国家游泳中心—水立方
国家游泳中心—水立方
——世界上最大的膜结构工程
工程总投资：10.2亿元
工程期限：2003年—2008年
2006年4月10日，一座银光闪闪的方形建筑矗立在北京北辰西路的东侧。乍看之下，人们或许不会将它与湛蓝色的国家游泳中心“水立方”联系在一起，然而细心的人们会发现，在阳光下熠熠生辉的竟然是用大量钢架“编织”而成的“水分子”形状。
“水立方”的名字灵感来源于“一个方盒子”、许多“水泡泡”和许多的“水分子”。“水立方”不仅是2008年北京奥运会三大标志性建筑物之一，也是北京市政府指定的唯一一个由港澳台同胞捐资建设的奥运场馆。
国家游泳中心位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。2003年12月24日开工，在2008年1月28日竣工。其与国家体育场(俗称鸟巢)分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。国家游泳中心规划建设用地62950平方米，总建筑面积65000-80000平方米，其中地下部分的建筑面积不少于15000平方米，长宽高分别为177m × 177m ×31m。来自101个国家和地区的35万多港澳台同胞及海外侨胞共捐献了9.4亿人民币。其中郑裕彤、郑家纯父子及属下企业曾捐赠五千万元人民币。
“水立方”是一个177米乘177米的方型建筑，高31米，看起来形状很随意的建筑立面遵循严格的几何规则，立面上的不同形状有11种。内层和外层都安装有充气的枕头，梦幻般的蓝色来自外面那个气枕的第一层薄膜，因为弯曲的表面反射阳光，使整个建筑的表面看起来像是阳光下晶莹的水滴。而如果置身于“水立方”内部，感觉则会更奇妙，进到“水立方”里面，你会看到，像海洋环境里面的一个个水泡一样。
“水立方”与“鸟巢”只有一路之隔，一方一圆，一蓝一红，形成了一种微妙、均衡的关系。
水立方建筑技术
膜结构建筑是21世纪最具代表性的一种全新的建筑形式，至今已成为大跨度空间建筑的主要形式之一。它集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学与计算机技术等为一体，建造出具有标志性的空间结构形式，它不仅体现出结构的力量美，还充分表现出建筑师的设想，享受大自然浪漫空间。在2008年的奥运会建筑设计上，膜结构应用就得到完美的体现。
“水立方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围采用世界上最先进的环保节能ETFE(四氟乙烯)膜材料。国家体育馆工程承包总经理谭晓春透露，这种材料的寿命为20多年，但实际会比这个长，人可以踩在上面行走，感觉特别棒。目前世界上只有三家企业能够完成这个膜结构。
“水立方”整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到10万平方米，堪称世界之最。除了地面之外，外表都采用了膜结构。安装成功的气枕将通过事先安装在钢架上的充气管线充气变成“气泡”，整个充气过程由电脑智能监控，并根据当时的气压、光照等条件使“气泡”保持最佳状态。
这种像“泡泡装”一样的膜材料有自洁功能，使膜的表面基本上不沾灰尘。即使沾上灰尘，自然降水也足以使之清洁如新。此外，膜材料具有较好的抗压性，人们在上面“玩蹦床”都没问题，“正常的放上一辆汽车都不会压坏”。如果万一出现外膜破裂，根据应急预案，可在8个小时内把破损的外膜修好或换新。“水立方”晶莹剔透的外衣上面还点缀着无数白色的亮点，被称为镀点，它们可以改变光线的方向，起到隔热散光的效果。
此外，“水立方”占地7.8公顷，却没有使用一根钢筋，一块混凝土。其墙身和顶棚都是用细钢管连接而成的，有1.2万个节点。只有2.4毫米厚的膜结构气枕像皮肤一样包住了整个建筑，气枕最大的一个约9平方米，最小的一个不足1平方米。跟玻璃相比，它可以透进更多的阳光和空气，从而让泳池保持恒温，能节电30%。
