水立方這么美，那是因為用了這種膜

當你走進水立方，不知你有沒有觸摸過由上千塊氣枕組合而成的膜結構外衣？

實際上，構建“水立方”漂亮外觀的是一種較ETFE（乙烯－四氟乙烯共聚物）的膜結構，也是水立方最大的建筑特點。

整個“水立方”外觀由3000多個氣枕組成，覆蓋面積達到11萬平方米，被稱為世界上規模最大的膜結構工程，是惟一一個完全由膜結構來進行全封閉的大型公共建筑。 

ETFE的魔力

水立方采用的ETFE膜，是由一種無色透明的顆粒狀結晶體也就是ETFE生料擠壓成型的膜材，是一種典型的非織物類膜材，為目前國際上先進的薄膜材料。它代表著現代膜結構建筑的最新趨勢，它的使用在國內尚屬首次。 

膜結構是建筑結構中最新發展起來的一種形式，它以性能優良的織物為材料，或是向膜內充氣，由空氣壓力支撐膜，或是利用柔性鋼索或鋼性支撐結構將面繃緊，從而形成具有一定鋼度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系。

這種高強度柔性薄膜材料，能夠實現多樣化的建筑造型，上世紀60年代起，它成為各類標志性建筑的流行元素。

◢  輕便

ETFE膜材具有質量輕、壽命長、抗拉伸、延展性好、抗紫外線和化學物質侵袋能力強、自潔性好、透明度高、熔點高等優點。

據中國產業用紡織品行業協會理事長朱民儒介紹，目前國內膜結構有兩種主要建筑織物，即涂敷聚四氟乙烯(PTFE)的玻璃纖維織物和涂敷聚氯乙烯(PVC)的聚酯織物。

而水立方采用的并不是普通的膜結構，這種ETFE膜材性能更加優異，具有輕便、節省能源、耐用、自潔、變形小等特性。

曾用ETFE材料設計了位于英格蘭西南Cornwall的植物園eden project“伊甸園”的英國設計師Nicholas Grimshaw&patters，曾形象地描述道：整個表皮材料的全重比建筑所包圍的空氣還要輕。

這也是許多需要大面積覆蓋材料建筑所青睞的特點。這種材料號稱比玻璃要輕100倍。

但國內沒有此項技術，仍然依賴進口。 

◢  保溫

ETFE多用于一些造型獨特的建筑結構，在水立方這種方形結構下應用也是一種大膽的嘗試。游泳館自身的功能，需要避免“溫室”和“眩光”產生，所以在應用上進行了相應的改進。

如在ETFE材料表層鍍上上億個同色系鍍點，用改變光線的方向來隔熱散光，將多余的光線和熱量擋在場館之外，以控制膜的透光度，減少陽光帶來的熱量，以免室內溫度過高。

透過的陽光在室內形成舒適的溫室效應，保持室內溫暖，節省約30％的能源。

 

◢  環保

盡管水立方采用的ETFE膜結構造價昂貴，但其因為自身擁有的特性，能夠為采用它的建筑帶來其他優秀的性能而被廣泛采用，特別是環保性能如節電、清潔、耐用性。

如——

“水立方”屋頂有3萬平方米，雨水可100％的收集；

膜結構使自然光能得到充分利用，水立方場館平均每天9.9小時能使自然光透入，不需要點燈，省電效果顯著。

在隔熱保溫方面，膜結構還能節省30％的電力。

因為表面的光潔性強，“水立方”中方設計師、中建國際(深圳)設計顧問有限公司總工程師鄭方解釋說，由于這種材料的摩擦系數很小，塵土不容易粘在上面，利用自然降雨就可以進行清潔，也就是我們常說的膜結構的自潔功能。

另外，ETFE膜結構的耐火性高，燃點在715度以上，即使燒有窟窿，也不會擴散和產生濃煙。 

◢  耐用抗壓

“水立方”采用的ETFE膜具有很強的抗壓性。

ETFE膜是新型的環保節能材料，水立方那個3000多個由ETFE膜制成的氣枕，能為建筑提供堅強的保護。

據悉，充氣后的ETFE膜，還能承受一輛汽車的重量，能夠抵擋自然界的暴雨、冰雹、沙塵暴等。 

對于這種材料，是一種永久和半永久性的材料，現在國際上使用此材料的建筑，大多才經過20多年的使用，不過實踐證明ETFE膜透光性和強度沒有出現絲毫的退化，迄今為止工況良好。

如德國的安聯體育場和英國“伊甸園”植物園。在過去20年內，歐洲有超過600個建筑都用了這種材料。

而“水立方”的設計壽命為100年，這也是對ETFE膜永久性的考驗。

膜結構的潛力未來

膜結構的這種材料在國外的發展時間也并不長，自從上世紀七十年代以來，膜結構在國外逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中。

膜結構已成為結構設計選型中的一個主要方案。

大阪萬國博覽會中的美國館采用了氣承式空氣膜結構，是世界上第一個大跨度的膜結構，而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂層的玻璃纖維織物，大阪萬國博覽會的展覽館標志著膜結構時代的開始。 

自此以后，膜結構在世界范圍內得到了迅猛的發展。如，美國龐提亞克的大跨度的“銀色穹頂”；沙特阿拉伯吉大機場候機大廳的懸掛膜結構占地42萬m2；1988年首先用在漢城奧運會的體操館與擊劍館的膜結構索穹頂；1996年亞特蘭大奧運會的“佐治亞穹頂”；英國倫敦直徑達320m的“千年穹頂”等膜結構建筑顯示了當今建筑技術與材料科學的發展水平。 

目前，有許多建筑都能夠采用和發揮膜結構優勢：需自然采光的公共建筑，如體育館、訓練房、游泳館、展覽廳等；足球、田徑等比賽的體育場中，看臺挑篷都采用膜結構；國外很多露天劇院的舞臺、博覽會的展覽館也都以膜材作為頂蓋。

還有一些商場、休閑廣場、校園都可以利用膜結構有效擴大建筑空間。

膜結構的運用來自于它自身特性的造就，如體育場，機場大廳大面積支撐，植物園的不規則形狀。“水立方”在建造過程中，鋼結構、ETFE膜結構和室內環境是水立方建筑的三大亮點。

對水立方像水一樣的夢幻感覺的追求，讓膜結構自然出現在設計師和建筑師的設計方案中。 

中國受到了西方國家先進技術的影響。近幾年來，在膜結構應用上顯示了活躍的趨勢。

1997年竣工的上海體育場，是國內首個采用膜材作為永久篷蓋材料的建筑。

隨著中國經濟發展，建筑結構的多樣化，膜結構將有大展身手的未來，廣州新白云機場候機樓采用了膜材作為屋蓋的一部分，據相關專家預測，中國的膜結構將持續以每年15％-20％速度增長。 

當膜結構被第一次用于上海體育場時，可能還很難顯現出這在推動膜結構發展的潛力。而今天，在水立方這樣的奧運場館上大面積使用膜結構，展現出的是推動膜結構發展的巨大推動力。 

盡管目前，我國對這種國際上最先進的ETFE膜仍依賴進口，建筑應用上也只有奧運場館中的水立方和鳥巢。但引進國際新的設計和理念，帶來新型材料的應用，將給中國帶來新的概念和先進的技術。

鳥巢、水立方的成功，讓國人看到膜結構發展的振奮人心，因其做到了藝術、科技、環保的完美結合，同時也給中國膜結構發展帶來了機遇與挑戰。

 

摘自：網絡

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