北京奧運場館中的高科技

隨著2008年奧運腳步的臨近，全世界越來越多的目光投向了北京。在這座城市中，次第崛起的眾多造型別致、匠心獨具的奧運建筑，無不蘊藏著東方智慧創造的科技之魂。

“鳥巢”的“鋼筋鐵骨”

還沒走進奧林匹克公園，國家體育場（“鳥巢”）獨特的鋼架結構頂棚就映入了人們的視線：一根根像樹枝般看似雜亂無章的鐵架縱橫交錯，就這樣形成一個可以容納91000人的體育場，實在讓人驚嘆。

“鳥巢”的鋼結構最大跨度達到333米，相當于200個成年人手拉手的長度。要讓重達4.2萬噸的鋼結構擺脫外力的支撐，靠自己“站立”起來，工程浩大自不必說，其材料的選擇是慎之又慎。“鳥巢”局部受力大的部位采用了Q460鋼材，這是專為“鳥巢”量身打造的一種低合金高強度鋼。“Q”代表鋼材的強度，“460”表示受力強度達到460兆帕（相當于4540個標準大氣壓）時才會徹底變形，而普通鋼材受力強度只有235兆帕。

“鳥巢”的俗稱源于它的外形，走近它才知道，不僅僅是從外觀上，更重要的是各種高科技元素的使用增加了觀眾觀賽的舒適度。

“鳥巢”的看臺，被設計得像只邊緣高低起伏的“碗”，是一種環抱賽場的收攏結構，而且上下層看臺之間有一部分交錯。這樣，無論觀眾坐在“鳥巢”哪個位置，和比賽場地中心點之間的視線距離都在140米左右。

8月的北京，天氣炎熱，91000人坐在一個體育場里看比賽，如何避暑呢？“鳥巢”的中方設計師利用計算機精確模擬出91000人同時觀賽時的自然通風狀況，并計算出每個區域的觀眾能感受到的溫度和濕度。“鳥巢”所有的通風設施，都是按照這個模擬分析建造的，無論觀眾坐在上層看臺還是下層看臺、普通座位還是貴賓席，都能達到較好的舒適度。

9萬多人同時觀賽，如果場內沒有良好的吸聲材料，無論運動員還是觀眾都將很難聽清場內的廣播。“鳥巢”的下層膜采用吸聲膜材，能起到聲學吊頂的作用，配合鋼結構構件上設置的一些吸聲材料，以及場內使用的電聲擴音系統，使“鳥巢”內部的語音清晰度指數達到0.6——這個數字完全能保證坐在任何角落的觀眾都能清晰收聽到場內廣播。

“水立方”的“神奇外衣”

距鳥巢不遠處，晶瑩剔透的國家游泳中心（“水立方”）像一潭碧藍的池水，吸引著人們的目光。

“冰清玉潔”的“水立方”之所以有這樣清麗的容顏，主要是由于它穿上了一件由3000多個“泡泡”——藍色氣枕組成的膜“外衣”。

這層膜“外衣”的真正名字叫ETFE（四氟乙烯），是一種新型環保節能的膜材料。這種膜材料看上去只有牛皮紙厚，對著陽光望去非常剔透，透光率達到了90％。

“水立方”在盛夏酷暑的侵襲下會不會變成一個匯聚陽光的“溫室浴場”？如何在保持游泳館透明、美觀的同時，避免透明場館溫度偏高、出現眩光？

解決上述問題的“法寶”就是分布在ETFE膜上的上億個鍍點，即在ETFE膜的表層，鍍上上億個與膜的顏色類似的鍍點，用來改變光線的方向，起到隔熱散光的效果。這些“鍍點”就像一把把遮陽傘，把刺眼的光線和多余的熱量擋在場館之外；而在一把把“遮陽傘”之間，所需光線可以自由通過，保證場館的溫度和采光。

更有趣的是，“水立方”這件膜“外衣”本身具有“自我清潔”的功能，使得灰塵基本無法黏附。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新。如果遇到類似沙塵暴的惡劣天氣，將會利用機械設備進行清潔。經試驗，在清洗時，只需兩輛消防車的水，20分鐘“水立方”就能“洗完澡”。

“花瓣”里的“玄機”

在奧林匹克森林公園里，盛開著一朵青白色的巨型“蓮花”，在它旁邊還有兩朵小“蓮花”。3朵盛開的“蓮花”組成了奧林匹克公園網球中心的3個主賽場（大的為中心球場，另兩個為1、2號球場）。主賽場采用正十二邊形造型，12個邊就是12個看臺，再配以清水混凝土的灰白色外墻，宛如12片花瓣往空中伸展。

網球中心的清水混凝土建筑外墻沒有多余修飾。正是這種設計，從花瓣間溜入的清風，不僅給賽場帶來了涼意，也使網球中心成為國際上首個能夠“請”進自然風幫助降溫的網球賽場。

原來，根據國家氣象局提供的資料測算，比賽期間，網球場地面溫度甚至可以達到50℃左右。為此，網球中心在設計時就想出給場地“退燒”的高招——利用花瓣間留有的三角形空間讓場館自由“呼吸”。即在場內12個“花瓣”背后的鋁板內，設置一些進風口，把自然風通過管道送到場地內的通風機之中，通過通風機加壓送進座位底下的送風口，這樣可使場地“退燒”5℃左右。

此外，三塊主賽場觀眾看臺外墻，布滿了白色網眼板，一個個的小點點不僅僅是裝飾，晚上還能發光，而且這里面還藏著能吸收自然風的設備，被壓縮后的自然風能夠從看臺底層百葉窗中吹進來，給賽場降溫。

破解羽壇“老大難”

北京東四環邊上有一座體育館，潔白的圓形屋頂讓它看上去既像一枚微張的蚌殼，又像一個倒扣的斗笠。這就是新建的北京工業大學體育館，2008年奧運會羽毛球和藝術體操比賽將在這里進行。

了解羽毛球的人都知道，羽毛球運動對室內風速有很高的要求。如何解決“觀眾怕熱”與“比賽怕風”的矛盾？為此，體育館決定采用在觀眾席座椅下送風的空調設計，也就是在看臺內增設空調送風管道，讓涼風從觀眾席的座椅下面吹出來。整個體育館中，共有這樣的送風口1萬多個。

采用這樣的設計有兩個好處；首先是降低了風速。風速大小與出風管道的橫截面積是成反比的，把一個出風口“分解”成了1萬多個出風口，風速當然就小了；其次是避免了空調風向對場上運動員的影響。一般體育館空調的送風管道在屋頂，風從上面吹下來，再吹向四面的觀眾席，冷氣在由上面轉向側面的過程中會形成一個個渦漩氣流，影響羽毛球的飛行線路。現在將出風口設計在觀眾席座椅下，回風口設計在兩層觀眾席之間，就避免了渦漩氣流的產生。

現在，羽毛球館內的風速控制在0.2米/秒以下，場內溫度則保持在26℃到28℃之間，完全符合國際羽聯的要求。依靠智慧，中國人成功解決了困擾國際羽壇多年的“老大難”問題。

（摘自《百科知識》原標題為《奧運場館親密接觸》本刊有刪節）