2006年，當(dāng)自主創(chuàng)新理念深深植根于人們心田的時(shí)候，一座座各具特色的奧運(yùn)場(chǎng)館正在北京拔地而起，新穎漂亮的建筑正生動(dòng)展示著自主創(chuàng)新的成果。
國(guó)產(chǎn)鋼材托起巨大“鳥巢”
“鳥巢”——人們對(duì)國(guó)家體育場(chǎng)的習(xí)慣性稱呼，形如孕育生命的“巢”，或者更像一個(gè)搖籃，寄托著人們對(duì)未來的期望?！傍B巢”的外罩是不規(guī)則的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件編織而成的，支撐鳥巢的24根主桁架柱，既是建筑結(jié)構(gòu)，又是建筑的外觀。均勻受力的網(wǎng)如樹枝般伸展，置身其中仿佛來到森林……
要將這個(gè)超凡脫俗的創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)卻并不容易：鳥巢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，最大跨度達(dá)到333米，總重4.2萬噸，構(gòu)件造型也很奇特，H型、T型、彎扭狀的都有，對(duì)建設(shè)和安裝的挑戰(zhàn)性極大，建設(shè)中還面臨著焊接、吊裝等等難題。
建筑用料的使用也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
由于“鳥巢”的跨度很大，如果用傳統(tǒng)低強(qiáng)度鋼材，將使鋼材斷面增大，焊接部位容易出現(xiàn)問題，尤其是斷面增大之后，焊接過程中也容易產(chǎn)生缺陷。
有人說，奧運(yùn)場(chǎng)館建成后是運(yùn)動(dòng)健兒的競(jìng)技場(chǎng)；建成前則是建筑師和工程師的競(jìng)技舞臺(tái)。在這個(gè)舞臺(tái)上，我國(guó)的科研人員以及奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)者們正在實(shí)踐著“科技奧運(yùn)”的理念。
2005年，河南舞陽鋼鐵公司開始為“鳥巢”量身定做“Q460”鋼材。
這是一種低合金高強(qiáng)度鋼，它在受力強(qiáng)度達(dá)到460兆帕?xí)r才會(huì)發(fā)生塑性變形。這種鋼以前從未在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)過。
“在半年多的時(shí)間里，我們前后進(jìn)行了3次試制，最終獲得成功?！蔽桕栦撹F公司科技部主任工程師韋明說。如今托起“鳥巢”最關(guān)鍵的“肩部”結(jié)構(gòu)的，正是我們自己研發(fā)制造的“Q460”鋼材，它具有良好的抗震性、抗低溫性和可焊性。
這是我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)上首次使用“Q460”鋼材；而這次使用的鋼板厚度達(dá)到110毫米，超過Q460的最大厚度100毫米的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。隨著“Q460”高性能鋼材的成功應(yīng)用，“鳥巢”所用鋼材全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。
據(jù)該項(xiàng)目公司副總經(jīng)理張恒利介紹，為確保施工質(zhì)量，“鳥巢”項(xiàng)目公司和總包單位針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)建立了專項(xiàng)質(zhì)量管理體系，分別制定加工廠、現(xiàn)場(chǎng)拼裝、現(xiàn)場(chǎng)吊裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)程序，使現(xiàn)場(chǎng)每道工序、每條焊縫質(zhì)量檢測(cè)都有章可循，嚴(yán)格把關(guān)。“鳥巢”焊縫自檢探傷一次合格率達(dá)99.5%以上，第三方探傷合格率達(dá)到99.9%。經(jīng)過嚴(yán)格整改后，焊接工程合格率達(dá)100%。
在施工建設(shè)中，“鳥巢”集中了國(guó)內(nèi)相關(guān)專業(yè)最前沿的自主創(chuàng)新技術(shù)力量，及時(shí)解決了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方案中的相關(guān)難題?！洞罂缍冉Y(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算方法研究》、《桁架柱復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法研究》、《Q460E—Z35厚板焊接技術(shù)及應(yīng)用研究》、《矩形鋼管永久模板混凝土斜扭柱施工技術(shù)及應(yīng)用研究》等一批設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白，為國(guó)內(nèi)建筑業(yè)整體水平的提高積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
應(yīng)用10萬平方米ETFE膜材世界領(lǐng)先
國(guó)家游泳中心“水立方”引人注目。
“水立方”的奇特建筑設(shè)計(jì)讓人很容易聯(lián)想到水的形態(tài)，對(duì)此，奧運(yùn)場(chǎng)館的有關(guān)負(fù)責(zé)人作了解釋————從設(shè)計(jì)方案上看，“水立方”給人感覺是規(guī)矩的方形外表，它之所以有水的動(dòng)感，是由于“水立方”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循了自然界最普遍的結(jié)構(gòu)組成規(guī)律，采用一種基于三維空間有效分割氣泡理論的新型空間結(jié)構(gòu)，給人造成視覺上的特別體驗(yàn)，特殊的方式使“水立方”呈現(xiàn)出別樣的姿態(tài)。
