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水立方钢结构全球瞩目 自然之美被誉物理学杰作
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| 发布日期:(2008-04-29) |
座银光闪闪的方形建筑矗立在北京北辰西路的东侧。乍看之下，人们或许不会将它与湛蓝色的国家游泳中心“水立方”联系在一起，然而细心的人们会发现，在阳光下熠熠生辉的竟然是用大量钢架“编织”而成的“水分子”形状。
没错，这就是国家游泳中心“水立方”的筋骨，如今，令人称羡不已的“水分子”膜结构外衣就是靠这些骨架支撑起来的。
水立方宛如一方由白色钢结构杆件相互交错的玲珑。在钢筋铁骨的鸟巢映衬下，透出柔弱的骨感美。不论是在“水立方”方案公布之初，还是竣工之时，湛蓝色的膜结构“外衣”都是人们关注的焦点，而支撑起这件华美外衣的钢结构却很少为人所知。然而，就是这个不为人知的“骨架”却成为了设计、施工单位面临的头号难题。
都是钢结构，但“水立方”和“鸟巢”却大不相同。 “水立方”的钢结构最大的特点就是不规则，纵横交错中透着一股自然的纯美。然而，正是这种自然的不规则的形态给焊接带来了极大的困难。“水立方”设计单位之一的中建国际（深圳）设计顾问有限公司总建筑师郑方开玩笑说，“水立方”的钢结构是一个“三无工程”——无先例、无规范、无标准。在设计、施工时，“水立方”的钢结构甚至都没有一个标准的称谓。
水立方同样也是全球钢结构专家的关注点。水立方的使用的钢结构被成为泡沫理论，在国外尤其实欧洲成为钢结构中理论的“解不开的难题”，从最初提出这种模式至今，已有数千建筑专家为之奋斗了100多年。因此，在水立方施工中遇到的种种困难在预料之中。水立方宣布将实践“泡沫理论”后，在全球建筑业产生了很大的震动。在水立方建设的同时，全球研究泡沫理论的建筑学家几乎都到过施工现场取经，有的甚至来过多次。这些专家都为中国人自主创新的能力由衷钦佩。来自德国的一位专家称，若干年内，水立方将是世界钢结构泡沫理论的教科书。
水立方的外墙和里层由上千个气泡组成，为了实现这种不规则多面体空间钢框架结构，施工队需要在空中把一根根钢杆件当成气泡的边棱，逐个在空中按照设计好的位置固定，再与连接边棱的钢球焊接，制成气泡形状。整个“水立方”钢结构共使用2万多个杆件和1万多个连接球。刚一开始，水立方进行钢结构焊接时，施工单位开始考虑的方法也和鸟巢一样，在地面操作台上焊接一部分，再吊装进行整体焊接。但试验了几次以后发现，而要把钢梁拼成气泡形状、找到钢梁在空中的准确位置非常困难。
由于水立方的组成部分都是不规则的多边形，如果进行平面焊接，再吊装整体组合，多点空中定位连接的误差不好控制，而且累加的误差像滚雪球般越积越大，工程质量无法保证。工程师们试了GPS定位、激光定位等很多办法，但工程进度总是太慢。即使在焊工们熟练之后，速度也只能提高到每天几十根。经过反复试验、摸索，工程师们终于找到了解决方案——中学几何里的“一条直线和线外一个点确定一个平面”定理可以就用于杆件定位，新方法顿时让工程进度猛增了3倍。这期间，“水立方”工地汇集了来自全国的顶级焊工，有来自长江三峡工程的，有焊过军舰好手，甚至邻居“鸟巢”的优秀焊工也被借到了“水立方”工地。从最初的一天几根，到几十根，再到最高峰时的200根，2万根杆件、将近1万个连接球在20多个专门负责对号入座的工人传递下，在顶级焊工手里，像堆积木似地快速而准确地拼插在一起。
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| （摘自：）
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