方”墙壁的内部,也就是内外两层气枕的中间,我们就会发现,在外层气枕的内侧和内层气枕的外侧,都镀有直径大约16毫米的银色圆点,可不要小瞧这些圆点,它们可是在“水立方”中占有举足轻重的位置。

  要知道,在“水立方”建设初期,很多人都曾有过这样的担心:北京奥运会举办的时候正值盛夏,暑热的天气会不会使“水立方”变成一个汇聚阳光的“大温室”呢?观众置身场馆当中,会不会感到闷热,透不过气来呢?对于这些问题,我们的设计师又想出了新办法。

  解决这些问题的“法宝”就是刚刚我们提到的分布在ETFE膜上的镀点,它们可以像“遮阳伞”一样控制着“水立方”的温度和采光。这些16毫米大的镀点,密度从10%到65%不等,完全可以用来控制膜的透光度,减少阳光带来的热量,避免室内温度过高。

  另外,这些镀点还可以改变光线的方向,起到隔热散光的效果,它们布成的点阵,可以把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外,而让所需要的光线可以自由通过,保证场馆的温度和采光。

  与此同时,我国的“水立方”,还是一座会“呼吸”的体育馆。这是因为设计人员在墙壁的内部安装了机器,可以把来自室外的新鲜空气,从通风口源源不断地吹进来,然后再从房顶的出气孔抽出去。这样一吸一吐的过程中,积聚在两层气枕间的热气就被带走了。通过这种方法,就可以大大降低了室内的温度。

  解决了“水立方”通风透气的问题之后,“水立方”的又一大亮点,也就是夜间“水立方”异彩纷呈的景观照明,同样非常地令人瞩目。

  按照以往的经验来说,人们对于建筑物的照明,通常会采用外投光照明方式、轮廓照明方式和一般内透光照明方式。但这三种方法用在“水立方”的身上,照明效果都不是很理想。这是因为“水立方”是透明的,如果使用外投光,就会影响室内的比赛;使用轮廓光的话,只能勾勒出立方体的呆板线条;而如果使用内透光,那么膜上遮阳用的镀点,就会对光线产生干扰。这样一来,设计人员就需要为“水立方”探索出一种新的照明方式。经过不断的实验,最终设计人员决定采用空腔内透光的照明方式。

  这种方式就是进入到“水立方”墙体的内部,在外墙的每一个气枕下面,都整齐地安装了一排照明灯。这些小小的照明灯,可以在计算机软件编程的帮助下,变化出上千万种颜色,形成丰富多变的光色组合,可以表达特殊的场景气氛和不同的情绪。除此之外,在水立方的南面墙体上,还安装了LED大屏幕,在奥运会期间,它可以实时转播场馆内的比赛。

  但如果我们站在发光的“水立方”外面,却看不到任何的照明工具。原来,为了使“水立方”的夜景照明达到最佳的效果,设计人员选择把照明灯全部安装在气枕的下面,这样就是把灯具藏了起来,让观众享受水立方优美的梦幻颜色的同时,看不见任何灯具的存在。

  值得一提的是,设计人员使用的这种照明灯,也是LED灯的一种,它的优点是颜色多变的同时,更是环保、节能的新一代照明产品。为了使“水”这一主题贯穿到体育馆的每一个角落,设计师还在“水立方”的内饰上,作了一些独特的设计,走进“水立方”的比赛大厅,处处可以感受到“水”的元素。

  比如,蓝白相间的观众座椅,上面一串灵动的水泡点缀其中;跳水池和游泳池的岸边,一圈又一圈的浅蓝色图案,仿佛是溅到岸上的水花;环境幽雅的泡泡吧,让观众好像置身在深蓝色的海水里。“水立方”无论从结构外观,还是馆内的装饰,每一个细节,都体现着“水”的柔美与灵动,传递着设计人员的细心与严谨。

  就拿“水立方”内的游泳池来说,普通泳池的深度一般在2米到2.5米之间,而“水立方”的泳池水深为3米,是当时世界上唯一一个全部深度为3米的泳池,这样的深度可以降低水波动对运动员的影响;而且,泳池的结构还采用了双层独立泳池结构,泳池的侧壁与周围地下室墙体分开,泳池檐口与周围看台楼板完全断开,进而就可以避免周围的看台上传来的任何震动,最大程度保证了池水稳定;此外,泳池的四周为独特的溢水槽设计,可以有效降低溢水噪声,并保证池水迅速平稳地溢流,有效消除运动时产生的波浪,减低对运动员的干扰。或许正是因为泳池的各种创新,全球的运动员才会在“水立方”创下那么多的世界纪录。

  总的来说,“水立方”的成功建成,很大程度上填补了国内外在建筑科技领域的技术空白,同时也推动了我国科学技术产业化进程。要知道,在2012年2月,“水立方”荣获了国家科学技术进步一等奖,除此之外“水立方”还获得了鲁班奖、詹天佑奖、国家发明专利5项、实用新型专利7项、国家级工法2项,多项技术成果达到了国际领先水平。

  如今,虽然北京奥运会已经过去十多年的时间了,但“水立方”依旧坐落在北京奥林匹克公园,以专业、先进的水平,举办着各类比赛和盛会,享受世界的称赞。它不仅成为了北京地标性的建筑,更是充分展现了我国科技事业的发展水平。


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