科技奥运闪烁人文关怀

　　建国以来影响中国建设进程重大科技成果展

　　科技传薪火实干闯未来

　　“这么神奇的建筑，怎么给他们想出来的？”望着远处逐渐成型的国家体育场，一名出租车师傅感叹到。

　　在尘沙满天的工地上，这座钢筋铁骨的巨大“鸟巢”雏形静静地躺在中央，吸引了所有路人和全世界的目光。不同于传统体育场，“鸟巢”的编织型钢外罩所带来的开放性和各种人性化的建筑都带给了国人一种全新的建筑理念。

　　作为2008年

北京奥运会的主体育场，鸟巢将举行开、闭幕式，同时承担奥运会的田径和足球项目比赛。这座届时要容纳近十万人，接纳各国贵宾的体育场，其背后的意义也绝不仅在于其实用功能。事实上，正是“鸟巢”的创新设计和人文关怀体现出了这届奥运会的精神所在。无论在碗状看台的设计、全部扭曲钢筋的外圈、对外通透的结构还是各种处于人本和环境考虑的设备安装和设计，以“鸟巢”为首的奥运体育项目建设都为中国的建筑进程立下了一座坚固的里程碑。

　　钢筋铁骨平易近人

　　不像一般体育场被混凝土墙面裹得严严实实，“鸟巢”根本就没有墙。整个结构就是裸露在外的建筑。里层是混凝土搭建的看台，外层就是一根根钢像编篮子一样编织起来，形成了一个看上去“乱七八糟”的空心外罩，实际上却是科学有序的。

　　因为没有墙，所以也根本没有门。在通过外面安检之后，行人可以自由地从任何两根钢柱之间进出，顶多在大厅里选择自己去座位的最佳途径。“是个完全敞开式的结构，非常亲和。”中国建筑设计研究院院长，“鸟巢”的设计项目经理任庆英说。

　　在建筑上，这属于一种非常重要的理念——“结构即外观”。一般的建筑只是外观形式，具体怎么撑起来的，人们往往不去过问。而这个体育场中，裸露在外的结构正好就是外观的效果所在。

　　“中国人对公共场地有种很亲近的感觉。”托马斯·波斯特(ThomasPolster)是瑞士赫尔佐格·德梅隆设计事务所常中国的负责人，他表示，他们常常被天坛等公园中跳舞的北京老百姓所打动。公共和私人没有很强的区分感，这种态度也促使了他们将体育场设计成一个开放、自由的结构。在这样通透的钢结构下，我们再也看不到传统体育场中，无数人排队等在门口准备进入的场景，取而代之的，是外人可以清清楚楚地看到钢柱之间行人来来往往，场内场外连成一体。“这样的设计使得整个场馆充满了人情味，这是鸟巢最大的亮点所在。”瑞士方负责人萨宾·汉斯(SabineHansky)说。

　　据任庆英表示，这样由建筑的结构直接构成建筑独特外观元素在近年国际建筑发展潮流中是值得关注的重要特征。在国家体育场比邻的“水立方”国家游泳中心中也通过将蜂窝状六面体结构单元以不同角度切割后直接构成“水泡”外观，而中央电视台新址大楼也是楼体结构受力的钢结构网格直接作为了特殊的结构表皮。

　　拧出来的钢鸟窝

　　另一个重要的设计理念是规则的排除。设计师有意将游者导入一种进入无序鸟巢的感觉。钢材像草根一样被扭曲，编织起来。走在里面，人们很难找出这个结构的支撑在哪儿。

　　事实上，无数力学上的规律被隐藏在刻意的无序后面。任庆英告诉我们从“无序”中寻找“有序”的办法：整个钢结构分成主次两个构架，主构架中，两根贯穿了330米之长的桁架是唯一的平行线，这两根巨大的梁承载了屋顶活动时的应力。

　　全部钢的重量达到了42000吨，这个概念用“鸟巢”总指挥谭晓春的话解释，就是得用30多列火车满满运过来。这么重的钢都压在了一起，怎么支撑呢？“你可以注意到有48根大柱子。”任介绍到，这些柱子每三根一组，分成24组均匀分布在椭圆型结构的最外圈，他们承受了建筑的大部分受力。每组柱子又和对面的那组连接形成桁架，和中心开口正好相切，切线导致了平衡。任表示这“和编篮子一样，每个桁架即受力，又互相扶持。”

