"角斗士"一流水準(zhǔn) "水滴"奇觀藍(lán)色理想

    “水滴”是這樣誕生的

    號稱“世界首創(chuàng)湖上體育場”的天津奧林匹克中心體育場“水滴”，在經(jīng)過三年多的建設(shè)后，3月10日將向世人揭開面紗。

    “水滴”的設(shè)計(jì)周期前后總共花了兩年多時間，這個呈不規(guī)則橢圓形的“大水滴”僅屋蓋的設(shè)計(jì)圖紙就超過2000張，而由外弧里弧共896條圓弧、近萬個節(jié)點(diǎn)擬合成整個曲面的設(shè)計(jì)，全國知名專家論證：“水滴”造型、曲線、利用的材料是目前國內(nèi)體育建筑最復(fù)雜的設(shè)計(jì)。

    那么，參與這項(xiàng)偉大工程的設(shè)計(jì)者和建設(shè)者，是如何讓一個浪漫奇異的想象變成現(xiàn)實(shí)的呢？這個建筑“皮膚”由金屬和玻璃組成的“大水滴”，建設(shè)者是如何克服設(shè)計(jì)和施工上的難度，讓這些材質(zhì)各異的“皮膚”安全妥帖地覆蓋到“飄移”的鋼架上？在一個個“攔路虎”面前，“蜘蛛俠”安裝工們?nèi)绾卧诰S系生命的安全繩上工作？

    這里，我們只做記錄，也僅能做記錄，因?yàn)橛涗浭菍�建設(shè)者最大的尊重和敬意！

    設(shè)計(jì)方案競爭的是外觀

    “角斗士”均國際一流水準(zhǔn)

    臨水而起，猶如一顆由東南風(fēng)吹來的水滴，在建的天津奧林匹克中心體育場與已建成的天津體育館宛若兩顆清亮的水滴，搖曳著在水面掠過。這幅詩意美景將于3月10日呈現(xiàn)在我們面前。

    2008年，北京奧運(yùn)會的足球比賽將在這里進(jìn)行。

    天津奧林匹克中心體育場的設(shè)計(jì)，按照國際慣例，天津市政府采取向國內(nèi)外招投標(biāo)方式公開招標(biāo)，經(jīng)過專家反復(fù)論證和評審，日本佐藤綜合計(jì)畫從中國、澳大利亞、法國、德國、韓國、美國等的12家競標(biāo)單位中脫穎而出一舉中標(biāo)。最終由他們與天津建筑設(shè)計(jì)院聯(lián)合完成天津奧體中心競技區(qū)總規(guī)劃及體育場單體設(shè)計(jì)。

    事實(shí)上，12家競標(biāo)單位中包括天津建筑設(shè)計(jì)院，他們提供了將天津“市花”月季花融入設(shè)計(jì)理念的“城市之魂、水韻花影”設(shè)計(jì)方案。對于曾經(jīng)設(shè)計(jì)過天津體育中心等成功案例的這家設(shè)計(jì)院，這次方案沒有中標(biāo)，該院副總建筑師王士淳顯得很坦然。

    “12個方案當(dāng)中，11個方案都是國外設(shè)計(jì)的，其中有4家與中國合作，我們是唯一一家純中國的設(shè)計(jì)單位，而且入圍了三甲，還是挺驕傲的。”王士淳承認(rèn)，中標(biāo)的日本方案立意在12個方案中是最突出的。“水環(huán)境在天津來講是一個特點(diǎn)，而原來奧體中心預(yù)留用地范圍內(nèi)就有較大水面，體育場造型是水滴狀，與周圍水環(huán)境比較融洽。”

    與此相對應(yīng)，其他落選的11個方案，在設(shè)計(jì)風(fēng)格與設(shè)計(jì)理念上各有什么優(yōu)劣？王士淳肯定，設(shè)計(jì)競爭的就是外觀。“不是說誰中標(biāo)就是最好的設(shè)計(jì)單位，中標(biāo)與否同評委的審美取向有很大關(guān)系，可能再請一批評委又會有不同的選擇。”

    報(bào)名參與招標(biāo)的30多家設(shè)計(jì)單位中，經(jīng)過資格和業(yè)績評審，篩選出12家在體育設(shè)施設(shè)計(jì)上具有國際一流水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)單位參與競標(biāo)。這12家單位涵蓋了1992年巴塞羅那奧運(yùn)會、1998年法國世界杯、2000年悉尼奧運(yùn)會、2002年韓日世界杯、2004年雅典奧運(yùn)會和2006年德國世界杯主體育場的設(shè)計(jì)單位和個人。“從總體上看，這12個設(shè)計(jì)方案代表了當(dāng)今國際上體育場設(shè)計(jì)的最高水平和最新理念。”王士淳評價(jià)。 
 
    中日合作完成總體設(shè)計(jì)

    體育場設(shè)計(jì)中方有優(yōu)勢

    天津建筑設(shè)計(jì)院最終與日本佐藤合作完成總體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案有沒有幾易其稿？合作過程中有沒有矛盾？

