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世博鋼結(jié)構(gòu)建筑凝固偉大智慧

作者：江南造船廠    
時間：2010-08-31 14:38:09 [收藏]
江南造船廠迎來了第二次生命。140多年前，中國近代科技在此萌芽，灰色廠房見證了中國工業(yè)的蹣跚起步。而今，青磚、鋼架和水泥裹上了新潮外套，舊工廠化身為2010年世...
    關(guān)鍵詞：偉大 智慧 建筑 世博
        江南造船廠迎來了第二次生命。140多年前，中國近代科技在此萌芽，灰色廠房見證了中國工業(yè)的蹣跚起步。而今，青磚、鋼架和水泥裹上了新潮外套，舊工廠化身為2010年世界博覽會的明星建筑。

        被世人銘記的幾屆世博會，大多是因為留下了如埃菲爾鐵塔這樣歷久彌新的偉大建筑。5月1日，世博會將在上海這片中國建筑師的寶地開幕。放眼黃浦江兩岸，世博會展區(qū)內(nèi)，一座座中國人營造的奇異建筑已經(jīng)在熠熠閃光。它們有嶄新的肉體，嶄新的靈魂，這靈魂是科技的魔力賦予的。

        鋼鐵積木

        走在中國館屋檐下，沒有人能忽略它遮蓋天空的威嚴。鋼梁像積木一樣橫豎交錯，壘向半空，越向上鋼梁越寬，和塔正好相反。沒有頂點可以聚焦，這對眼睛是一種新鮮的刺激。但這種復(fù)雜的“斗拱”結(jié)構(gòu)，如何能保證安全呢？

        同濟大學(xué)土木工程學(xué)院李國強教授及其團隊，攜20年的研究成果，順利解決了安全難題。“中國館屬于大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑，構(gòu)件跨度從幾十米到幾百米，建造難度很大。”李國強說。為了保證從施工各階段到完工，結(jié)構(gòu)絕對穩(wěn)固，工程師們想方設(shè)法。

        首先，他們利用計算機制定工序，保證在施工中，所有的鋼梁不失精確的方位和角度。這一點很難做到，因為拉升一條鋼梁往往需要幾十個吊點。在這里，機器勝過人的細心。

        順利搭建后，施工者還需要檢測重要構(gòu)件的變形情況，由此去判斷建筑內(nèi)部的受力情況與當(dāng)初預(yù)想的是否一致。在哪里測，如何測？同濟大學(xué)專家們建立的數(shù)學(xué)模型可以解答。

        過去由于害怕火災(zāi)，人們給每一根鋼梁和鋼柱覆蓋上防火涂層。中國館沒有這樣做。專家們利用計算機模擬火災(zāi)，計算出位于不同位置的構(gòu)件所受到的威脅，由此得出適當(dāng)?shù)耐苛嫌昧?。如李國強所說：“如果館內(nèi)火焰最高只有五六米，就沒必要給位于30米高處的鋼結(jié)構(gòu)刷涂料。”由此大量資源得以節(jié)省。

        世博會主題館也是一個“大肚子巨人”，骨架用掉1.7萬噸鋼。它的西展廳有3個標準足球場大小，凈高14米，卻沒有一根柱子。

        它的安全保障，同樣依賴同濟大學(xué)專家們的理論總結(jié)和大量計算――上海市科委為確保此類大空間鋼結(jié)構(gòu)世博會建筑的安全，資助了一個專項研究。

        像中國館一樣，主題館的建造也是高度自動化的。它在園區(qū)內(nèi)首次采用了機器人滑移安裝技術(shù)，滑移距離達180米。這項高新技術(shù)，在程序設(shè)計和機械人制造等方面達到了國際先進水平。

        主題館和另一個標志性建筑物“世博軸”都應(yīng)用了大量鋼索用于固定，怎樣確保鋼索不松動斷裂？通過研發(fā)專門測量弦索張力的儀器，李國強團隊完全解決了這一問題。

        先進的科技，保證上海世博會的巨大地標，能夠長期安然屹立。

        地平線下

        世博會展區(qū)地下，藏著一個悠閑又繁忙的世界。

        “快速地在黑暗中前進的時候，突然之間陽光來了，你就知道到了我們的世博地鐵站。”上海世博會園區(qū)總規(guī)劃師吳志強說，“門一打開，車站門口外面都是花卉、竹林、草皮，全在你的眼前。”這里被人稱作“陽光谷”，它就在“世博軸”的地下。

        世博軸坐落在園區(qū)的樞紐位置，六個巨大的“喇叭花”排成一列，用透明的膜造成，可以為下面的游人遮擋陽光和雨水。夜里，LED燈會把它裝扮得格外絢麗。但它的功用不止于此。

        “陽光谷”就位于“喇叭花”的正下方。這里雖是地下，卻有自然柔和的光照，以及潺潺的小溪。光，是“喇叭花”攔截的陽光；水，是“喇叭花”截留的雨水。“喇叭花”的奧秘就在這里：它向黑漆漆的地下空間輸送生機和靈氣。陽光進入地下后自然漫射，不會有陰影。要歸功于它的獨特造型，以及用高新材料制造的膜。

        有了光和水，綠色植物就可以扎根，地下通道就能變成一條芳草鋪地的林蔭路，時不時還有微風(fēng)吹拂。風(fēng)從哪里來？也來自地面。同濟大學(xué)教授、地下空間專家束昱告訴我們，風(fēng)吹到“喇叭花”上時會形成風(fēng)壓，上下空間的溫差造成了熱壓，在風(fēng)壓和熱壓的作用下，世博軸內(nèi)的換氣得以自然進行。夏日里，習(xí)習(xí)涼風(fēng)的地下是最好的休息地。