　　在主结构之外，设计师又增加了次结构，还有大约5000吨重的钢材，包括大楼梯梁等形式，交错在主结构的大柱子之间，分担了部分的承受力，也给人造成了视觉假象。“钢材大小厚度都一样，让人主次不分，只有凌乱的感觉，这是设计师的出发点所在。”任庆英介绍。

　　一般的建筑用梁和柱，不是平的就是直的，而“鸟巢”的每一个钢板在上升过程中都是扭曲的。“钢扭曲不少见，但这么大的建筑所有杆建都是扭曲的几乎没有。”任用法国的艾菲尔铁塔来举例，那是直钢的标志性建筑。

　　在现场可以看到，巨大建筑旁边，堆积着同样巨大的扭曲钢管。任庆英介绍，因为桁架每处受力不同，因此每块钢，每块钢的不同位置都有着不同的厚度。底层处柱脚受力最大，钢板达到了11厘米之厚，再用四块这么厚的钢板焊起来形成柱子，往上走，受力不断发生变化，小的地方只有3到4厘米。钢板之间需要焊接，越厚的钢板衔接处，留出的焊缝就越大。42000吨钢材，去掉10％的损耗，用上的焊接材料就达到了1900万吨。

　　现在整个体育场，外圈的钢柱扭曲上升，纷繁交错，里面的混凝土柱子也没有一根是直的，倾斜的柱子通过横梁取得平衡。在大量计算的基础上，一个不可思议的“无规则”体就出现在现实中。

　　一切以人为本

　　除了主角钢材之外，在看台设计、设备安装、听觉和视觉考虑上，设计师都有很多人性化创新。

　　“外部是开放、自由的形式，而里面则运动员和观众不受外部干扰，聚集在同一个热烈的气氛中。”托马斯说。萨宾表示，这样的效果最主要归因于看台马鞍状的设计。为避免普通椭圆型看台中，两边观众距离场地太远，“鸟巢”的看台轮廓线呈现均匀而连续的环形，她表示，在观赛视线比较好的场地东西两侧安排较多的座椅，在南北两侧安排座椅较少，因此，座席较多的东西看台顶部高度较高，而座席少的南北看台则较低，东西南北连续起来形成一个立体、边沿起伏的碗形，每个位置的观众距离赛场中心大致都在140米左右的视距。

　　“如果你绕场一周，肯定会被场上热烈的气氛所打动。”萨宾说。

　　任也表示，这样考虑到观众观赛效果的设计正是“回归到以竞赛和观赛为本的体育场核心”中去。“人类最早建造体育场，最直接的目的就是竞技和观赏竞技，这是体育场的本质所在。”

　　观众和运动员的舒适和安全程度将在设计上有着最佳保证。因为没有墙的遮挡，风可以自由流通，不仅保证了运动场的通透，也防止了火灾情况下封闭场合的不利因素。

　　为了保证演出中听觉效果，场内各种材料吸声和反射声音能力都是精心模拟过的。看台不是连贯地一通到底，而是削成好多层，这样保证了每层观众都不会被前排挡住视线。

　　为保证近十万多人在紧急情况下撤离，体育场在混凝土结构中的内部电梯和直达楼梯之外，还在外部的钢结构中设了同样钢铸的大楼梯，当发生紧急情况电梯不能用时，人们可以通过直达楼梯和钢材大楼梯出去。

　　大量钢结构在太阳照射下，会形成乱七八糟的影子，影响运动员的发挥，这时，顶层的两层膜就让影子变得很淡。谭晓春介绍，因为玻璃和钢在热胀冷缩度上不匹配，热胀冷缩会导致玻璃破碎，因此用特殊质地的膜来代替玻璃膜。此外，这些膜还有挡雨，防太阳照射的作用。

　　而中国建筑研究院特殊设计的雨虹运用，设计出七八根和别的柱子看上去一样的雨水柱，专门用来将顶层的雨水收集。“屋顶不是平的屋顶，不能自由排水，另外这么大面积的屋顶，收集起来的雨水白白浪费掉也可惜。”任庆英说，通过雨虹技术，最后技术人员将收集到的雨水回收到浇草地、冲厕所等运用上，这也成了节能上的亮点。

