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中国人民的梦- 水立方篇

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讲起水立方,它当然是建筑工程科技的另一大创举,我之前都有介绍过京奥的规划,鸟巢是圆,水立方是正方形,正所谓天圆地方,一阴一阳的理念。

水立方有17,000个坐位,但在奥运后便减至6000个坐位以减低维修成本。近日当大家收看比赛时都知道水立方是有一个游泳池,一个跳水池。水立方最大的特点当然是外墙,设计的理念是当然是H20 ,由水份子组织成的比赛空间。如要制造这样的屋顶就只可用ETFE一种物料,因为只有ETFE才可造到不规则的图案而只需要很幼的结构支架。而加上设计的理念是希望整个场馆在日间时是接近全用自然光照明, ETFE正好能提供高透光度而隔热度强的屋顶物料,这正好配合环保奥运的主题。

如大家有看我在英国伊甸园项目和之前鸟巢的博客,便会知道ETFE的特性。尽管ETFE只是玻璃的1 %重量,但没柱没梁而117米的跨度的情况下,仍是一个非常大的挑战。伊甸园项目的跨度都只是50 -60M而且是圆拱形的结构,相对水立方而言是比较简单,而且一个正方形的全ETFE结构在世界从未发生过。

照常理,如要有117米的横跨度的话,应用圆拱形结构。但今次因为要挑战技术上的极限,负责这工程的澳洲PTW建筑师和奥雅纳结构工程师使用了如峰巢的六角形结构,因为峰巢的结构是全世界最坚固,最轻的结构之一。而水立方的结构框架比伊甸园项目明显加强,但问题是整个水立方是成不规则的六角形图案,所以不能先在工厂制作预制件然后到现场安装。

单是屋顶便有数万个连接点,整个水立方的构件总数近30,000个,而构件与构件之间的距离不能错,否则便影响其他六角形构件。所以每天只能连接数十条构件,工程师在2006年时说按现在的进度至2010年还未能完成。最后如何解决呢?

另外,我在伊甸园项目提及过, ETFE最大的坏处之一是低隔声效能,所以室外的汽车噪音问题和下雨时的声浪又如何解决呢?

续上会,为方便连接各部件,工程师设计了使用连接球(节点)来连接各钢部件(框架构件) ,但始终工程进度很慢,一定不能在08年前完成。在某一天特然数位烧焊师傅一同讨论如何提高进度时,便想出一个惊人的创举,他们建议先把节点和框架构件先在地上连接,然后便运上大楼连接其他部件,每次烧焊都只用调教一个框架构件。情况好像先把框架构件与节点连接成火柴枝一样,烧焊时方尾接圆尾,每次只用调节一个框架构件的角度,不用像先前一样用一个结点来同时连接三个框架构件,并需同时调较三个框架构件。

此举便把工程进度大幅提高三倍, 300烧焊工人同时开工,高峰期可以每天可完成200个构件,相对以往每天数十条,的确大大改善了。

最令人惊讶是,用这样的烧焊方式令屋顶的中央部份只下沉81毫米,比设计时预计下沉240毫米,有大大的改善。这不单可以确保外形成正方形,而且亦可防绩水的问题,因为整个水立方的屋顶是没有水坑只有一些少的排水管。

要解决隔音的问题的责任落在清华大学身上,一般的ETFE最多只做三层,通常只做一层但水立方为解决隔音的问题做了四层来隔声,如只做一层的话,当下雨时室内好像万人打鼓一样,做了四层虽然有所改善但来自结构震动的声音(结构边界)仍是很难解决,清华大学设计了一系列的吸震器来解决结构​​包围这问题,当清华完成这设计连厂商都来抄袭我们的设计,因为直至现在发明这物料的厂商根本没有这技术解决这问题。

最后的问题是光的问题, ETFE是高透光度的物料,它可以令水立方90%的时间都用自然光但ETFE同样是高反光的物料,所以天黑的时候如开灯的话很难控制反光效果,对运动员,观众和电视直播都是一件坏事。解决的方法是不解决,水立方室内只用像太阳光线的太阳灯,然后让光线四处反射,营造自然环境四周有自然光的效果,灯的位置和强度当然经过精密设计,但理念是很简单。

外墙的灯光效果当然是用红,蓝,绿三个LED灯造成的,所以只要调节红,蓝,绿的比例便可以制造不同的效果,但问题是光线不只是从ETFE射出室外亦同时射进室内,所以跳水台背后加了一道墙来阻隔光线。

水立方和鸟巢开创了不少工程上的先河,亦成了很多人的实验室。中國人為了科技奧運、環保奧運這一句話便不知付上了多少的人力物力,總之為京奧所開創出來的技術永遠都會造福後世.




