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世博钢结构建筑凝固伟大智慧

作者：江南造船厂    
时间：2010-08-31 14:38:09 [收藏]
江南造船厂迎来了第二次生命。140多年前，中国近代科技在此萌芽，灰色厂房见证了中国工业的蹒跚起步。而今，青砖、钢架和水泥裹上了新潮外套，旧工厂化身为2010年世...
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        江南造船厂迎来了第二次生命。140多年前，中国近代科技在此萌芽，灰色厂房见证了中国工业的蹒跚起步。而今，青砖、钢架和水泥裹上了新潮外套，旧工厂化身为2010年世界博览会的明星建筑。

        被世人铭记的几届世博会，大多是因为留下了如埃菲尔铁塔这样历久弥新的伟大建筑。5月1日，世博会将在上海这片中国建筑师的宝地开幕。放眼黄浦江两岸，世博会展区内，一座座中国人营造的奇异建筑已经在熠熠闪光。它们有崭新的肉体，崭新的灵魂，这灵魂是科技的魔力赋予的。

        钢铁积木

        走在中国馆屋檐下，没有人能忽略它遮盖天空的威严。钢梁像积木一样横竖交错，垒向半空，越向上钢梁越宽，和塔正好相反。没有顶点可以聚焦，这对眼睛是一种新鲜的刺激。但这种复杂的“斗拱”结构，如何能保证安全呢？

        同济大学土木工程学院李国强教授及其团队，携20年的研究成果，顺利解决了安全难题。“中国馆属于大空间钢结构建筑，构件跨度从几十米到几百米，建造难度很大。”李国强说。为了保证从施工各阶段到完工，结构绝对稳固，工程师们想方设法。

        首先，他们利用计算机制定工序，保证在施工中，所有的钢梁不失精确的方位和角度。这一点很难做到，因为拉升一条钢梁往往需要几十个吊点。在这里，机器胜过人的细心。

        顺利搭建后，施工者还需要检测重要构件的变形情况，由此去判断建筑内部的受力情况与当初预想的是否一致。在哪里测，如何测？同济大学专家们建立的数学模型可以解答。

        过去由于害怕火灾，人们给每一根钢梁和钢柱覆盖上防火涂层。中国馆没有这样做。专家们利用计算机模拟火灾，计算出位于不同位置的构件所受到的威胁，由此得出适当的涂料用量。如李国强所说：“如果馆内火焰最高只有五六米，就没必要给位于30米高处的钢结构刷涂料。”由此大量资源得以节省。

        世博会主题馆也是一个“大肚子巨人”，骨架用掉1.7万吨钢。它的西展厅有3个标准足球场大小，净高14米，却没有一根柱子。

        它的安全保障，同样依赖同济大学专家们的理论总结和大量计算――上海市科委为确保此类大空间钢结构世博会建筑的安全，资助了一个专项研究。

        像中国馆一样，主题馆的建造也是高度自动化的。它在园区内首次采用了机器人滑移安装技术，滑移距离达180米。这项高新技术，在程序设计和机械人制造等方面达到了国际先进水平。

        主题馆和另一个标志性建筑物“世博轴”都应用了大量钢索用于固定，怎样确保钢索不松动断裂？通过研发专门测量弦索张力的仪器，李国强团队完全解决了这一问题。

        先进的科技，保证上海世博会的巨大地标，能够长期安然屹立。

        地平线下

        世博会展区地下，藏着一个悠闲又繁忙的世界。

        “快速地在黑暗中前进的时候，突然之间阳光来了，你就知道到了我们的世博地铁站。”上海世博会园区总规划师吴志强说，“门一打开，车站门口外面都是花卉、竹林、草皮，全在你的眼前。”这里被人称作“阳光谷”，它就在“世博轴”的地下。

        世博轴坐落在园区的枢纽位置，六个巨大的“喇叭花”排成一列，用透明的膜造成，可以为下面的游人遮挡阳光和雨水。夜里，LED灯会把它装扮得格外绚丽。但它的功用不止于此。

        “阳光谷”就位于“喇叭花”的正下方。这里虽是地下，却有自然柔和的光照，以及潺潺的小溪。光，是“喇叭花”拦截的阳光；水，是“喇叭花”截留的雨水。“喇叭花”的奥秘就在这里：它向黑漆漆的地下空间输送生机和灵气。阳光进入地下后自然漫射，不会有阴影。要归功于它的独特造型，以及用高新材料制造的膜。

        有了光和水，绿色植物就可以扎根，地下通道就能变成一条芳草铺地的林荫路，时不时还有微风吹拂。风从哪里来？也来自地面。同济大学教授、地下空间专家束昱告诉我们，风吹到“喇叭花”上时会形成风压，上下空间的温差造成了热压，在风压和热压的作用下，世博轴内的换气得以自然进行。夏日里，习习凉风的地下是最好的休息地。