创新的外挂材料
“水立方”不仅是一幢优美和复杂的建筑，她还能激发人们的灵感和热情，丰富人们的生活，为人们提供记忆的载体。因此设计中不仅利用水的装饰作用，同时还利用其独特的微观结构。采用在整个建筑内外层包裹的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）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。更神奇的是，如果ETFE膜有一个破洞，不必更换，只需打上一块补丁，它便会自行愈合，过一段时间就会恢复原貌！
国际上在建筑使用膜结构时，多用的是PTFE膜，这是一种纤维材料，特点是不透明，但是，使用技术比较成熟。而“水立方”使用的是ETFE膜，这是一种透明膜，能为场馆内带来更多的自然光。在国内对这种薄膜结构的理论研究几乎就是空白。
2006年德国世界杯主要赛场之一的慕尼黑安联体育场也使用了ETFE气枕式外墙，但与水立方相比，两者的区别在于，德国安联体育场的气枕覆盖面积为6万平方米，而水立方则达到为10万平方米；安联运动场是单层气枕并且是规则排列的，水立方则是双层气枕，并且几乎没有形状相同的两个气枕。
按照设计方案，水立方的内外立面膜结构共由3065个气枕组成（其中最小的1－2平方米，最大的达到70平方米），覆盖面积达到10万平方米，展开面积达到26万平方米，是世界上规模最大的膜结构工程，也是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。无论对设计还是施工、使用都是一个极大的挑战，对ETFE膜的材料、通风空调、防火、声、光、电的控制等技术提出了一个难度很大的课题。
人性化的设计细节
“水立方”设计注重细节，充分考虑运动员和观众需求，体现了北京奥运会“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的三大理念。
作为奥运会的比赛场馆，国家游泳中心首先要满足奥运会期间的比赛需要。“水立方”的设计将尽可能的让运动员在这里感到舒适，让观众感到舒适。而这种舒适往往来自很小的细节。“水立方”拥有跳水池、比赛池、热身池，这些池子的水温及其所在厅的温度没有太大的差异，这就为运动员稳定发挥创造了良好条件。
此外，“水立方”在地面的设计上也花费了不少心思，由于比赛池和热身池中间有一定距离，运动员在这两池之间往往是赤脚往返，“水立方”对这段路程的地面做了特殊、细致的处理，届时，“运动员走过去都很舒适”，不会觉得脚凉。
防雷设计
“水立方”与“鸟巢”相似，也是采用了传统的防雷技术。“水立方”的地下及基础部分是钢筋混凝土结构，地上部分是钢网架，钢结构与钢筋混凝土结构中的钢筋通过焊接连接，共同形成了一个立方体的笼子。屋面上，镶嵌、固定一块块充气枕的是槽形的钢构件，钢构件又宽又厚，与“水立方”四壁的钢网架焊接为一体，支撑着整个屋顶。雷雨天气里，这些钢构件的作用更是非同小可。它们一方面作为天沟，收集、排除屋面的雨水；同时又充当了接闪器，及时将雷电流引到“笼式避雷网”，保护整个建筑物的安全。这是一个非常理想的“笼式避雷网”，完全依靠建筑物自身结构中的材料，无须单独架设避雷针、做引下线或接地体，屋面没有突出的避雷针或避雷带，既经济美观又安全可靠。
抗震设计
“水立方”是典型的外柔内刚。外部只看到充气薄膜，好像弱不禁风，而支撑这些薄膜的是坚实的钢结构，里面观众看台和室内建筑物为钢筋混凝土结构。“水立方”的墙壁和天花板由1.2万个承重节点连接起来的网状钢管组成，这些节点均匀地分担着建筑物的重量，使其坚固得足以经受住北京最强的地震。“水立方”的地下部分是钢筋混凝上结构，在浇筑混凝上的时候，在每根钢桂的位置都设置了预埋件(上部为钢块)，钢结构的钢柱与这些预埋件牢固的焊接在一起，就这样，地上部分的钢结构与地下部分的钢筋混凝土结构形成一个牢固的整体。正是靠着优越的结构形式和良好的整体性，“水立方”才拥有了“过硬的身体”，达到了抗震8级烈度的标准。