這意味著從設(shè)計(jì)到施工極富挑戰(zhàn)性，“水立方”對(duì)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展研究提出了許多新課題。
另一方面，“水立方”晶瑩剔透的效果是通過一種透明的墻體材料達(dá)到的————學(xué)名為ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)充氣枕結(jié)構(gòu)。它就是我們見到的“水立方”外表面的藍(lán)色泡泡，也就是“水立方”的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
這是一種輕質(zhì)的透明膜材，具有良好的透光性，能為場(chǎng)館內(nèi)帶來更多的自然光。由于ETFE分子結(jié)構(gòu)排布緊密，能夠承受很大的應(yīng)力，從而使ETFE氣枕能夠抵抗外界荷載。不僅如此，這種膜還具有自清潔功能，灰塵不易附著在表面，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年。
業(yè)主單位現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人趙志雄介紹，國(guó)家游泳中心屋面及墻面使用這種膜材約10萬平方米，這一裝配系統(tǒng)的運(yùn)用是規(guī)模大、構(gòu)造復(fù)雜、綜合技術(shù)非常全面的一次。
由于ETFE膜材充氣枕與傳統(tǒng)的建筑材料在物理性能方面完全不同，而國(guó)家游泳中心對(duì)室內(nèi)環(huán)境又有很嚴(yán)格的要求，因此搞清楚這種特殊圍護(hù)結(jié)構(gòu)的聲、光、熱特性對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，并提出性能解決措施，對(duì)保證國(guó)家游泳中心室內(nèi)環(huán)境要求是非常重要的。今天，這些問題有的已經(jīng)基本解決，有的還在通過相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。
在“水立方”的施工現(xiàn)場(chǎng)，ETFE膜材預(yù)制的幾何形狀矗立在工地的入口處，如水分子結(jié)構(gòu)般，煥發(fā)出澄澈的藍(lán)，閃耀著現(xiàn)代科技的光芒。
直飲水、太陽能與生態(tài)水泥
“希望能在2008年北京奧運(yùn)會(huì)上，讓來自世界各國(guó)的朋友們喝上真正‘中國(guó)制造’的‘直飲水’?！?中科院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員曲久輝說。曲久輝所在的團(tuán)隊(duì)承擔(dān)著“奧運(yùn)科技(2008)行動(dòng)計(jì)劃”中一個(gè)關(guān)于優(yōu)質(zhì)飲用水的科研項(xiàng)目。
科技部發(fā)展計(jì)劃司田野介紹：“2001年7月13日北京申奧成功后，科技部聯(lián)合國(guó)務(wù)院有關(guān)部門和北京市政府、北京奧組委共同啟動(dòng)了‘奧運(yùn)科技(2008)行動(dòng)計(jì)劃’，先后成立了行動(dòng)計(jì)劃領(lǐng)導(dǎo)小組和‘第29屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)’，目前參加‘科技奧運(yùn)’的有關(guān)部門和單位已擴(kuò)展到13個(gè)?！?/p>
“‘奧運(yùn)科技(2008)行動(dòng)計(jì)劃’支持了一批科技奧運(yùn)重大項(xiàng)目和重點(diǎn)課題，在場(chǎng)館建設(shè)方面，‘鳥巢’、‘水立方’有關(guān)安全結(jié)構(gòu)與施工關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已取得了重大突破；‘奧運(yùn)綠色建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)估體系’等成果正在奧運(yùn)場(chǎng)館中進(jìn)行試用，為‘綠色奧運(yùn)’提供了支撐。”
像曲久輝所負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)，針對(duì)2008年北京奧運(yùn)村及場(chǎng)館飲用水安全保障及優(yōu)質(zhì)供水問題，經(jīng)過5年研究，已經(jīng)在飲用水的砷、氟、硝酸鹽去除等儲(chǔ)備技術(shù)方面取得了技術(shù)創(chuàng)新，共申請(qǐng)發(fā)明專利9件，其中授權(quán)6件；還有諸如“奧運(yùn)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)估體系”的研究成果，現(xiàn)在已成為北京市制定“公共建筑節(jié)能評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)”的重要基礎(chǔ)……隨著奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)的提速，越來越多的創(chuàng)新成就將會(huì)競(jìng)相呈現(xiàn)。
另一方面，建設(shè)中的奧運(yùn)場(chǎng)館采用了很多國(guó)內(nèi)企業(yè)的創(chuàng)新成果，成為展示我國(guó)企業(yè)自主創(chuàng)新風(fēng)采的大舞臺(tái)：
鳥巢、水立方，首次使用了金隅集團(tuán)北京水泥廠生產(chǎn)的“生態(tài)水泥”，它們來自于我國(guó)首條消納工業(yè)廢料的水泥示范線。
無錫尚德公司已被確定在“鳥巢”的主通道安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)……
2008北京奧運(yùn)會(huì)不僅是對(duì)大規(guī)模興建的奧運(yùn)場(chǎng)館建筑的一次“大閱兵”，也是對(duì)我國(guó)建筑技術(shù)、建筑用材、建筑節(jié)能、智能化配套設(shè)施等多方面高科技含量的一次檢閱。時(shí)至今日，一批奧運(yùn)場(chǎng)館正在緊張建設(shè)中，它們讓世界期待。（記者 曹紅艷）
