“水立方”的秘密--PTW建筑事務(wù)所主設(shè)計(jì)師訪談(下)

　水立方：性別、開(kāi)爾文定律與ETFE

　　2006年12月11日，澳大利亞PTW建筑事務(wù)所兩名主設(shè)計(jì)師約翰?保林（John Pauline）與托比?王（Toby Wong）出現(xiàn)在北京世紀(jì)劇院的LKP建筑系列講座上。作為國(guó)家游泳中心“水立方”的主設(shè)計(jì)單位之一，正是他們?yōu)椤八�立方”帶�?lái)了ETFE這種新型材料。在保林的娓娓道來(lái)之下，“水立方”的最初設(shè)計(jì)理念與建造過(guò)程被一一“解構(gòu)”。

　　四天前，已完成主鋼結(jié)構(gòu)施工的“水立方”向公眾開(kāi)放，其建筑外墻采用的新型環(huán)保節(jié)能ETFE(四氟乙烯)膜材料首次亮相，這種如液體氣泡般、對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)無(wú)比新鮮的建筑材料成為“水立方”引人注目的焦點(diǎn)。

　　在完成了鋼結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)之后，“水立方”的施工已經(jīng)渡過(guò)了最主要也是最艱難的階段，年底前完成外立面封閉，明年10月將全部完工。

　　美國(guó)易道公司北京主設(shè)計(jì)師邁克爾?埃瑞克森（Michael Erickson）將PTW描述為“集精妙創(chuàng)意和高超執(zhí)行力于一身的建筑事務(wù)所”。帶著這樣的評(píng)價(jià)，主設(shè)計(jì)師保林面對(duì)講座現(xiàn)場(chǎng)前來(lái)聆聽(tīng)的以建筑師為主體的聽(tīng)眾，從容解答了他們對(duì)于“水立方”與ETFE的種種好奇與疑問(wèn)。

　　呼應(yīng)鳥(niǎo)巢

　　“水立方”由中國(guó)建筑工程總公司、澳大利亞PTW公司、澳大利亞ARUP公司組成的聯(lián)合體協(xié)作設(shè)計(jì)。回顧“水立方”的中標(biāo)過(guò)程，保林認(rèn)為，“水立方”從眾多方案中脫穎而出的原因，在于它根植于中國(guó)文化的“方形合院”，并能與鄰近的鳥(niǎo)巢緊密呼應(yīng)。他指出，“水立方”的創(chuàng)意形成并非偶然的想法，而是一個(gè)循序漸進(jìn)的設(shè)計(jì)思維過(guò)程。

　　“作為來(lái)自悉尼的設(shè)計(jì)師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)國(guó)家游泳中心的方案時(shí)考慮最多的問(wèn)題是如何體現(xiàn)中國(guó)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館的東方特點(diǎn)和中國(guó)文化血脈，特別是游泳館這種形式感和功能性都很強(qiáng)的建筑。”保林說(shuō)，PTW在設(shè)計(jì)之初設(shè)想了各種水可能形成的形態(tài)，圍繞水的主題，同時(shí)思考游泳時(shí)水波產(chǎn)生的各種變化，意圖以一個(gè)有機(jī)的形體來(lái)塑造它。

　　保林透露，早在設(shè)計(jì)之初，PTW便與中方合作伙伴中國(guó)建筑工程總公司達(dá)成了一致，認(rèn)為國(guó)家游泳中心應(yīng)該是一座高度透明的建筑，這個(gè)理念的統(tǒng)一最后促成了“水立方”的形成。并且，“在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們印象最深刻的是中方合作伙伴向我們闡釋‘方形合院’在中國(guó)文化的重要性，所以我們對(duì)方形建筑作了特別的探索。最后的效果很好，與橢圓形的鳥(niǎo)巢形成了鮮明對(duì)比。”他說(shuō)。

　　在PTW接手國(guó)家游泳中心投標(biāo)方案時(shí)，國(guó)家體育場(chǎng)的方案已經(jīng)確定為赫爾佐格和德梅隆設(shè)計(jì)的鳥(niǎo)巢。“有人認(rèn)為鳥(niǎo)巢的存在使國(guó)家游泳中心的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，但也有人認(rèn)為這項(xiàng)工作更難。于是，怎樣與鳥(niǎo)巢在建筑語(yǔ)匯上相互對(duì)話、取得中軸線兩端兩座建筑的平衡成為國(guó)家游泳中心設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題。”保林說(shuō)。

　　“水立方”的外形被正式確定為方形后，PTW與中建公司針對(duì)它進(jìn)行了各種理性思考，最終確定了以柔軟而堅(jiān)韌的ETFE外膜作為其外立面。從效果圖上看，“水立方”與鳥(niǎo)巢對(duì)比強(qiáng)烈。“鳥(niǎo)巢強(qiáng)勢(shì)，水立方優(yōu)雅；鳥(niǎo)巢是橢圓形的，外立面邊緣平滑，而水立方是方形的，棱角分明；鳥(niǎo)巢內(nèi)部的座椅是紅色的，顏色鮮艷，而水立方從外面看是泛著藍(lán)光的冷色調(diào)。可以說(shuō)，鳥(niǎo)巢是男性化的，水立方則對(duì)應(yīng)地呈現(xiàn)出女性化的特質(zhì)。”保林說(shuō)。

