设计师：水立方是“吹”起来的 膜结构寿命30年

　　作为中建国际设计顾问有限公司的总建筑师，“水立方”无疑是郑方设计生涯中最值得炫耀的完美佳作。在4年多的设计和建设历程中，这座集世界最先进的多面体空间钢架结构技术，世界规模最大、构造最复杂、综合技术最全面的膜结构安装工程以及最先进的环保节能技术等于一身的奥运场馆，让郑方和同事组成的设计团队经历了难以计数的艰难突破，最终让“充满泡泡的水房子”的设计理念变成了拔地而起的“水立方”。

　　在今天“水立方”竣工的喜庆时刻，郑方走进晚报对话室，向晚报读者详细揭示了这座晶莹剔透的“水房子”不为人知的种种秘密。

　　晚报:“水立方”的最终建成规模为何会比最初设计时缩小了？

　　郑方:最初设计时，原定“水立方”的尺寸是长宽各194米、高35米，后来考虑到节约建筑造价、控制建筑规模以及降低内部能耗等因素，设计师们对原有的方案进行了缩减，将“水立方”的长宽最终确定为177米，而高度则降为31米。

　　晚报:“水立方”的外表看起来像是一些堆积在一起的透明肥皂泡，这采用了一种什么新材料？

　　郑方:构成“水立方”皮肤的3000多个不规则的泡泡，是由新型的环保节能材料四氟乙烯膜(ETFE)制成的气枕，这些内外两层膜组成的气枕大小不一，形状各异，最大的约9平方米，最小的不足1平方米。

　　30年前ETFE膜最早是作为一种航空材料投入应用的，后来才被慕尼黑的安联球场和英国的伊甸园采用作为建筑材料。虽然它的厚度只有0.2毫米，但ETFE膜具有很好的延展性和抗压性，1米长的膜可被拉伸至3.5米长，熔点高达275摄氏度，即使用火去烧都不会点燃，因此被人们称为“塑料王”。

　　“水立方”一共使用了11万平方米左右的ETFE膜，是目前世界上最大的ETFE膜建筑。目前在顺义已设立了工厂，国产ETFE膜的造价并非如人们想象中那么昂贵，大概只不过与玻璃幕墙相当。

　　晚报:ETFE膜的使用寿命是多少年？

　　郑方:从目前国外其他建筑应用的情况看，ETFE膜的使用寿命最少也在30年以上，而且维护十分简单，只需要用干净的水冲洗一下就能够恢复如新。一般建筑物的墙壁，每隔几年还要重新涂刷一次才能保证鲜艳干净，相比之下膜结构清洁保养要省事得多。

　　晚报:“水立方”的表面是如何在夜晚变幻五颜六色不同光彩的？

　　郑方:由于“水立方”的外墙气枕采用的膜是一种类似于塑料的新型材料，设计师们都很担心建成后最终呈现出来的是一个难看的“塑料大棚”。后来，设计师们在“水立方”外墙的每个气枕两层膜之间，加装了独立控制的LED灯，这些灯的寿命不仅是普通灯泡的10倍，而且还可以变幻各种颜色，组合成各种图案，变色的“水立方”在夜晚显得变幻莫测、流光溢彩。

　　晚报:为什么设计师们都说“水立方”是有表情的建筑物？

　　郑方:ETFE膜本身能对外界的自然光进行反射，在不同的自然光线照射下，会表现出不同的色彩。比如晴天时“水立方”看起来会是蓝色，夕阳西下时，它又变成了黄色，阴天时则变成灰色。这种会随天气变幻的特性就像人的表情一样。

　　晚报:“水立方”外膜表面有一些银色小点，这有什么用途？

　　郑方:“水立方”ETFE外膜上分布着密度不等、指甲盖大小的镀点，主要用于控制膜的透光度。这些镀点就像小小的遮阳伞，起到隔离、反射光线的作用，可以把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外。北面墙体阳光负荷很少，镀点的密度相对疏松，给人一种通透的感觉。而在西面、东面，由于阳光射入比较厉害，镀点会相对密集。通过对北京最近30年的气候资料和精密计算，终于确定南立面上主要部分的镀点面积在50％以下，西立面上在60％左右，这样整个西立面能够遮挡超过70％的太阳能进入建筑物里面来。

　　晚报:对于游泳场馆耗水量大的这一问题，“水立方”如何进行节水和水资源的再利用？

　　郑方:“水立方”里面分为游泳比赛池、跳水池和热身池，3个巨大的水池蓄水量加起来有差不多1万立方米，这还不包括比赛时不使用的多功能水池、赛后使用的俱乐部泳池以及“水立方”外嬉水乐园等所使用的水，所以说总用水量不是一般的大。水源除依靠市政供水外，“水立方”还专门设计了雨水回用系统和中水回用获取净水系统，保证99％以上的水资源都能得到循环再利用。

　　“水立方”的池水采用砂滤—臭氧—活性炭净水工艺，全部采用臭氧消毒，这种消毒方式既能有效去除池水的异味，也能消除池水对人体的刺激。经过这种方式消毒的池水，甚至达到了直接饮用的标准。

　　“水立方”还专门在房顶设计了一套雨水收集系统，能够让雨水汇集到“水立方”南广场的中心储蓄池内，经过消毒后，供给空调冷却水补水和冲洗场馆等室外景观用水，每年收集的雨水资源1万吨，相当于100个北京居民家庭的一年用水量。此外，运动员在“水立方”洗浴后的废水，游泳池循环净化后排出的废水等，经过生物接触氧化、过滤以及活性炭吸附、消毒后，可以用于场馆内便器、地面冲洗以及室外绿化灌溉，每年可节水4万吨以上。

　　晚报:使用了新材料的“水立方”是否可以更节能？

　　郑方:阳光穿过“水立方”表面透明的ETFE膜，可以直接用来加热游泳池的水和室内的温度，使得“水立方”整体节能9％左右。不过，这种特殊的节能方面虽然对于“水立方”特别适用，但是并不一定适合其他的奥运场馆。

　　晚报:完全密封的“水立方”如何解决内部冬天起雾、结露问题？

　　郑方:作为游泳馆的“水立方”，如何保证室内不起雾、不结露是首要问题。万一跳水运动员正要比赛起跳的时候，房顶上突然落下一滴水珠砸在运动员身上，很容易影响运动员发挥和成绩。

　　通过计算，ETFE膜建筑围护结构的传热系数远远小于高级玻璃幕墙的传热系数，这就为泳池防结露提供了条件。再加上紧贴屋顶下的8个自然通风口，还有围护结构立面的送风空调通风系统以及池水覆盖等简单实用的手段，在保持水温28摄氏度的情况下，“水立方”内部完全不用担心结露现象。

　　晚报:封闭室内场馆如何保证自然通风？

　　郑方:在“水立方”的屋顶，设置了自然排风机，8个自然通风口可实现馆内外空气流通，这样就能将建筑空间中的热量散发出去，实现自然通风，解决17000人观赛时的透气问题。此外，观众席每个座位的后方都安装有一个独立的出风口，即使紧邻的两个观众喷洒了不同香味的香水，也不用担心串味儿。

　　另外，“水立方”的墙体分为内外两层，在钢架和气枕之间有两米左右的距离，当内外墙的气枕全部安装完成之后，中间的夹层就形成了封闭的空间，新鲜的空气在里面流动起到调节温度的作用，可以解决夏天散热问题，当温度到达一定高度的时候，将自动对墙体夹层通风，这样一部分热量便会被直接带走。经过精确的计算，在40摄氏度时通风效果最好、也是最节能的。