綠色建筑新典范
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摘要：國家游泳中心又被稱為“水立方”，是世界上規模最大的膜結構工程，也是21世紀我國節水、節能、節材的綠色建筑的典范。
關鍵詞：水立方綠色建筑膜結構節能
國家游泳中心又被稱為“水立方”（Water Cube），位于北京奧林匹克公園B區西南角，是北京為2008年夏季奧運會修建的主游泳館?！八⒎健苯ㄔO用地62950平方米，總建筑面積79532平方米，建筑物檐口高度31米，基底面積177米×177米，標準座席17000個（其中臨時座席約13000個，永久坐席4000個），2003年12月24日開工，在2008年1月28日竣工。
這個設計的靈感來自于水分子結構和肥皂泡，也是中國傳統文化和現代科技的共生產物。古人云：沒有規矩不成方圓。在中國傳統文化中，“天圓地方”的設計思想催生了“水立方”，它與圓形的“鳥巢”――國家體育場相互呼應，一方一圓、一藍一紅相得益彰。與主場館“鳥巢”的設計相比，“水立方”體現了更多的女性般的柔美，一個陽剛，一個陰柔，形成鮮明對比，在視覺上極具沖擊力。
神奇的膜結構
“水立方”最大的特點在于它的膜結構，雖然占地7-8公頃，建筑主體卻沒有使用一根鋼筋一塊混凝土，整個水立方工程都是用細鋼管連接而成的，桿件多達2.2萬根，有1.2萬個節點。僅0.24mm厚的淡藍色ETFE薄膜氣枕像皮膚一樣包住整個建筑，使水立方散發出一種高貴優雅的氣質。水立方的內外立面共由3000多個不規則的氣枕組成（其中最小的不足1平方米，最大的達到9平方米），覆蓋面積達到11萬平方米，展開面積達到26萬平方米，堪稱世界上規模最大的膜結構工程，也是唯一一個完全由膜結構來進行全封閉的大型公共建筑。
水立方所使用的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）是世界上最先進的環保節能膜材料，這種最早用于航天科技的堅韌材料具有很多優良的特性：抗撕拉極強、抗張強度高、高阻燃性、低煙、透光率高，以及出色的抗沖擊能力和較長的使用壽命。ETFE充氣后，每塊膜都能承受一輛汽車的重量，此外，膜的耐火性、耐熱性都很明顯，因ETFE是含氟化合物能阻隔氧氣，即便被點燃，這種材料在也只會熔化而不會燃燒擴散，并且幾乎沒有煙，也沒有燃燒物落下，形成的窟窿還方便人們逃生。跟玻璃相比，ETFE膜不但安全可靠，還可以透進更多的陽光和空氣，從而讓泳池保持恒溫，能節電30%，同時大幅降低整個建筑的重量，這么大體量的公共建筑僅6700噸，這不能不歸功于ETFE這種膜結構。
在水立方出現之前，英國康沃爾的伊甸園生物圈和德國慕尼黑安聯體育場也都使用過ETFE膜材料，安聯體育場同樣使用氣枕式外墻，但與水立方相比，兩者的區別在于，安聯體育場的氣枕覆蓋面積為僅為水立方的60%，并且使用的是規則排列的單層氣枕，而水立方則是雙層氣枕，且幾乎沒有形狀相同的兩個氣枕。
新型的綠色環保設計
1、節水：
作為國家游泳館，“水立方”自然是奧運場館中的用水大戶。為了保證“水立方”能夠達到良好的節約效果，工程師還專門設計了雨水收集系統、中水回用獲取凈水系統及降低自來水消耗系統和減少廢水排放系統。這些系統的運用可使“水立方”每年收集雨水約1萬噸、洗浴廢水7萬噸，游泳池用水6萬噸，建筑物所需的綠化、冷卻塔補水、護城河補水、沖廁、沖洗地面等用水則全部通過廢水回用解決，每年減少廢水排放量14萬噸。