        由于世博軸的地下空間寬敞而舒適，游客將不僅僅把它作為通向主要場館的道路，也可以在這里接受安檢，看展覽、吃飯和娛樂。

        另一個絕妙的創(chuàng)意，是設(shè)計師考慮到了人對地下空間的排斥心理，在“陽光谷”與旁邊的平地之間，設(shè)立了一片過渡地帶，模糊了地上和地下的區(qū)別。

        “整個世博軸有四層，地下空間占總面積的60%，以前的建筑是很少有的。”束昱告訴我們，不僅世博軸，世博會的其他建筑為了充分利用土地，都做了科學(xué)配置。諸如雨水收集，污水處理等功能，凡能擺在地下的都擺在地下。

        一個例子是垃圾處理。在一軸四館，當(dāng)垃圾丟入垃圾站后，會被壓縮空氣通過地下管道快速輸送到地下集中點，這避免了垃圾車四處來回。國外的一些商用樓和現(xiàn)代園區(qū)有此先例，但在中國大規(guī)模應(yīng)用還是第一次。

        世博會園區(qū)外一個雕塑公園的下方，有世界上屈指可數(shù)的大型地下變電站，負責(zé)給世博園區(qū)供電配電。從地面上的綠坪可一點兒也看不出變電站的痕跡。

        “能夠充分利用地下空間，表明我們的觀念進步了。”束昱介紹說，中國對地下空間的利用水平，曾和先進國家差距很大，但如今這個差距正在快速縮小。世博會建筑的地下空間面積之大，更是前所未有。在4個大型館，地下面積與地上面積之比超過了1∶3。

        夢幻宅邸

        浦西最佳實踐區(qū)里的一棟4層小樓，也許會成為上海住宅的樣板。

        從外表看，它并不豪華，形狀卻有些奇怪――似乎是用各種方形模塊拼在一起。房頂上既有人們熟悉的太陽能電池板，又有罕見的風(fēng)車，或者叫靜音垂直風(fēng)力發(fā)電機。

        這棟小樓叫“滬上生態(tài)家”。本屆世博會特別設(shè)置了城市最佳實踐區(qū)，展出59座世界各地的城市建筑案例。“滬上生態(tài)家代表了上海生態(tài)建筑的最高水平。”來自設(shè)計單位上海市建筑科學(xué)研究院的資深工程師、全國人大代表葉倩說，“今年'兩會’上，我也很自豪地向代表委員們介紹了我們的作品。”

        葉倩介紹了生態(tài)家的獨特之處：由于設(shè)計巧妙，風(fēng)從任何方向吹來，小樓內(nèi)的空氣流動都是最優(yōu)的。屋面可以開合，放進自然光；屋頂安裝的“追光百葉”可跟隨太陽角度的變化而自動調(diào)節(jié)，遮陽的同時也提高室內(nèi)照度。因為樓內(nèi)光線充足，可以栽種各種植物，構(gòu)成一個空氣凈化小群落；而屋頂收集的雨水可以用來澆灌植物。樓里的空調(diào)也不用電，深深插入地下的熱棒，內(nèi)有導(dǎo)熱液體，能把地下低溫導(dǎo)入樓內(nèi)。外墻用的磚頭，是老房子剩下的舊磚，還有些是生活垃圾燒制的；樓內(nèi)用磚有的是長江淤泥燒成，有的是用煤灰蒸壓而成；木制的屋面則是用竹子壓制。

        綜合算下來，整棟建筑能夠達到綜合節(jié)能60%，可再生能源占建筑能耗值的50%，非傳統(tǒng)水源利用率為60%。多數(shù)先進技術(shù)并不昂貴，比如說，空調(diào)系統(tǒng)3年節(jié)省的電費，就收回成本，而且可以連用50年。設(shè)計者對“滬上生態(tài)家”的推廣很有信心。

        像“滬上生態(tài)家”一樣，許多建筑的精彩之處，在于借助前沿技術(shù)減少資源耗費。復(fù)旦大學(xué)材料專家武利民發(fā)明的一種智能涂料，能讓使用它的世博會建筑冬暖夏涼。內(nèi)含納米級顆粒的涂料，覆蓋在窗戶玻璃上，完全透明，卻能夠阻擋紅外線。“夏天它可以把熱量擋在建筑物外面，冬天正相反，把熱量限制在屋里。”武利民介紹說。這種涂料是世博會技術(shù)攻關(guān)的專項成果之一，也會借展出的機會向全國推廣。

        低碳和環(huán)保的建筑理念，也將借助舊城區(qū)的改造建筑普及――城市最佳實踐區(qū)內(nèi)，2/3的建筑物是老廠房改造而成。江南造船廠的鋼架車間，被改造成了鋼架玻璃結(jié)構(gòu)的船舶博物館；低于水平面的舊船塢，則被裝修成了一座演藝廣場。著名的南市發(fā)電廠也變身主題展館，它采用水源熱泵技術(shù)，用黃浦江底相對恒溫的江水，幫助營造室內(nèi)冬暖夏涼的效果。

        有句名言說：建筑是凝固的音樂。有些建筑同時也是凝固的智慧。幾年來，“世博科技行動”圍繞建設(shè)規(guī)劃、特種空間結(jié)構(gòu)、新材料利用、新型生態(tài)建筑等方面開展攻關(guān)，累計設(shè)立了44個科技項目。通過世博會的示范，這些建筑智慧將會傳播出去，塑造中國未來的城市。
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