　　開(kāi)爾文定律

　　“水立方”被確定為國(guó)家游泳中心的方案后，一些專(zhuān)家和媒體評(píng)論它的形態(tài)過(guò)于隨意，尤其是外部的ETFE膜。保林特別在講座上指出，“水立方”看似隨意閑散，其實(shí)體現(xiàn)了一個(gè)精密而理性的設(shè)計(jì)過(guò)程。

　　PTW在講座現(xiàn)場(chǎng)展示的一張?jiān)O(shè)計(jì)早期的幻燈片顯示，盡管當(dāng)時(shí)建筑表面的材料問(wèn)題還沒(méi)有解決，但設(shè)計(jì)師已經(jīng)比較一致地將目光鎖定在“水泡”上，這激發(fā)了大家最終的設(shè)計(jì)靈感。“我們想到了有機(jī)細(xì)胞的天然圖案以及肥皂泡的形成，希望觀眾坐在建筑里面，能體會(huì)到水的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的各種形式，由此產(chǎn)生一種身處水中流動(dòng)的感覺(jué)。”保林說(shuō)，“最后終于發(fā)現(xiàn)能夠支撐較大跨度的水泡是一種合適的有機(jī)結(jié)構(gòu)，思路走到這一步時(shí)，所有設(shè)計(jì)師都非常激動(dòng)。”

　　而PTW的合作伙伴ARUP公司的主要工作則是將“水泡構(gòu)思”轉(zhuǎn)化為3D結(jié)構(gòu)圖，他們思考如果將“水立方”視為一個(gè)可以細(xì)分為若干均等部分的三維空間，何種形狀能夠保證界面接觸面積最小？最終設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，19世紀(jì)末英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文發(fā)現(xiàn)的開(kāi)爾文定律能解釋這個(gè)問(wèn)題：14邊形的三維結(jié)構(gòu)球體組成的結(jié)構(gòu)接觸界面最小，后在經(jīng)過(guò)1993年英國(guó)的兩位科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行研究和改進(jìn)后，使得界面接觸面積又縮小了3%。

　　“泡沫理論”最終幫助“水立方”形成了復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，成為其龐大的鋼結(jié)構(gòu)體系的依托，代入軟件中，成為精確的模型。

　　“泡泡墻”

　　被戲稱(chēng)為“泡泡墻（Bubble Wall）”的ETFE膜在此時(shí)進(jìn)入PTW的視線，因?yàn)樗�足夠�?jiān)硬，非常適用于環(huán)境苛刻、溫度敏感的游泳場(chǎng)館，同時(shí)又是透明的，滿足了PTW要求“水立方”高度透明的設(shè)計(jì)原則。

　　“雖然ETFE是第一次進(jìn)入中國(guó)，但實(shí)際上在國(guó)外建筑界已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。”托比?王說(shuō)。在國(guó)外，ETFE多數(shù)應(yīng)用于溫室外立面，溫室對(duì)環(huán)境和溫度的要求與游泳館類(lèi)似。此外，赫爾佐格和德梅隆設(shè)計(jì)的德國(guó)慕尼黑安聯(lián)體育場(chǎng)也應(yīng)用了ETFE。

　　應(yīng)用于“水立方”之上的ETFE為雙層結(jié)構(gòu)，效果也與溫室類(lèi)似，冬日光線照進(jìn)來(lái)時(shí)，可以保證室內(nèi)溫度；而夏天可以通過(guò)雙層結(jié)構(gòu)引入通風(fēng)系統(tǒng)，并在建筑下部安裝1米多高的百葉通風(fēng)口，原理類(lèi)似于呼吸幕墻。冬天關(guān)閉，夏天開(kāi)啟，保證冬暖夏涼。

　　“水立方”的建筑面積約8萬(wàn)平方米，高約30米，使用的ETFE共由3000多個(gè)氣枕組成，覆蓋面積達(dá)到10萬(wàn)平方米，展開(kāi)面積達(dá)26萬(wàn)平方米，是世界上惟一一個(gè)完全由膜結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行全封閉的公共建筑。工程建設(shè)方ARUP公司在對(duì)許多材料進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)后，最終判定這種膜是最適合“水立方”的，隨后對(duì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，調(diào)整了膜的設(shè)計(jì)。氣枕將通過(guò)事先安裝在鋼架上的充氣管線充氣。整個(gè)充氣過(guò)程由電腦智能監(jiān)控，根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣壓、光照等條件使氣泡保持最佳狀態(tài)。

　　據(jù)保林介紹，“水立方”頂部的氣枕膜層數(shù)已達(dá)4層，而墻體的膜則在2~3層之間。若頂層只有兩層膜，下雨天“水立方”內(nèi)的人就會(huì)感到頭上有“打鼓”的感覺(jué)，在增加膜之后，雨點(diǎn)敲擊頂部薄膜的聲音就不會(huì)再對(duì)室內(nèi)的正常使用造成影響。而ETFE的強(qiáng)度也被反復(fù)檢測(cè)，結(jié)果表明即使在冰雹天氣使用也沒(méi)有問(wèn)題。

　　保林還透露，澳大利亞昆士蘭一家請(qǐng)PTW做設(shè)計(jì)的公司看過(guò)“水立方”后，特別要求他們?cè)谠O(shè)計(jì)中也使用ETFE，并從墨爾本空運(yùn)了大量ETFE過(guò)去。“水立方”幫助PTW贏得了更多他們?cè)诎拇罄麃啽就恋慕ㄖ��?xiàng)目。

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