收集和循環雨水，這是充分體現“水立方”綠色設計思想的一個技術亮點，在“水立方”約3萬平方米的房頂上專門設計了一套雨水收集系統，將使雨水的收集率達到100%，全年收集雨水約1萬噸，相當于北京100個居民家庭的一年用水量。雨水從房頂匯集到“水立方”南廣場的中心儲蓄池內，經過初期棄流――調蓄――消毒等再回用，如供給空調冷卻水補水、沖洗場館和室外景觀用水等。中水回用也是充分體現“水立方”綠色設計思想的另一個技術亮點，運動員洗浴后的廢水、游泳池循環凈化后排出的廢水等，經過生物接觸氧化過濾再用活性炭吸附并消毒后，將用于場館內便器沖洗、地面沖洗以及室外綠化灌溉，僅此一項每年就可節水4萬噸以上。
同時，為了提高凈水系統運行效率，降低電力消耗和凈水藥劑的使用量，泳池換水全程采用自動控制技術，可以節約泳池補水量50%以上。為盡可能減少人們在使用場館時對水的浪費，“水立方”內的面盆、沐浴龍頭、便器等設備均采用感應式的沖洗閥，合理控制洗具潔具的出水量，預計可以節水10%左右。此外，為了減少水的蒸發量，“水立方”的室外綠地將在夜間進行灌溉，采用以色列的微灌噴頭，建成后可以節約用水5%。這一點，也在“鳥巢”工程中得到了充分體現。
2、節能：
為減少二氧化碳的產生，“水立方”在設計中刻意減少了電的使用。除了利用太陽能電池供電外，在自然光的利用上，由于“水立方”采用了透明的膜材料和相應的技術，使得場館每天能夠利用自然光的時間達到了近10小時，一年下來，8萬平方米的“水立方”將節約50%的照明能源。
“水立方”雙層膜的結構形式也是非常節能的，分布在ETFE膜上的幾億個鍍點，起到散光隔熱的作用，能有效調節進入室內的光線，把多余的熱量擋在場館之外，保證場館的溫度和采光，并且使酷熱天氣里的“水立方”不會成為巨大的“溫室浴場”。工程師們還根據建筑內不同的功能分區，制作不同薄厚的鍍點，如人們集聚的區域使用外層55-60%厚鍍點、內層20%薄鍍點的ETFE膜。正是這一把把神奇的小遮陽傘，使“水立方”的空調降溫費降低了40%。
為了使氣枕墻保持衡定的壓強，“水立方”被分成了18個充氣區，每個區的充氣管道都由粗到細分成好幾個等級，就像人體的血管網一樣，并且每個區都有自己的風扇，感應器根據氣枕壓強控制風扇開關，充氣所需的電能僅和一個冰箱差不多?！八⒎健眱鹊墓澞芟到y還對對廢熱進行回收，利用空調余熱對池水加熱，熱回收冷凍機的應用一年將節省60萬度電。還有現代化消防裝置為建筑量身定做，比常規設施節約74%。
3、節材：
“水立方”建筑面積達8萬平方米，整個建筑主體都是用細鋼管連接而成的，桿件多達2.2萬根，連起來總長約有90公里，但總重量卻只有6700噸，重量輕、跨度大、穩定性好，是“水立方”鋼結構的特點和優勢所在，這就得益于“水立方”肥皂泡的設計靈感?！皻馀堇碚摗彼鉀Q的是三維空間內各部分接觸的表面積最小問題，對于鋼結構來說，就是所用的材料最少?！八⒎健钡匿摻Y構根植于這種組合形式，使其所用的鋼材數量大為減少，但穩定性卻非常好，這是因為這種結構形式本身就是一種很穩定的結構形式，已經經過了自然界的驗證，設計師無需做太多調整工作，就能達到理想的效果。
結語：
通過“水立方”， 我們看到了建筑科技與藝術的完美結合，也看見了一個節能環保的綠色建筑新典范。高新技術和新型材料的使用使它充滿現代科技感，無處不在的節能設計體現著環保、綠色的理念，每一個細節都傳承著以人為本的精神，水立方正是“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”三大理念的最好詮釋。
參考文獻 ：
[1]孫黎,周鐵濤,李娟.“水立方”中的膜結構――ETFE[J].力學與實踐,2008,(03).
[2]傅學怡,顧磊.國家游泳中心結構設計[J].建筑結構,2006,(6).
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