节水设计
北京是个比较缺水的城市，而拥有三个巨大游泳池的水立方，每小时蒸发掉的水就要超过一吨。有没有可能避免这种浪费呢？关于这一点，“水立方”的建设者们在设计之初就有过周全的考虑。他们考虑把游泳池的整个池水进行覆盖，也就是在游泳池不用的晚上用塑料布或其他材料覆盖。覆盖计划包括了整个“水立方”的比赛池、戏水大厅等，如此一来就可以节约大量的水。
除此之外，“水立方”的另一个环保功能是收集和循环雨水，这是充分体现“水立方”科技、绿色设计思想的一个技术亮点。落到水立方房顶上的雨水会被汇集到建筑物下面的一个中心储蓄池中。这些被收集来的雨水将被循环利用。这一点，也在“鸟巢”工程中充分考虑到。
除了泳池用水，“水立方”的其他用水也十分节约。洗浴等废水，将经过生物接触氧化、过滤，再用活性炭吸附并消毒后，用于场馆内便器冲洗、车库地面的冲洗以及室外绿化灌溉。仅此一项就可每年节约用水44530吨水。此外，为了减少水的蒸发量，“水立方”的室外绿地将在夜间进行灌溉，采用以色列的微灌喷头，建成后可以节约用水5%。
奥运会后“水立方”将成市民水上乐园
北京2008年奥运会后，“水立方”能干啥？普通老百姓消费得起吗？这也许是北京市民最为关心的问题了。“水立方”业主单位北京市国有资产经营有限责任公司副总经理康伟说，“水立方”从招标、设计到建设的各个环节都充分考虑了赛后运营，奥运会后，经过改建的“水立方”将成为北京市民的水上娱乐中心。
一般而言，满足奥运会场馆功能需求的游泳馆建筑面积在4万平米左右就足够了，但“水立方”的赛时建筑面积约8万平米，多出来的这些面积就是为了保障赛后运营的需要。奥运会赛时，“水立方”的座椅将达到1万7千个，其中，1万1千个坐席将在奥运会后拆除，在剩下的6千个坐席中，有2千个是活动座椅，长期固定的坐席数为4千个。这样的设计为赛后利用留下了充足的空间。
无论是外部形状还是内部结构，水立方都是中国建筑史上的一个创新之作。而它的施工过程，更是中国的工程技术人员填补一系列国家行业空白的过程。
建设大事记
2003年7月 国家游泳中心建筑设计方案正式确定
2003年12月24日 水立方奠基 土方及基础处理工程开工
2004年4月7日 完成土方及基础处理工程
2004年7月17日 国家游泳中心建筑安装工程施工总承包合同正式签约
2005年一季度 完成全部主体混凝土结构施工
2006年4月10日 国家游泳中心主体结构封顶 完成钢结构的安装
2006年6月16日 钢结构支撑体系成功卸载
2006年8月1日国家游泳中心膜结构安装第一块膜结构气枕
2006年12月26日 完成膜结构安装
2007年3月 完成设备安装 并开始联机调试
2008年1月28日 正式竣工
场馆名称：国家游泳中心（National Aquatics Centre）
俗称：水立方（Water Cube）
建设地点：奥林匹克公园（Olympic Sport Park）
场地类型：新建比赛场馆园
建筑面积（㎡）：79532
赛时功能：游泳、跳水、花样游泳
奥运会期间的用途：游泳、跳水、花样游泳
残奥会期间的用途：游泳、跳水、花样游泳
固定座位数：4000个（永久性）、2000个（可拆除）
临时座位数：11000个
开工时间：2003年12月24日
竣工时间：2008年1月28日
英文名称：National Aquatic Center
投资：约为10.2亿(各界捐献约8.5亿人民币)
业主单位：北京市国有资产经营有限责任公司
设计单位：中建设计联合体
总包单位：中建一局建设发展有限公司