北京奥运会的水立方构造有哪些作用?

【专家解说】：　　《水立方——气泡的游戏》 　　王小节：与极具阳刚之气的鸟巢相映衬的是旁边这座温柔秀美的水立方了。我们现在还看不出它的柔美，是因为它还没有安装上这种特殊的膜结构。大约再过一个月，水立方就要开始安装十万平米这种特殊材料制成的薄膜。而如何使这种轻薄的材料良好地控制室内的声光热，成了科技人员最大的攻关难题。 　　水立方是一个半透明的建筑，其中一项设计是要通过一种薄膜结构吸收自然光，以调节馆内光线和温度，达到节能环保的目的。但是，仅仅依靠光溜溜的薄膜，别说调节光线温度，如何不让它成为一个温室大棚都是问题。薄膜上这些被称为镀点的圆形斑点就是用来解决问题的窍门，它们就像小小的遮阳伞，起到隔离、反射光线的作用，把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外。 　　中建国家游泳中心设计联合体机电专业部主任 毛红卫：比如在北面，阳光负荷很少，那么在这个前提下，我们这个(镀点)密度就相对镀得疏一点，整个给人一种通透的感觉。而在西面、东面，由于入射阳光比较厉害，我们在那会镀比较密的斑点。 　　要想在烈日当空或太阳西晒的时候，让水立方能保持凉爽的温度，这些小小遮阳伞的分布就必须十分精确。通过研究北京市最近30年的气候资料和精密计算，终于确定了每一张薄膜上所需镀点的面积。 　　“水立方”工程设计师郑方：南立面上主要部分的镀点(面积)在50%以下。在西立面上主要的镀点(面积)在60%左右。通过这样一种镀点的设置，整个西立面能够遮挡超过70%的太阳能进入建筑物里面来。 　　水立方最动人的视觉效果就是无论从场馆内外任何角度来看，都可以看到一个个紧密相连的半透明的水泡，而看不到一根多余的钢梁。那么，水泡和钢梁怎样融为一体呢？这个淡蓝色的方型盒子，其实隐藏着自然界中一个关于泡沫的秘密。 　　王小节：我想到了一个非常形象的办法，为您来展示水立方究竟是什么样子。让我们先来玩个吹肥皂泡的游戏吧，这个游戏大家小时侯都玩过吧。恩，瞧，样子是不是很像呢？其实水立方的外墙和顶棚呢就是由成千上万个这样的气泡组成的。早在一百多年前的欧洲，爱玩泡泡的科学家罗德.科尔文就提出了这个“气泡理论”。他说，其实自然界中很多物质的排列结构，都是以这种气泡的结构方式组成的。但是这个理论被提出一百多年了，却从来没有人想过怎么把它运用在建筑学上。 　　记者：“您刚看到水立方的时候什么感觉？” 　　国家游泳中心副总经理 钢结构负责人 孙彦朝：“非常新奇，梦幻般的。但是一百多张设计图只是告诉我们这个建筑是什么，并没有告诉我们这个建筑该怎么把它建造起来。水立方整个的构件是两万个杆件，一万个球，一共加起来是三万个构件组成这样一个结构体系。每一个结点，每一个杆件都是不一样的。最终我们实施完成的图纸有三万多张。” 　　记者：“画这三万多张图咱们大概花了多长时间？” 　　孙彦朝：“大概花了一年时间，现在回想起来这一年干了些什么，除了画图，什么都不记得了。” 　　要把一个个气泡堆积成为一面墙，关键是找到作为气泡边缘的钢梁的准确位置。工程师们试了很多办法，包括GPS定位、激光定位、整体平移、分区域安装，可是工程进度总是太慢。 　　国家游泳中心总经理 康伟：“我们计算了一下，如果每天三十几个组件能够焊接上，那么我们什么时候能够完成任务呢，我们可能到2008年以后，都焊不完，所以给我们这些人急坏了。” 　　水立方工程总包执行经理侯本才，天天都在一线指导施工队按图纸工作，缓慢的施工进度令他坐立不安。他开始和几个老师傅一起琢磨起这个吹泡泡的道理来。有一天，老侯兴冲冲的拿着一把火柴找到孙彦朝。这几根火柴能解决气泡结构的定位难题吗？ 　　记者：“这些火柴棒代表什么呢？” 　　水立方工程总包执行经理 侯本才：“这些火柴棒就代表这个气泡的边缘，如果在空中把这些杆件拼成一个球，可以看到在空间的定位是很困难的。弄不好就散掉，前功尽弃。经过一段时间的摸索，工人师傅想到一个好办法，先由一个点和一根杆件确定一个平面。然后其它的杆件位置就通过目测就可以基本准确的确定。思路做了一个调整，不要先想着造一个球，如果先把球的一个面先造出来，其它几个面同样的办法，也会很快地造出来，这样一个球体自然就形成了。” 　　国家游泳中心副总经理 钢结构负责人 孙彦朝：“其实道理很简单，就是利用高中几何当中的，一条线和线外一个点，确定一个平面。工人师傅这种土办法解决了大问题。” 　　四两拨千斤，难倒了一帮工程师的问题就这样迎刃而解，工程进度猛增到一天安装100多个构件，水立方工程提前一个多月完成了封顶。由工人师傅创造的这套工作方法也同工程师们的建筑理论一起，被写进多面体延性钢架结构施工管理技术规程，我国对这一规程拥有完全的自主知识产权。 　　中国工程院院士 董石麟：“(水立方)结构形式我们现在叫它多面体空间钢架结构。这一种结构在过去，不单单在我们国家，在世界上还是没有的，这样一种世界上第一的水立方游泳馆这种结构形式，是我们中国来实现的。