中國人民的夢 – 水立方篇

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講起水立方, 它當然是建築工程科技的另一大創舉, 我之前都有介紹過京奧的規劃, 鳥巢是圓, 水立方是正方形, 正所謂天圓地方, 一陰一陽的理念.

水立方有17,000個坐位, 但在奧運後便減至6000個坐位以減低維修成本. 近日當大家收看比賽時都知道水立方是有一個遊泳池、一個跳水池. 水立方最大的特點當然是外牆, 設計的理念是當然是H20, 由水份子組織成的比賽空間. 如要製造這樣的屋頂就只可用ETFE一種物料, 因為只有ETFE才可造到不規則的圖案而只需要很幼的結構支架. 而加上設計的理念是希望整個場館在日間時是接近全用自然光照明, ETFE正好能提供高透光度而隔熱度強的屋頂物料, 這正好配合環保奧運的主題.

如大家有看我在英國EDEN project和之前鳥巢的blog, 便會知道ETFE的特性. 儘管ETFE只是玻璃的1%重量, 但沒柱沒樑而117m的跨度的情況下, 仍是一個非常大的挑戰. Eden project的跨度都只是50-60m而且是圓拱形的結構, 相對水立方而言是比較簡單, 而且一個正方形的全ETFE結構在世界從未發生過.

照常理,如要有117m的橫跨度的話,應用圓拱形結構. 但今次因為要挑戰技術上的極限, 負責這工程的澳洲PTW建築師和Arup結構工程師使用了如峰巢的六角形結構, 因為峰巢的結構是全世界最堅固、最輕的結構之一. 而水立方的結構框架比Eden project明顯加強, 但問題是整個水立方是成不規則的六角形圖案, 所以不能先在工廠製作預制件然後到現場安裝.

單是屋頂便有數萬個連接點, 整個水立方的構件總數近30,000個, 而構件與構件之間的距離不能錯, 否則便影響其他六角形構件. 所以每天只能連接數十條構件, 工程師在2006年時說按現在的進度至2010年還未能完成. 最後如何解決呢?

另外, 我在Eden project提及過,ETFE最大的壞處之一是低隔聲效能, 所以室外的汽車噪音問題和下雨時的聲浪又如何解決呢?

續上會, 為方便連接各部件, 工程師設計了使用連接球(Node)來連接各鋼部件(frame member), 但始終工程進度很慢, 一定不能在08年前完成. 在某一天特然數位燒焊師傅一同討論如何提高進度時, 便想出一個驚人的創舉, 他們建議先把Node 和frame member先在地上連接, 然後便運上大樓連接其他部件, 每次燒焊都只用調教一個frame member. 情況好像先把frame member與Node連接成火柴枝一樣, 燒焊時方尾接圓尾, 每次只用調節一個frame member的角度, 不用像先前一樣用一個node point來同時連接三個frame member, 並需同時調較三個frame member.

此舉便把工程進度大幅提高三倍,300燒焊工人同時開工, 高峰期可以每天可完成200個構件, 相對以往每天數十條, 的確大大改善了.

最令人驚訝是, 用這樣的燒焊方式令屋頂的中央部份只下沉81mm, 比設計時預計下沉240mm, 有大大的改善. 這不單可以確保外形成正方形, 而且亦可防績水的問題, 因為整個水立方的屋頂是沒有水坑只有一些少的排水管.

要解決隔音的問題的責任落在清華大學身上, 一般的ETFE最多只做三層, 通常只做一層但水立方為解決隔音的問題做了四層來隔聲, 如只做一層的話, 當下雨時室內好像萬人打鼓一樣, 做了四層雖然有所改善但來自結構震動的聲音(Structural bounding)仍是很難解決, 清華大學設計了一系列的吸震器來解決Structural bounding這問題, 當清華完成這設計連廠商都來抄襲我們的設計, 因為直至現在發明這物料的廠商根本沒有這技術解決這問題.

最後的問題是光的問題,ETFE是高透光度的物料, 它可以令水立方90%時間都用自然光但ETFE同樣是高反光的物料, 所以天黑的時候如開燈的話很難控制反光效果, 對運動員、觀眾和電視直播都是一件壞事. 解決的方法是不解決, 水立方室內只用像太陽光線的太陽燈, 然後讓光線四處反射, 營造自然環境四周有自然光的效果, 燈的位置和強度當然經過精密設計, 但理念是很簡單.

外牆的燈光效果當然是用紅、藍、綠三個LED燈造成的, 所以只要調節紅、藍、綠的比例便可以製造不同的效果, 但問題是光線不只是從ETFE射出室外亦同時射進室內, 所以跳水台背後加了一道牆來阻隔光線.

水立方和鳥巢開創了不少工程上的先河, 亦成了很多人的實驗室. 中國人為了科技奧運、環保奧運這一句話便不知付上了多少的人力物力,總之為京奧所開創出來的技術永遠都會造福後世.