        由于世博轴的地下空间宽敞而舒适，游客将不仅仅把它作为通向主要场馆的道路，也可以在这里接受安检，看展览、吃饭和娱乐。

        另一个绝妙的创意，是设计师考虑到了人对地下空间的排斥心理，在“阳光谷”与旁边的平地之间，设立了一片过渡地带，模糊了地上和地下的区别。

        “整个世博轴有四层，地下空间占总面积的60%，以前的建筑是很少有的。”束昱告诉我们，不仅世博轴，世博会的其他建筑为了充分利用土地，都做了科学配置。诸如雨水收集，污水处理等功能，凡能摆在地下的都摆在地下。

        一个例子是垃圾处理。在一轴四馆，当垃圾丢入垃圾站后，会被压缩空气通过地下管道快速输送到地下集中点，这避免了垃圾车四处来回。国外的一些商用楼和现代园区有此先例，但在中国大规模应用还是第一次。

        世博会园区外一个雕塑公园的下方，有世界上屈指可数的大型地下变电站，负责给世博园区供电配电。从地面上的绿坪可一点儿也看不出变电站的痕迹。

        “能够充分利用地下空间，表明我们的观念进步了。”束昱介绍说，中国对地下空间的利用水平，曾和先进国家差距很大，但如今这个差距正在快速缩小。世博会建筑的地下空间面积之大，更是前所未有。在4个大型馆，地下面积与地上面积之比超过了1∶3。

        梦幻宅邸

        浦西最佳实践区里的一栋4层小楼，也许会成为上海住宅的样板。

        从外表看，它并不豪华，形状却有些奇怪――似乎是用各种方形模块拼在一起。房顶上既有人们熟悉的太阳能电池板，又有罕见的风车，或者叫静音垂直风力发电机。

        这栋小楼叫“沪上生态家”。本届世博会特别设置了城市最佳实践区，展出59座世界各地的城市建筑案例。“沪上生态家代表了上海生态建筑的最高水平。”来自设计单位上海市建筑科学研究院的资深工程师、全国人大代表叶倩说，“今年'两会’上，我也很自豪地向代表委员们介绍了我们的作品。”

        叶倩介绍了生态家的独特之处：由于设计巧妙，风从任何方向吹来，小楼内的空气流动都是最优的。屋面可以开合，放进自然光；屋顶安装的“追光百叶”可跟随太阳角度的变化而自动调节，遮阳的同时也提高室内照度。因为楼内光线充足，可以栽种各种植物，构成一个空气净化小群落；而屋顶收集的雨水可以用来浇灌植物。楼里的空调也不用电，深深插入地下的热棒，内有导热液体，能把地下低温导入楼内。外墙用的砖头，是老房子剩下的旧砖，还有些是生活垃圾烧制的；楼内用砖有的是长江淤泥烧成，有的是用煤灰蒸压而成；木制的屋面则是用竹子压制。

        综合算下来，整栋建筑能够达到综合节能60%，可再生能源占建筑能耗值的50%，非传统水源利用率为60%。多数先进技术并不昂贵，比如说，空调系统3年节省的电费，就收回成本，而且可以连用50年。设计者对“沪上生态家”的推广很有信心。

        像“沪上生态家”一样，许多建筑的精彩之处，在于借助前沿技术减少资源耗费。复旦大学材料专家武利民发明的一种智能涂料，能让使用它的世博会建筑冬暖夏凉。内含纳米级颗粒的涂料，覆盖在窗户玻璃上，完全透明，却能够阻挡红外线。“夏天它可以把热量挡在建筑物外面，冬天正相反，把热量限制在屋里。”武利民介绍说。这种涂料是世博会技术攻关的专项成果之一，也会借展出的机会向全国推广。

        低碳和环保的建筑理念，也将借助旧城区的改造建筑普及――城市最佳实践区内，2/3的建筑物是老厂房改造而成。江南造船厂的钢架车间，被改造成了钢架玻璃结构的船舶博物馆；低于水平面的旧船坞，则被装修成了一座演艺广场。著名的南市发电厂也变身主题展馆，它采用水源热泵技术，用黄浦江底相对恒温的江水，帮助营造室内冬暖夏凉的效果。

        有句名言说：建筑是凝固的音乐。有些建筑同时也是凝固的智慧。几年来，“世博科技行动”围绕建设规划、特种空间结构、新材料利用、新型生态建筑等方面开展攻关，累计设立了44个科技项目。通过世博会的示范，这些建筑智慧将会传播出去，塑造中国未来的城市。
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