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世博鋼結構建筑凝固偉大智慧

作者：江南造船廠(chǎng)    
時(shí)間：2010-08-31 14:38:09 [收藏]
江南造船廠(chǎng)迎來(lái)了第二次生命。140多年前，中國近代科技在此萌芽，灰色廠(chǎng)房見(jiàn)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(chǎng)化身為2010年世...
    關(guān)鍵詞：
        江南造船廠(chǎng)迎來(lái)了第二次生命。140多年前，中國近代科技在此萌芽，灰色廠(chǎng)房見(jiàn)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(chǎng)化身為2010年世界博覽會(huì )的明星建筑。

        被世人銘記的幾屆世博會(huì )，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(huì )將在上海這片中國建筑師的寶地開(kāi)幕。放眼黃浦江兩岸，世博會(huì )展區內，一座座中國人營(yíng)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(méi)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(méi)有頂點(diǎn)可以聚焦，這對眼睛是一種新鮮的刺激。但這種復雜的“斗拱”結構，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構建筑，構件跨度從幾十米到幾百米，建造難度很大。”李國強說(shuō)。為了保證從施工各階段到完工，結構絕對穩固，工程師們想方設法。

        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(diǎn)很難做到，因為拉升一條鋼梁往往需要幾十個(gè)吊點(diǎn)。在這里，機器勝過(guò)人的細心。

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

        過(guò)去由于害怕火災，人們給每一根鋼梁和鋼柱覆蓋上防火涂層。中國館沒(méi)有這樣做。專(zhuān)家們利用計算機模擬火災，計算出位于不同位置的構件所受到的威脅，由此得出適當的涂料用量。如李國強所說(shuō)：“如果館內火焰最高只有五六米，就沒(méi)必要給位于30米高處的鋼結構刷涂料。”由此大量資源得以節省。

        世博會(huì )主題館也是一個(gè)“大肚子巨人”，骨架用掉1.7萬(wàn)噸鋼。它的西展廳有3個(gè)標準足球場(chǎng)大小，凈高14米，卻沒(méi)有一根柱子。

        它的安全保障，同樣依賴(lài)同濟大學(xué)專(zhuān)家們的理論總結和大量計算――上海市科委為確保此類(lèi)大空間鋼結構世博會(huì )建筑的安全，資助了一個(gè)專(zhuān)項研究。

        像中國館一樣，主題館的建造也是高度自動(dòng)化的。它在園區內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)，在程序設計和機械人制造等方面達到了國際先進(jìn)水平。

        主題館和另一個(gè)標志性建筑物“世博軸”都應用了大量鋼索用于固定，怎樣確保鋼索不松動(dòng)斷裂？通過(guò)研發(fā)專(zhuān)門(mén)測量弦索張力的儀器，李國強團隊完全解決了這一問(wèn)題。

        先進(jìn)的科技，保證上海世博會(huì )的巨大地標，能夠長(cháng)期安然屹立。

        地平線(xiàn)下

        世博會(huì )展區地下，藏著(zhù)一個(gè)悠閑又繁忙的世界。

        “快速地在黑暗中前進(jìn)的時(shí)候，突然之間陽(yáng)光來(lái)了，你就知道到了我們的世博地鐵站。”上海世博會(huì )園區總規劃師吳志強說(shuō)，“門(mén)一打開(kāi)，車(chē)站門(mén)口外面都是花卉、竹林、草皮，全在你的眼前。”這里被人稱(chēng)作“陽(yáng)光谷”，它就在“世博軸”的地下。

        世博軸坐落在園區的樞紐位置，六個(gè)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(yáng)光和雨水。夜里，LED燈會(huì )把它裝扮得格外絢麗。但它的功用不止于此。

        “陽(yáng)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(yáng)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(yáng)光進(jìn)入地下后自然漫射，不會(huì )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(shí)不時(shí)還有微風(fēng)吹拂。風(fēng)從哪里來(lái)？也來(lái)自地面。同濟大學(xué)教授、地下空間專(zhuān)家束昱告訴我們，風(fēng)吹到“喇叭花”上時(shí)會(huì )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，世博軸內的換氣得以自然進(jìn)行。夏日里，習習涼風(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(chǎng)館的道路，也可以在這里接受安檢，看展覽、吃飯和娛樂(lè )。

