一、从北京奥运会体育场、游泳馆的幕墙和屋顶谈起
建筑幕墙仍将是
公共建筑中外维护结构的主导。2008年的北京奥运会工程将是全世界建筑幕墙行业的亮点。奥运主体建筑幕墙工程将是世界顶级幕墙公司展示自己实力和最新技术的舞台，也是国内外幕墙公司拼实力、拼价格的战场。其建筑
幕墙技术将以体现建筑主体风格、通透、
节能环保、舒适为特点。幕墙的索
结构设计、
玻璃结构设计等关键的前沿技术将有所突破。2010年我国的建筑幕墙行业的主要技术领域将达到国际先进水平。
新的国家体育场、国家游泳馆的方案已确定，称之为‘鸟巢’、‘水立方’选用ETFE
膜结构屋顶和幕墙，‘鸟巢’和‘水立方’膜结构交相辉映、晶莹剔透。新的国家体育场位于奥林匹克建设区中心平缓的坡地上，它被构思成一个轻盈的鸟巢，高低错落的网状结构缓和了其庞大的体积，并赋予它自然生动的形象，各结构单元互相支撑并聚合成一个网状的壳体，像一个树枝编成的鸟巢。
国家体育场的“鸟巢”方案
2003年12月24日上午，国家体育场开工建设，标志着北京奥运会场馆建设工程全面启动。举世瞩目的国家体育场将是展示新世纪奥运会形象、凝聚国内外建筑设计工作者智能的
标志性建筑，集中地反映了奥运会举办理念和运作水平以及举办国的建筑文化特色。国家体育场是2008年北京奥运会的主会场。它位于北京奥林匹克公园内，北京城市中轴线北端的东侧，占地20.4万㎡，建筑面积25.8万㎡，能容纳观众10万人，2006年底建成。其业主单位是由北京市国有资产经营有限责任公司和中信集团联合体共同组建的国家体育场有限责任公司。国家体育场有限责任公司负责项目的投融资、设计、建设、运营和管理,国家体育场的设计方案，是经全球设计
招标产生的、由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计事务所、奥雅纳工程顾问公司及中国建筑设计研究院设计联合体共同设计的“鸟巢”方案。该设计方案主体由一系列
辐射式
门式钢
桁架围绕碗状坐席区旋转而成，空间结构科学简洁，建筑和结构完整统一，设计新颖，结构独特，为国内外特有建筑。
建成后的体育场外观如同树枝编织的鸟巢，既符合了奥林匹克国家体育场对功能与技术的所有要求，又摒弃了建筑界惯用的数字屏幕与大跨度的手法。其灰色矿质般钢网以透明的ETFE透明箔片膜覆盖，内部是一个土红色的碗状看台，这座可开合的大型
穹顶没有一根
立柱，在任何座位上观看比赛都没有视线遮蔽，它的结构组织形式可以由外立面直接体现出来，从各结构便进入了看台边缘的宽阔回廊。从这里不仅可以纵观整个环形成一个城市空间的缩影，可供客人闲逛、用餐及购物，起到集散大厅和骑楼的作用。
看台呈现一种碗形的整体性效果，这种均匀一致的建态形状有助于观众在观看比赛时更有效地集中注意力；同时，观众席上的人群也与建筑本身融为一个整体。 场馆的设施为人们营造了一种舒适和谐的视觉效果与气氛，在激发观众兴奋情绪的同时，也能促进运动员的良好发挥。
碗形看台
幕墙和屋顶为气垫膜结构，就像鸟类用软物装填枝条间的空隙一样，体育场上层结构的空隙采用了气垫膜进行装填。建筑表面的气垫膜不仅起到楼顶
防水的作用，也使顶篷上的雨水通过特殊的装置加以收集和再利用；而半透明的楼顶设计也使阳光能充分投射进来；为草坪的生长提供必要的紫外线。此外，在网状结构内部的饭店、套房、商店和休息间的相应位置的立面上，装填了气垫膜，保证立面效果的整体感。这种填装气垫的作法允许自然通风，构成体育场可持续发展设计理念中至关重要的一个部分。可开合的屋顶是体育场必不可少的一个组成部分。当它关闭之时，体育场便有了
天窗。屋顶的设计按照自身的建筑逻辑与防水气垫膜共同成一种整体的网状结构。
2003年12月24日，国家游泳中心举行了开工奠基仪式，2008年北京奥运会场馆中惟一一座由华人华侨自愿捐资修建的比赛场馆正式进入开工建设阶段。三年后，一座新颖别致的北京奥运会游泳馆─“水的立方”将以那晶莹剔透亮丽身姿与雄踞东侧“鸟巢”型国家体育场交相辉映，共同装点景观如画的北京奥林匹克公园。
国家游泳中心的建设将体现中华民族的伟大的团结精神，将体现港澳同胞、台湾同胞和海外华侨华人的爱国之情，将为中华民族的奥运史留下一个永昭世人的标志性建筑。
国家游泳中心位于奥林匹克公园的中心位置，占地6.295公顷，长宽尺寸大约是305m×230m。设计的目标是提供2008年奥林匹克运动会的游泳、跳水、花样游泳、水球比赛场地；赛后提供重大水上比赛场地，开展有商业用途的项目；为市民提供综合水上娱乐中心。
