走近科學(xué)

鳥巢——作為2008年北京第29屆奧運(yùn)會(huì)主體育場，承擔(dān)了奧運(yùn)會(huì)開、閉幕式和田徑項(xiàng)目的比賽。它獨(dú)特的造型設(shè)計(jì)更是吸引了全世界人的目光。傳統(tǒng)和現(xiàn)代的交融，實(shí)用性與美感的渾然天成，讓它不僅成為一個(gè)現(xiàn)代的體育場館，更是一座在中國乃至世界上獨(dú)一無二的標(biāo)志性建筑。

2001年7月13日中國贏得奧運(yùn)會(huì)主辦權(quán)，所有中國人都為之歡呼雀躍。為了2008年舉辦一屆超水平的國際盛會(huì)，中國將全力以赴。

在所有奧運(yùn)場館建設(shè)中，國家體育場無疑是最為關(guān)鍵的一個(gè)項(xiàng)目。北京要在奧運(yùn)來臨之前，在北京中軸線的北端，建造一個(gè)非同凡響的國家體育場。它將成為奧運(yùn)會(huì)皇冠上的寶石，成為令世人矚目的標(biāo)志性工程。

2002年10月，北京向全世界公開征集2008年奧運(yùn)會(huì)主體育場的設(shè)計(jì)方案。來自十幾個(gè)國家的44支設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)報(bào)名參加了競賽。

在奧運(yùn)的百年歷史中，每屆奧運(yùn)會(huì)的建筑設(shè)計(jì)都力求超越前屆，成為舉辦城市和奧林匹克一個(gè)時(shí)代的標(biāo)志。中國，也希望能為現(xiàn)代建筑史書寫更加光輝燦爛的一頁，向全世界展示中國的獨(dú)特魅力。

根據(jù)要求，體育場要能容納10萬名觀眾，而且每一位觀眾都能有好的視野觀看比賽；除此以外，還有一個(gè)非常特別的要求，就是要有一個(gè)可以開合的屋頂，對于這么大型的一個(gè)建筑，技術(shù)難度可想而知。

2003年3月18日，參與競賽的全球13家團(tuán)體將他們的構(gòu)想送抵北京。其中包括了國際著名的建筑大師及設(shè)計(jì)聯(lián)合體提交的方案。評審委員會(huì)再從這13個(gè)方案中推選出他們認(rèn)為最滿意的方案。

李興鋼（中國建筑設(shè)計(jì)研究院 副總建筑師）:首先進(jìn)行的是專家評審程序。這個(gè)專家評審委員會(huì)來自國際國內(nèi)的著名建筑專家、城市管理者，是由各個(gè)方面組成的，他們從13個(gè)設(shè)計(jì)方案里面評選出了3個(gè)優(yōu)秀方案。

優(yōu)秀方案之一是“天空體育場”方案，它是由日本佐藤公司和清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院合作設(shè)計(jì)的。它以晴朗的天空為背景，柔和的白云、綠色的秋林為主要?jiǎng)?chuàng)意，形態(tài)象征著地球廣博的大自然。

其屋蓋由兩個(gè)半月形的玻璃頂面組成，它們相對旋轉(zhuǎn)，平行滑動(dòng)，完成大屋面的開合，這種方式是世界首例（圖１）。

(１)圖組:（１-1）“天空體育場”是優(yōu)秀方案之一

（１-2）世界首例半月形玻璃頂面（模型）

還有一個(gè)“浮空開啟屋面”方案，它是由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院獨(dú)立設(shè)計(jì)的。它的最大特點(diǎn)是屋蓋懸浮在空中。整體設(shè)計(jì)象征著開啟和騰飛。利用飛艇技術(shù)，把屋頂懸在體育場空中，這是世界上獨(dú)一無二的懸空開啟式屋頂（圖２）。

(2)“浮空開啟屋面”的設(shè)計(jì)模型

評審委員會(huì)重點(diǎn)推薦的是“鳥巢”方案，它是由瑞士赫爾佐格－德梅隆公司、中國建筑設(shè)計(jì)研究院和奧雅娜（香港）公司組成的設(shè)計(jì)聯(lián)合體共同完成的。外觀設(shè)計(jì)，也就是建筑的結(jié)構(gòu)，呈網(wǎng)絡(luò)狀的構(gòu)架，相互支撐，看上去就像是樹枝編織的鳥巢?；瑒?dòng)平移式可開啟屋頂，簡單實(shí)用也很安全（圖3）。

(３)“鳥巢”參選時(shí)的設(shè)計(jì)模型

這三個(gè)優(yōu)秀方案各有特色，即便是專家也難以取舍。那么，究竟哪一個(gè)能成為國家體育場的設(shè)計(jì)藍(lán)圖呢？

李興鋼:競爭還是很激烈的，特別是最后的這三個(gè)方案。不光是設(shè)計(jì)方案的競爭，還要在公眾媒體上進(jìn)行各自的設(shè)計(jì)陳述，以贏得觀眾的理解，公眾的理解。