        另一個(gè)絕妙的創(chuàng )意，是設計師考慮到了人對地下空間的排斥心理，在“陽(yáng)光谷”與旁邊的平地之間，設立了一片過(guò)渡地帶，模糊了地上和地下的區別。

        “整個(gè)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(huì )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(gè)例子是垃圾處理。在一軸四館，當垃圾丟入垃圾站后，會(huì )被壓縮空氣通過(guò)地下管道快速輸送到地下集中點(diǎn)，這避免了垃圾車(chē)四處來(lái)回。國外的一些商用樓和現代園區有此先例，但在中國大規模應用還是第一次。

        世博會(huì )園區外一個(gè)雕塑公園的下方，有世界上屈指可數的大型地下變電站，負責給世博園區供電配電。從地面上的綠坪可一點(diǎn)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(guān)念進(jìn)步了。”束昱介紹說(shuō)，中國對地下空間的利用水平，曾和先進(jìn)國家差距很大，但如今這個(gè)差距正在快速縮小。世博會(huì )建筑的地下空間面積之大，更是前所未有。在4個(gè)大型館，地下面積與地上面積之比超過(guò)了1∶3。

        夢(mèng)幻宅邸

        浦西最佳實(shí)踐區里的一棟4層小樓，也許會(huì )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(yáng)能電池板，又有罕見(jiàn)的風(fēng)車(chē)，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(huì )特別設置了城市最佳實(shí)踐區，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(lái)自設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(shuō)，“今年'兩會(huì )’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：由于設計巧妙，風(fēng)從任何方向吹來(lái)，小樓內的空氣流動(dòng)都是最優(yōu)的。屋面可以開(kāi)合，放進(jìn)自然光；屋頂安裝的“追光百葉”可跟隨太陽(yáng)角度的變化而自動(dòng)調節，遮陽(yáng)的同時(shí)也提高室內照度。因為樓內光線(xiàn)充足，可以栽種各種植物，構成一個(gè)空氣凈化小群落；而屋頂收集的雨水可以用來(lái)澆灌植物。樓里的空調也不用電，深深插入地下的熱棒，內有導熱液體，能把地下低溫導入樓內。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；樓內用磚有的是長(cháng)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(lái)，整棟建筑能夠達到綜合節能60%，可再生能源占建筑能耗值的50%，非傳統水源利用率為60%。多數先進(jìn)技術(shù)并不昂貴，比如說(shuō)，空調系統3年節省的電費，就收回成本，而且可以連用50年。設計者對“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。復旦大學(xué)材料專(zhuān)家武利民發(fā)明的一種智能涂料，能讓使用它的世博會(huì )建筑冬暖夏涼。內含納米級顆粒的涂料，覆蓋在窗戶(hù)玻璃上，完全透明，卻能夠阻擋紅外線(xiàn)。“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(shuō)。這種涂料是世博會(huì )技術(shù)攻關(guān)的專(zhuān)項成果之一，也會(huì )借展出的機會(huì )向全國推廣。

        低碳和環(huán)保的建筑理念，也將借助舊城區的改造建筑普及――城市最佳實(shí)踐區內，2/3的建筑物是老廠(chǎng)房改造而成。江南造船廠(chǎng)的鋼架車(chē)間，被改造成了鋼架玻璃結構的船舶博物館；低于水平面的舊船塢，則被裝修成了一座演藝廣場(chǎng)。著(zhù)名的南市發(fā)電廠(chǎng)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(yíng)造室內冬暖夏涼的效果。

        有句名言說(shuō)：建筑是凝固的音樂(lè )。有些建筑同時(shí)也是凝固的智慧。幾年來(lái)，“世博科技行動(dòng)”圍繞建設規劃、特種空間結構、新材料利用、新型生態(tài)建筑等方面開(kāi)展攻關(guān)，累計設立了44個(gè)科技項目。通過(guò)世博會(huì )的示范，這些建筑智慧將會(huì )傳播出去，塑造中國未來(lái)的城市。
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