　　数据

　　“鸟巢”研发企业多达一两百家

　　根据设计方和施工方的数据，围绕着庞大的“鸟巢”，主设计方中国建筑研究院倾巢出动了110多名各专业技术人员，施工方则有1200多名焊接工人连夜加工，而除去科研人员之外，全国围绕着“鸟巢”研发的企业就有一两百家。无数的计算，“光方案就要用好几辆汽车装”，曾经施工过中华世纪坛和中关村硅谷的“鸟巢”总指挥谭晓春从来没有碰到这么高难度的工作。但是，无数人的努力，终于让“鸟巢”这个看似不可思议的设计变成了现实。

　　访谈

　　城建集团国家体育场工程总承包部经理谭晓春：

　　“鸟巢”为设计理念打开新窗口

　　施工困难如何克服

　　记者：这样充满想象力的设计，在施工上遇到哪些方面的困难？是怎么克服的？

　　谭晓春：施工上的难度主要在于三点。第一是钢结构的加工制作以及吊装。因为钢需要“编织”成圆形的鸟巢状，因此所有的钢在上升过程中都必须扭曲，看起来巨大的直柱子，实际上每公尺的截面都不一样。还不是普通的两头弯，而是天津大麻花似地三维层面地拧。

　　第二是空中对接。鸟巢的每个节点呈现树枝状，一个节点最多14个树枝，好像立交桥爆炸式的礼花状，每个点上都要消除加工、空中对接、温度以及运输的误差。第三个是卸载。我们连续三次把合龙解决。78根柱子，41000吨的东西，在世界上也是史无前例的。9月17日我们卸载成功，变形271毫米，原来预期误差286毫米，在计算范围之内。

　　如何选用钢材

　　记者：钢的扭曲怎么操作的？

　　谭晓春：首先是钢材的选择。我国厚钢板使用很少，比较重要的钢结构，用的都是Q345的钢。Q代表了钢的强度值，数据越高，强度越高，强度不高的钢厚度就更大了。如果用普通的Q345钢，柱脚处可能还会更厚，焊接上也更有难度，钢用的也越多。因此，这次河南一家企业特地研制出了Q460的高强度钢。

　　他们第一次锅炉炼出来，有肉眼看不见的裂纹，但这些裂纹在100年后可就会变得非常大了。第二次，第三次，直到3个月后，这家企业终于成功了，这些钢在零下负15度的哈尔滨经受住了寒冷试验。

　　以后这样的钢还可以运用在国防、民用工业中，另外有了Q460的材料，焊接工艺上也得有同样的创新。拉压、热力实验都要跟进，因此，可以说，特殊的市场需要促进了我国钢建材行业和焊接工艺的发展。

　　借鉴了哪些工艺

　　记者：技术上借鉴了很多其它行业的工艺吗？

　　谭晓春：的确。比如因为钢扭曲的度需要计算，一般的软件绘制的图形都误差太大，后来设计组引进了航空业中制造飞机的CATIA软件才得以成功。而扭曲用传统弯两头的办法也不成，最后工程组引入了造船厂的多点无膜成型的钢板设备，将钢材分成若干个点来弯扭再组合，四块扭曲后的钢板再组成一个大柱子。

　　记者：现在还没有开始安装膜，这方面会有什么困难吗？

　　谭晓春：有不少难关要攻克。膜的厚度0.5毫米，非常薄，因此老鹰不能落在上面划破了它，怎么防鸟就是一个问题。沙尘暴也不能附在上面，否则顶上就黄灿灿的一片不透明，怎么清洗也是一个问题。

　　另外，因为膜绷得很紧，如果下雨雨滴落下来，会发出大鼓一样的声音，影响演出效果。还有怎么抗礼花的燃烧，否则一不小心就烧成蜂窝煤的样子。除此之外，如果排水不干净，膜就会发生霉变，这些都是我们正在考虑解决的问题。

　　鸟巢的意义何在

　　记者：鸟巢给中国带来了什么？

　　谭晓春：在前不久的一次访问中，国际奥委会主席罗格说，这是能和悉尼歌剧院相媲美的建筑。悉尼歌剧院是从纸篓子里捡出的方案，艾菲尔铁塔现在成了巴黎的标志，现在，鸟巢也正在成为中国的象征之一。而设计上的创新不仅带动了工业发展，对中国设计界也是一个促进，为新的设计理念打开新的窗口。