三個(gè)方案向全社會(huì)公開展示。鳥巢博得了大眾的認(rèn)可，經(jīng)過民眾投票，它以最多的票數(shù)獲得了競選最后的勝利。

李興鋼:2003年4月17日，我們收到競賽組織方北京市規(guī)劃委員會(huì)的正式文件，通知我們“鳥巢”的方案被確定為2008年奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場的實(shí)施方案。鳥巢在這樣一個(gè)激烈的競爭里最后勝出。

鳥巢——最終被確定為國家體育場的實(shí)施方案，從13個(gè)方案中脫穎而出，究竟是因?yàn)槭裁茨兀?/p>

鳥巢摒棄了外表華麗的裝飾，設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎，而一切設(shè)計(jì)的源頭都是從體育場的原始功能出發(fā)：增強(qiáng)觀眾和運(yùn)動(dòng)員的互動(dòng)感，觀眾能更好地觀看比賽；運(yùn)動(dòng)員在比賽中能發(fā)揮出最好的水平。設(shè)計(jì)師將10萬個(gè)觀眾坐席分成3層，緊密環(huán)繞在長圓形的體育場周圍。形成了東西高南北低，連續(xù)起伏的 “馬鞍形”（圖4）。

(４)“鳥巢”觀眾席設(shè)計(jì)圖

主持人:這種大型的體育場，都需要有一個(gè)擋風(fēng)遮雨的平臺，一個(gè)附屬建筑，也就是我們看到的架在鳥巢上面的東西。世界上很多大型體育場館在設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先就會(huì)想到鋼結(jié)構(gòu)，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的建筑，在此能夠發(fā)揮出無比強(qiáng)大的優(yōu)勢。除了實(shí)用性要求之外，鳥巢的外形造型特征還有其他的一些意向需求。

一個(gè)好的創(chuàng)意是制勝的關(guān)鍵。中國古代龍泉青瓷中的冰裂紋，裂片層疊，有很強(qiáng)的立體感，受到這種瓷紋和古代窗欞鏤空形式的啟發(fā)，鳥巢被設(shè)計(jì)成了像線團(tuán)纏繞的編織形狀（圖５），這讓體育場看上去，像一簇有韻律、有節(jié)奏的鋼鐵。依照內(nèi)部看臺的形狀，體育場的外形同樣用鋼材編織成東西高南北低的馬鞍形。

(５)圖組:（５-1）中國古代龍泉青瓷的裂紋給了設(shè)計(jì)人員想象空間

（５-2）中國古代鏤空窗欞對“鳥巢”的外觀設(shè)計(jì)也有啟發(fā)

在順應(yīng)鳥巢設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，設(shè)計(jì)師在國家體育場上方設(shè)計(jì)了兩條平行軌道用于支撐可開啟屋頂，與編織結(jié)構(gòu)完美地融合成一體。

李興鋼:為了向大家更加形象地說明這個(gè)結(jié)構(gòu)，就是讓大家更容易理解這個(gè)結(jié)構(gòu)，我們用了“鳥巢”這個(gè)詞。就是像鳥巢以樹枝的編織形成了建筑結(jié)構(gòu)。這樣一個(gè)設(shè)計(jì)理念，導(dǎo)致一種樸素的，單純的，很有震撼力的建筑形式，令人耳目一新。

鳥巢的外部造型既是外觀又是結(jié)構(gòu)，給人以一種完整和諧之感。同時(shí)還具備很強(qiáng)的實(shí)用性和可實(shí)施性。這與其他外形美觀的方案形成了鮮明的對比。

譚澤陽（中國建筑設(shè)計(jì)研究院 建筑師）:漂亮，在現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代是很容易做到的。但是，又耐看，又有文化內(nèi)涵在里面就不是那么容易了，也就是怎么能把一個(gè)時(shí)尚的東西里加入很深的文化積淀在里面。

灰色的鋼網(wǎng)覆蓋著透明的膜材料，內(nèi)部包裹著紅色的碗狀看臺。在鳥巢中，中國傳統(tǒng)的紅色，與富有現(xiàn)代感的鋼結(jié)構(gòu)完美地結(jié)合在一起。既融入獨(dú)特的中國文化又符合了建筑美學(xué)的發(fā)展方向。

崔愷（中國建筑設(shè)計(jì)研究院 院長）:今天最新的建筑美學(xué)是轉(zhuǎn)向了一種自然形態(tài)，就像我們進(jìn)到樹林子里頭，看到這些樹，你并不覺得這些樹杈長得沒規(guī)律，不好看。今天在世界上產(chǎn)生的很多的具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性的建筑都在往這塊發(fā)展，都在探討這種非幾何化，多元化，不規(guī)則，模糊性這樣的特點(diǎn)。

