講起水立方, 它當然亦是建築工程科技的另一大創舉。 它的外型是配合京奧的規劃， 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。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， 再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。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?
為了方便連接各部件, 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。
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