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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。但這種復雜的“斗拱”結(jié)構(gòu),如何能保證安全呢?

        同濟大學土木工程學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)部的受力情況與當初預(yù)想的是否一致。在哪里測,如何測?同濟大學專家們建立的數(shù)學模型可以解答。

        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?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,時不時還有微風吹拂。風從哪里來?也來自地面。同濟大學教授、地下空間專家束昱告訴我們,風吹到“喇叭花”上時會形成風壓,上下空間的溫差造成了熱壓,在風壓和熱壓的作用下,世博軸內(nèi)的換氣得以自然進行。夏日里,習習涼風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,又有罕見的風車,或者叫靜音垂直風力發(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)有導熱液體,能把地下低溫導入樓內(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。復旦大學材料專家武利民發(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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