    “方案確定后，我們院長帶隊(duì)赴日本去研究方案修改問題，一共去了9個人，日本方面也多次派人到天津。在初步設(shè)計(jì)階段，我們院專門派了一位設(shè)計(jì)師在日本呆了一個月。佐藤很愿意與我們合作，他們對天津建筑設(shè)計(jì)院評價(jià)很高。”

    由天津建筑設(shè)計(jì)院完成設(shè)計(jì)的天津體育中心，1995年43屆世乒賽投入使用時得到很高評價(jià)，該設(shè)計(jì)獲得很多國內(nèi)建筑獎項(xiàng)最高榮譽(yù)。王士淳回憶，“日本佐藤很尊重我們，佐藤的優(yōu)勢是搞音樂廳、劇院，日本國內(nèi)很多著名劇院都是他搞的，而在體育場館設(shè)計(jì)方面我們有優(yōu)勢，正好是一個彌補(bǔ)。”

    天津建筑設(shè)計(jì)院在1995年成功設(shè)計(jì)天津體育館后名聲大噪，之后陸續(xù)做了廈門總工會體育中心、蘇州體育館、陜西體育館等大型工程，目前正參與沈陽奧體中心設(shè)計(jì)。“我們院在做體育場館等復(fù)雜的大型空間設(shè)計(jì)上有很大優(yōu)勢，這也是我們院今后發(fā)展的特色。”

    歷年來參與大型工程的設(shè)計(jì)鍛煉培養(yǎng)了一批人。王士淳說，“從1998年以后院里投資近100萬購買了一些世界先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件，通過研究應(yīng)用培養(yǎng)了一批人才；院里還分階段組織人員到日本、歐洲等國家去考察，比如2004年雅典奧運(yùn)會就派技術(shù)人員實(shí)地考察。”

    設(shè)計(jì)周期前后花了兩年多

    僅屋蓋設(shè)計(jì)圖紙超兩千張

    號稱“世界首創(chuàng)湖上體育場”的“水滴”，建筑“皮膚”是由金屬和玻璃為主要材料，這個呈不規(guī)則橢圓形的“大水滴”屋架是鋼結(jié)構(gòu)，據(jù)說屋蓋和鋼結(jié)構(gòu)是施工難度最大的兩塊，到底難在何處？

    “水滴屋蓋造型設(shè)計(jì)時是在計(jì)算機(jī)上建立的模型，但從設(shè)計(jì)圖紙落實(shí)到施工圖紙時，計(jì)算機(jī)模擬圖在實(shí)際施工時根本操作不了，我們等于要手工作業(yè)。‘水滴’屋蓋每條曲線都是圓弧，但這些圓弧不能由一個統(tǒng)一的數(shù)字方程來概括，屋蓋包括外弧里弧共有896條圓弧，我們測了近萬個節(jié)點(diǎn)擬合成整個曲面。”

    王士淳的另一個身份是天津奧林匹克中心規(guī)劃設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人，在他的辦公桌上，堆滿了厚厚的設(shè)計(jì)圖紙，說話間他從暖氣片后又抽出幾卷設(shè)計(jì)圖紙，“實(shí)際上我們僅屋面的設(shè)計(jì)圖紙就超過2000張，而其中最難的計(jì)算部分就是水滴抻出來的那部分。”

    “水滴”的設(shè)計(jì)周期前后總共花了兩年多時間，天津建筑設(shè)計(jì)院曾召集全國專家論證，證明此設(shè)計(jì)在國內(nèi)建筑界是最復(fù)雜的。“2005年有一個體育建筑學(xué)術(shù)研討會，全國知名專家論證：‘水滴’的曲線、造型、利用的材料都是最復(fù)雜的。”

    王士淳證實(shí)，“水滴”施工的復(fù)雜性佐藤也是沒有預(yù)料到。“在施工過程當(dāng)中，我們做的大部分工作，他們基本上不過問，在施工過程中我們要不斷修改設(shè)計(jì)上的問題，這么大屋面有金屬、玻璃等這么多性質(zhì)不同的建筑材料，每一種膨脹系數(shù)都不同，將來會不會出現(xiàn)溫差變形？自然條件下不可預(yù)測的特殊情況會不會發(fā)生？都有待時間檢驗(yàn)。”

    “水滴”屋面板材覆蓋面積達(dá)7.7619萬平方米，到目前為止是國內(nèi)最大的體育場，這么大屋蓋面積在世界上也是少有的。王士淳說，“佐藤只提到一句話??這個建筑很特別，要精心設(shè)計(jì)，不能讓業(yè)內(nèi)人士，比如參加招標(biāo)的設(shè)計(jì)師挑出毛病來。”

    對于這個備受國際國內(nèi)建筑界關(guān)注的項(xiàng)目，2007年9月10日女足世界杯將是它迎來的第一次實(shí)戰(zhàn)演練。

    看臺超長無縫不切“西瓜瓣”

