水立方钢结构全球瞩目 自然之美被誉物理学杰作

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。

没错，这就是国家游泳中心“水立方”的筋骨，如今，令人称羡不已的“水分子”膜结构外衣就是靠这些骨架支撑起来的。

水立方宛如一方由白色钢结构杆件相互交错的玲珑。在钢筋铁骨的鸟巢映衬下，透出柔弱的骨感美。不论是在“水立方”方案公布之初，还是竣工之时，湛蓝色的膜结构“外衣”都是人们关注的焦点，而支撑起这件华美外衣的钢结构却很少为人所知。然而，就是这个不为人知的“骨架”却成为了设计、施工单位面临的头号难题。

都是钢结构，但“水立方”和“鸟巢”却大不相同。 “水立方”的钢结构最大的特点就是不规则，纵横交错中透着一股自然的纯美。然而，正是这种自然的不规则的形态给焊接带来了极大的困难。“水立方”设计单位之一的中建国际（深圳）设计顾问有限公司总建筑师郑方开玩笑说，“水立方”的钢结构是一个“三无工程”――无先例、无规范、无标准。在设计、施工时，“水立方”的钢结构甚至都没有一个标准的称谓。

水立方同样也是全球钢结构专家的关注点。水立方的使用的钢结构被成为泡沫理论，在国外尤其实欧洲成为钢结构中理论的“解不开的难题”，从最初提出这种模式至今，已有数千建筑专家为之奋斗了100多年。因此，在水立方施工中遇到的种种困难在预料之中。水立方宣布将实践“泡沫理论”后，在全球建筑业产生了很大的震动。在水立方建设的同时，全球研究泡沫理论的建筑学家几乎都到过施工现场取经，有的甚至来过多次。这些专家都为中国人自主创新的能力由衷钦佩。来自德国的一位专家称，若干年内，水立方将是世界钢结构泡沫理论的教科书。

水立方的外墙和里层由上千个气泡组成，为了实现这种不规则多面体空间钢框架结构，施工队需要在空中把一根根钢杆件当成气泡的边棱，逐个在空中按照设计好的位置固定，再与连接边棱的钢球焊接，制成气泡形状。整个“水立方”钢结构共使用2万多个杆件和1万多个连接球。刚一开始，水立方进行钢结构焊接时，施工单位开始考虑的方法也和鸟巢一样，在地面操作台上焊接一部分，再吊装进行整体焊接。但试验了几次以后发现，而要把钢梁拼成气泡形状、找到钢梁在空中的准确位置非常困难。

由于水立方的组成部分都是不规则的多边形，如果进行平面焊接，再吊装整体组合，多点空中定位连接的误差不好控制，而且累加的误差像滚雪球般越积越大，工程质量无法保证。工程师们试了GPS定位、激光定位等很多办法，但工程进度总是太慢。即使在焊工们熟练之后，速度也只能提高到每天几十根。经过反复试验、摸索，工程师们终于找到了解决方案――中学几何里的“一条直线和线外一个点确定一个平面”定理可以就用于杆件定位，新方法顿时让工程进度猛增了3倍。这期间，“水立方”工地汇集了来自全国的顶级焊工，有来自长江三峡工程的，有焊过军舰好手，甚至邻居“鸟巢”的优秀焊工也被借到了“水立方”工地。从最初的一天几根，到几十根，再到最高峰时的200根，2万根杆件、将近1万个连接球在20多个专门负责对号入座的工人传递下，在顶级焊工手里，像堆积木似地快速而准确地拼插在一起。

(源自：Tom 专稿)
一个赛时建筑面积近8万平米的场馆，如此大规模的不规则钢结构施工，“水立方”的建设者们仅仅用了10个月的时间便完成了如此高技术含量的大规模作业，在世界建筑史上不能不说是一个奇迹。“这样的工程，在国外实施起码也要3至5年，只有在我们国家，才能在这么短的时间内调动如此大规模的优秀专业人才来集中进行这样作业” ，“水立方”总包单位中建一局集团建设发展有限公司项目经理孙洪庄说。

钢结构提前一个多月封顶，“水立方”钢结构到这时才算有了一个名字“空间多面体延性钢架结构”，钢结构作业方法也同“水立方”工程师们的建筑理论一起，被写进了《多面体延性钢架结构施工管理技术规程》。

水立方是首个进行支撑结构卸载的奥运工程。都说万事开头难，可水立方在详尽的应急预案、经过多次演练的工人和结构健康安全检测系统的保证下，卸载进行得非常顺利，最终的卸载结果优于模拟计算分析结果。在沉降幅度240毫米的理论指标下,‘水立方’的实际沉降只有81毫米。

“水立方”钢结构的设计和施工震惊了世界，英国《卫报》发表文章称其为“理论物理学的杰作”。然而，最让建设者们感到骄傲的是,在世界建筑领域内,从此有了中国人创造的标准。


(源自：Tom 专稿)