水立方这么美，那是因为用了这种膜
发布时间：2017-07-20
水立方这么美，那是因为用了这种膜
当你走进水立方，不知你有没有触摸过由上千块气枕组合而成的膜结构外衣？
实际上，构建“水立方”漂亮外观的是一种较ETFE（乙烯－四氟乙烯共聚物）的膜结构，也是水立方最大的建筑特点。
整个“水立方”外观由3000多个气枕组成，覆盖面积达到11万平方米，被称为世界上规模最大的膜结构工程，是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。
ETFE的魔力
水立方采用的ETFE膜，是由一种无色透明的颗粒状结晶体也就是ETFE生料挤压成型的膜材，是一种典型的非织物类膜材，为目前国际上先进的薄膜材料。它代表着现代膜结构建筑的最新趋势，它的使用在国内尚属首次。
膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜，或是利用柔性钢索或钢性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定钢度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。
这种高强度柔性薄膜材料，能够实现多样化的建筑造型，上世纪60年代起，它成为各类标志性建筑的流行元素。
◢ 轻便
ETFE膜材具有质量轻、寿命长、抗拉伸、延展性好、抗紫外线和化学物质侵袋能力强、自洁性好、透明度高、熔点高等优点。
据中国产业用纺织品行业协会理事长朱民儒介绍，目前国内膜结构有两种主要建筑织物，即涂敷聚四氟乙烯(PTFE)的玻璃纤维织物和涂敷聚氯乙烯(PVC)的聚酯织物。
而水立方采用的并不是普通的膜结构，这种ETFE膜材性能更加优异，具有轻便、节省能源、耐用、自洁、变形小等特性。
曾用ETFE材料设计了位于英格兰西南Cornwall的植物园eden project“伊甸园”的英国设计师Nicholas Grimshaw&patters，曾形象地描述道：整个表皮材料的全重比建筑所包围的空气还要轻。
这也是许多需要大面积覆盖材料建筑所青睐的特点。这种材料号称比玻璃要轻100倍。
但国内没有此项技术，仍然依赖进口。
◢ 保温
ETFE多用于一些造型独特的建筑结构，在水立方这种方形结构下应用也是一种大胆的尝试。游泳馆自身的功能，需要避免“温室”和“眩光”产生，所以在应用上进行了相应的改进。
如在ETFE材料表层镀上上亿个同色系镀点，用改变光线的方向来隔热散光，将多余的光线和热量挡在场馆之外，以控制膜的透光度，减少阳光带来的热量，以免室内温度过高。
透过的阳光在室内形成舒适的温室效应，保持室内温暖，节省约30％的能源。
◢ 环保
尽管水立方采用的ETFE膜结构造价昂贵，但其因为自身拥有的特性，能够为采用它的建筑带来其他优秀的性能而被广泛采用，特别是环保性能如节电、清洁、耐用性。
如——
“水立方”屋顶有3万平方米，雨水可100％的收集；
膜结构使自然光能得到充分利用，水立方场馆平均每天9.9小时能使自然光透入，不需要点灯，省电效果显著。
在隔热保温方面，膜结构还能节省30％的电力。
因为表面的光洁性强，“水立方”中方设计师、中建国际(深圳)设计顾问有限公司总工程师郑方解释说，由于这种材料的摩擦系数很小，尘土不容易粘在上面，利用自然降雨就可以进行清洁，也就是我们常说的膜结构的自洁功能。
另外，ETFE膜结构的耐火性高，燃点在715度以上，即使烧有窟窿，也不会扩散和产生浓烟。
◢ 耐用抗压
“水立方”采用的ETFE膜具有很强的抗压性。
ETFE膜是新型的环保节能材料，水立方那个3000多个由ETFE膜制成的气枕，能为建筑提供坚强的保护。
据悉，充气后的ETFE膜，还能承受一辆汽车的重量，能够抵挡自然界的暴雨、冰雹、沙尘暴等。
对于这种材料，是一种永久和半永久性的材料，现在国际上使用此材料的建筑，大多才经过20多年的使用，不过实践证明ETFE膜透光性和强度没有出现丝毫的退化，迄今为止工况良好。
如德国的安联体育场和英国“伊甸园”植物园。在过去20年内，欧洲有超过600个建筑都用了这种材料。
而“水立方”的设计寿命为100年，这也是对ETFE膜永久性的考验。
膜结构的潜力未来
膜结构的这种材料在国外的发展时间也并不长，自从上世纪七十年代以来，膜结构在国外逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。
膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。
大阪万国博览会中的美国馆采用了气承式空气膜结构，是世界上第一个大跨度的膜结构，而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物，大阪万国博览会的展览馆标志着膜结构时代的开始。
自此以后，膜结构在世界范围内得到了迅猛的发展。如，美国庞提亚克的大跨度的“银色穹顶”；沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的悬挂膜结构占地42万m2；1988年首先用在汉城奥运会的体操馆与击剑馆的膜结构索穹顶；1996年亚特兰大奥运会的“佐治亚穹顶”；英国伦敦直径达320m的“千年穹顶”等膜结构建筑显示了当今建筑技术与材料科学的发展水平。
目前，有许多建筑都能够采用和发挥膜结构优势：需自然采光的公共建筑，如体育馆、训练房、游泳馆、展览厅等；足球、田径等比赛的体育场中，看台挑篷都采用膜结构；国外很多露天剧院的舞台、博览会的展览馆也都以膜材作为顶盖。
还有一些商场、休闲广场、校园都可以利用膜结构有效扩大建筑空间。
膜结构的运用来自于它自身特性的造就，如体育场，机场大厅大面积支撑，植物园的不规则形状。“水立方”在建造过程中，钢结构、ETFE膜结构和室内环境是水立方建筑的三大亮点。
对水立方像水一样的梦幻感觉的追求，让膜结构自然出现在设计师和建筑师的设计方案中。
中国受到了西方国家先进技术的影响。近几年来，在膜结构应用上显示了活跃的趋势。
1997年竣工的上海体育场，是国内首个采用膜材作为永久篷盖材料的建筑。
随着中国经济发展，建筑结构的多样化，膜结构将有大展身手的未来，广州新白云机场候机楼采用了膜材作为屋盖的一部分，据相关专家预测，中国的膜结构将持续以每年15％-20％速度增长。
当膜结构被第一次用于上海体育场时，可能还很难显现出这在推动膜结构发展的潜力。而今天，在水立方这样的奥运场馆上大面积使用膜结构，展现出的是推动膜结构发展的巨大推动力。
尽管目前，我国对这种国际上最先进的ETFE膜仍依赖进口，建筑应用上也只有奥运场馆中的水立方和鸟巢。但引进国际新的设计和理念，带来新型材料的应用，将给中国带来新的概念和先进的技术。
鸟巢、水立方的成功，让国人看到膜结构发展的振奋人心，因其做到了艺术、科技、环保的完美结合，同时也给中国膜结构发展带来了机遇与挑战。
摘自：网络