国家游泳中心设计方案确定 “水立方”构造 。水是整个建筑的主题，设计师希望人们通过这个建筑能体会与水有关的种种快乐：流动、多变、不确定、宁静、奔涌、潮起潮落……水的流动、多变和不确定性给人们不同的体验。当你静静地站在远处观看时，可能感觉它只是个立方体，但当你走近时，你会发现由许多特殊材料制成的“泡泡”气枕。这个立方体的构造非常特别。
遥望“水立方”，呈现在人们面前的是一个水蓝色的建筑，宛如一滩平静的蓝色湖面，平和而宁静。近处的“水立方”则是一个透明的“冰块”， 如果说规矩的四方体会让人感到乏味的话，那幺
气泡型的膜结构幕墙，使得“水立方”凸显无边的浪漫。结构立面的灵感来源于Kelvin的“泡沫”理论，这样的结构形式还从来没有使用过，这样的设计使得这幢建筑具有一个独特的视觉效果和感受。对三维空间进行了最有效的分割，结果显示，模型在自然界中普遍存在。例如，细胞组织单元的基本排列形式、水晶的矿物结构，以及肥皂泡的天然构造。尽管结构呈现出复杂性及有机体的形式，但实际上是较简单的
框架结构，具有很高的重复性。结构构成的优化目标是屋顶和墙面的气枕形状，具有重复性而又能保持一个随机无序的总体感觉。
钢结构腹杆和钢结构内部
节点都具有高度重复性，弦杆
构件长度和几何具有重复性，避免了
切割后节点位于弦杆内。 这种简洁的结构并非是看上去的杂乱无章，是依据WeariePhelan给出的“无限等体积肥皂泡陈列几何图形学”：肥皂泡是因内外气压不同而形成的一种自然结构，液体
表面张力抑制肥皂泡的扩张，由于肥皂泡内的气压对各向都是相等的，因此形成了最小表面积，空中肥皂泡是球形，水
平面会是半球形，泡内的压力方向永远与表面垂直，如果气泡基座不是圆形，它会自动形成一个最符合泡内、外压力平衡及最小表面积的形状。如果两个肥皂泡靠在一起，中间自然形成120度的隔膜，至于隔膜之所以为平面，是因为隔膜两方压力相等，而勿论多少个肥皂泡连在一起，它们相接角度势必为120度（丹特，1971年）。
（a）大小相等肥皂泡，（b）大小不等肥皂泡，（c）3～4个肥皂泡。
由十四面体、十二面体基本单元沿三个正交坐标轴X、Y和Z生成了巨大的空间立方体。将空间立方体进行旋转和切割，切出建筑的外边框和内部使用空间。十四面体、十二面体被切出的边线形成上弦和下弦
杆件，
切割面之间原有的线即为腹杆。经优化选择旋
转角度和切割面，形成最终的结构几何形态。
这个看似简单的“方盒子”原来是用中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。方方北京城方方水立方。“天圆地方”的设计哲学催生了“水立方”，而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求。传统文化与建筑功能就这样实现了完美结合。“泡沫”加深“水”记忆基于来自“泡沫”理论的设计灵感，他们为“方盒子”包裹上了一层建筑外皮，上面布满了酷似水分子结构的几何形状，赋予国家游泳中心与众不同的外观。这样的设计使得这幢建筑具有独特的视觉效果和感受，建筑物的轮廓和外观变得柔和，更具有水的特性。让人们一见到它，就知道这是游泳馆，而不是体操馆等其它用途的场馆。
“水立方”外墙材料采用的则是一种透明的ETFE充气膜结构，ETFE膜气枕直径达9m，外墙的高度内约有5个气枕。“冰块”式的外围护将游泳中心内部设施尽收眼底，壮观而震撼。ETFE膜良好的自洁性，会让“水立方”一直保持着水的晶莹剔透。对重力
荷载、
风荷载、
雪荷载、
地震作用、
温度作用等方面对膜结构进行了初步计算：ETFE膜充气枕通过反应谱分析，结构为
抗震烈度8度，场地类别是三类，屋顶最大侧移X向达17.3mm，Y向达18.6mm，用钢量为4900吨，按覆盖面积计算，每平方米156公斤，按展开面积算86.24kg/㎡。ETFE立面的双层表皮结构由一系列小的单元组成，每个单元的外面都覆盖着
薄膜—双层聚四氟乙烯（ETFE）。
“水立方”呼应“圆鸟巢”在国家游泳中心的东面，是规划的奥运会主会场——国家体育场。此前，“鸟巢”方案已被确定为国家体育场的实施方案。如果把这两个方案模型对照在一起就会发现，它们之间比较协调，且相映成辉。“圆鸟巢”让人感到兴奋、动感、阳刚气息，而“水立方”呈现出的则是宁静、祥和、具有诗意的气氛。一动一静，一刚一柔，使得这个区域将成为公众的焦点。整个建筑内外层包裹的ETFE（四氟乙烯），是一种轻质新
型材料，具有有效的热学性能和
透光性，可以调节室内环境，冬季
保温，夏季散热，而且还会避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。
“圆鸟巢”和“水立方”正代表了北京融入世界建筑的发展潮流。
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