为什么“水立方”外墙要由那么多“泡泡”组成

为2008年北京奥运会兴建的国家游泳中心落成以后，马上得到了“水立方”的昵称。为什么叫它“水立方”呢？因为一般的建筑物的外表面不是面砖、涂料，就是石头、玻璃，可“水立方”的外墙却是由很多很多“泡泡”构成的，远远看去，就像是一个盛满肥皂泡的玻璃缸。

水立方内部的LED灯使它的表面呈现出多彩的光影变幻

这些“泡泡”其实是一种新型建筑材料——ETFE膜材料，因为外观看起来鼓鼓的，里面却充了气，所以被叫作“气枕”。这种新型塑料材料，厚度通常小于0.20毫米，重量只有同等大小玻璃的1%，性能却十分优异：抗拉耐压、高透光、高抗污、耐腐蚀、易清洗，燃烧时不易熔化滴落，跟金属有较强的黏着性，并且完全可以循环利用，因此被称为“塑料王”，并被广泛用作建筑材料。“水立方”表面覆盖着3000多个不规则的气枕，面积达11万平方米，是世界上规模最大的膜结构工程，也是唯一完全由膜结构封闭的大型公共建筑。

水立方外墙使用了ETFE膜

这些气枕采用多层ETFE膜，将边缘用金属框夹住，然后往里面充气制作而成。内压使膜材产生张力，就像被吹起来的泡泡，从而形成了充气枕的形状和应有的强度。此外，与气枕相配套的还有一套充气系统，目的是使气枕内部的压力保持恒定。当冬季屋面积雪较多时，充气系统还会把气枕内压调高1倍以上，加大外凸高度，增加抗压能力，以免被积雪压垮。

设计师还在支撑气枕的钢结构空间内安装了复杂的灯光系统，因此，“水立方”在夜晚时忽而变蓝，忽而变紫，甚至还能产生金鱼穿行在泡泡中间的效果，非常奇妙。

水立方金属结构

其实，为“水立方”披上“泡泡”更是完全贯彻设计概念的结果。之所以会产生这样的构思，是因为“泡泡”让人自然联想到水，这正切合了游泳中心的主题。更为巧妙的是，“水立方”的结构形式也因受到科学家对“最佳泡沫结构”研究发现的启发，采用了一种多面体空间钢结构系统。因此，“水立方”可谓是将泡沫结构的原理诠释得淋漓尽致了。（华霞虹）

英国的“伊甸园工程”中使用了ETFE膜，它是在一个废弃矿山上兴建的生态温室，那里汇集了全球许多种类的植物

【微博士】最佳泡沫结构

英国著名的数学物理学家开尔文（1824—1907）曾提出这样一个问题：如果把空间划分成相同体积的小单元，那么，怎样划分所需要的界面才能最小？与此等价的问题就是：什么样的泡沫结构效率最高？开尔文自己认为，理想的泡沫结构是由相同的十四面体组成的，每个泡泡的十四个面中有6个正方形和8个正六边形。在随后的100多年里，人们普遍认为开尔文提出的这个结构就是最优泡沫结构。直到1993年，爱尔兰科学家丹尼斯·维埃尔和罗伯特·费伦用计算机模拟泡沫结构，才找到了比开尔文模型更好的结构，这个结构被称为维埃尔——费伦结构。这种结构是由两种相同体积的泡泡组成，一种是正十二面体，每面是正五边形；另一种是十四面体，其中两个面为正六边形，十二个面为正五边形。