    外露混凝柱梁板“原汁原味”

    水滴在建筑結(jié)構(gòu)上有兩大特點(diǎn)：一個是土建看臺“超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)”與施工，另一個是大懸挑屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

    作為具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化體育場，“水滴”總建筑面積158000平方米，相當(dāng)于24個標(biāo)準(zhǔn)足球場大。其中地上6層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其面積最大的首層樓蓋（樓板）長約470米，寬約370米，這樣大型的體育場土建看臺，若按常規(guī)每隔40米到50米設(shè)置伸縮縫，就會將外周長1038米的結(jié)構(gòu)分成很多“西瓜瓣”式獨(dú)立框架，這不僅給施工帶來麻煩，更給建筑后期使用帶來不便，比如很多體育用房的分隔。

    對此設(shè)計(jì)人員采用了“超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)”。

    目前國際上對于建筑結(jié)構(gòu)變形作用導(dǎo)致裂縫發(fā)生，客觀上存在兩類學(xué)派：第一類，對伸縮縫和沉降縫的設(shè)置基本采取“裂了就堵，堵不住就排”的處理方法，采用此類設(shè)計(jì)的有日、英、美等；第二類主要按規(guī)范每隔一段距離留一條伸縮縫，即留縫就不裂的設(shè)計(jì)原則，采用此原理的有前蘇聯(lián)、前東歐和中國等。

    “大量的工程實(shí)踐證明，留縫與否并不是決定結(jié)構(gòu)變形與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂。綜上我們認(rèn)為控制裂縫重點(diǎn)在防。”天津建筑設(shè)計(jì)院副總工程師宋徹告訴記者。

    看臺土建施工的“超長結(jié)構(gòu)”，按國家規(guī)定室外結(jié)構(gòu)30米長就應(yīng)斷縫，室內(nèi)結(jié)構(gòu)55米長斷一個縫，“‘水滴’1038米外周長沒有斷縫，在長江以北建筑結(jié)構(gòu)里是最長的，這個技術(shù)難度被我們攻克。”

    另外，“水滴”看臺施工采用的是預(yù)置看臺板方式，即預(yù)先在生產(chǎn)車間完成看臺的澆筑和制作，然后運(yùn)到施工現(xiàn)場安裝。“水滴”內(nèi)所有外露的混凝土柱、梁、板一律采用清水混凝土澆筑，后期加工無須再粉刷，使看臺板呈現(xiàn)混凝土的“原汁原味”。記者在現(xiàn)場看到，空闊的看臺區(qū)板面平整、色澤一致、線條順滑，既有現(xiàn)代體育場的簡潔明快，又顯得質(zhì)樸素雅。

    “好鋼用在刀刃上”減少造價(jià)

    減鋼量改進(jìn)施工節(jié)約七千萬

    在減少建筑造價(jià)上，“水滴”的上部鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì)很值得大書一筆。“水滴”的鋼結(jié)構(gòu)屋架是由一榀一榀V字形平行弦主行桁架支撐，通過大量分析，僅此一項(xiàng)就使用鋼量從中標(biāo)設(shè)計(jì)所需的17000噸降到13000噸。

    “用鋼量少了但分布更均勻了；更重要的是結(jié)構(gòu)性能在提高，比如結(jié)構(gòu)線性屈曲特征值由2.7增大到5.1，這個數(shù)字變化的意義是：‘水滴’鋼結(jié)構(gòu)原來荷載加到2.7就會失穩(wěn)，通過對日方方案優(yōu)化修改，最大荷載可增到5.1，對增強(qiáng)抗震性意義重大。另外，鋼材厚度也由24公分降到20公分。”副總工程師宋徹告訴記者。

    “好鋼用在刀刃上”的鋼材合理分布最明顯的效果是：“鋼材用量縮減了4000噸，節(jié)省了5600萬元；日方確定方案時用的鋼號是Q390，最后我們用的是Q345，鋼的標(biāo)號也降下來了。2004年招標(biāo)時國內(nèi)還沒有Q390鋼材，國家也提出舉辦節(jié)約奧運(yùn)。鋼號降下來用國產(chǎn)的鋼材意義很大。”

    宋徹說，“‘水滴’總造價(jià)是14.2億，鋼結(jié)構(gòu)屋架本身中標(biāo)時用鋼造價(jià)是1.95億，若全部靠進(jìn)口得2億左右，選用國產(chǎn)鋼從加工、運(yùn)輸、調(diào)裝上就能節(jié)省40%到60%。”

    天津土質(zhì)不好，特別是場館地基在水洼地帶，“我們打樁就選用預(yù)應(yīng)力管裝，2003年開工打樁就選用此方法又節(jié)約了資金。原來中標(biāo)時打樁預(yù)計(jì)需投資3000多萬，改成預(yù)應(yīng)力管裝后預(yù)算是1952萬，又節(jié)約了1000多萬。”