概念抽象，追求一種與自然、環(huán)境的和諧。鳥巢的這一建筑理念得到了大眾的認(rèn)可，更受到學(xué)界的稱贊。

主持人:應(yīng)該說鳥巢的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是考慮到觀眾觀賞的平等性，不是說坐在第一排的人就一定比坐在最遠(yuǎn)端的那個(gè)人會(huì)看得更清楚，因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)際的測量，從最高點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)到達(dá)場內(nèi)的距離，大概是140米，基本上保證了每一個(gè)人的需求。再有座位的顏色是由紅色到紅白色漸變的；這個(gè)膜結(jié)構(gòu)同時(shí)又起到了擋風(fēng)遮雨的作用。除此之外，現(xiàn)場的各個(gè)疏散通道也是非常完備，全體觀眾能夠在8分鐘之內(nèi)疏散到集散大廳，保證了安全。

最初的鳥巢設(shè)計(jì)，跟我們現(xiàn)在看到的不大一樣，人員的容納量也從10萬降低了一些，這其中的原因到底又是什么呢？

2004年11月，國家提出了節(jié)儉辦奧運(yùn)，所有奧運(yùn)場館都面臨著設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，鳥巢也經(jīng)歷了方案的優(yōu)化和改動(dòng)。

邱澗冰（中國建筑設(shè)計(jì)研究院 建筑師）:我們優(yōu)化方案的改動(dòng)，一共有三部分：減少座椅；取消活動(dòng)屋蓋；再就是加大開口。

在保持原有設(shè)計(jì)理念的前提下，設(shè)計(jì)師巧妙地安排了鳥巢的主次結(jié)構(gòu)。它們看起來似乎雜亂無章，但實(shí)際上都是經(jīng)過精心安排的，它們將共同承擔(dān)支撐平衡的重任。

從俯視圖上可以明顯看出，鳥巢的屋面是由相互對稱的24根桁架梁分割而成;每一根桁架梁都與中心的開口相切。桁架梁對應(yīng)著24根組合柱;每根組合柱又由一個(gè)內(nèi)柱和兩個(gè)外柱構(gòu)成，中間用腹桿相連并交匯在一起，形成了一個(gè)三角形類似楔形的空間體系（圖６）。

(6)“鳥巢”構(gòu)架圖

內(nèi)柱向下延伸，外柱向上延伸，形成一個(gè)空間桁架系統(tǒng)，組合柱和桁架梁共同構(gòu)成了鳥巢完整的主結(jié)構(gòu)體系。

范重（中國建筑設(shè)計(jì)院 副總工程師）:大梁把力首先傳給24根柱子，再由柱子逐漸傳到基礎(chǔ)?；A(chǔ)下面是樁基，很多的鋼筋混凝土的灌注樁，用整個(gè)傳遞體系保證結(jié)構(gòu)的安全性。

就這樣，設(shè)計(jì)師在主結(jié)構(gòu)周圍添加了許多不規(guī)則的次結(jié)構(gòu)，讓它們彼此牽制、互相交織，形成一個(gè)鋼材編織的完美整體，讓鳥巢這座龐然大物能夠承受住百年風(fēng)雨而屹立不倒（圖7）。

(7)圖組:“鳥巢”是這樣一點(diǎn)一點(diǎn)搭建起來的

崔愷:我覺得它是一個(gè)非常偉大的建筑。因?yàn)槲矣X得每一個(gè)人，不論從任何距離上去看它的時(shí)候，都會(huì)被它所震撼，它確實(shí)是充滿了強(qiáng)烈的力量感和震撼力。這是一個(gè)國際水平的，一個(gè)有著體育功能的藝術(shù)品。

皮埃爾·德梅?。ㄈ鹗亢諣栕舾瘢旅仿」?建筑師）:我們很自豪，能為北京和整個(gè)中國設(shè)計(jì)出這樣一個(gè)重要的作品。

如今，這座舉世罕見的建筑奇觀赫然屹立，帶給我們無數(shù)的驚奇與震撼。

這座體型巨大，可容納91000名觀眾的大體育場，像是一個(gè)巨大的碗，將體育場里所有的人包容在一起。

彭冀（中國建筑設(shè)計(jì)研究院 工程師）:這種感覺很和諧，它將人和這個(gè)建筑很和諧地融合在一起，包括看比賽，或者看比賽的前后，在整個(gè)的過程中都會(huì)是這樣。

讓觀眾滿意；讓運(yùn)動(dòng)員們超水平發(fā)揮，是所有筑巢人的共同愿望。

主持人:這樣一個(gè)具有世界影響力的建筑，已經(jīng)成為北京奧運(yùn)會(huì)的一個(gè)代言的名詞。一說到鳥巢，人們馬上就會(huì)想到北京奧運(yùn)會(huì)獨(dú)特的風(fēng)格?？梢哉f，鳥巢從它的設(shè)計(jì)而言，是獨(dú)一無二的，但是它也給我們的工程施工帶來了前所未有的難度，如此大規(guī)模的扭轉(zhuǎn)鋼結(jié)構(gòu)對于任何一個(gè)國家來說都是一個(gè)挑戰(zhàn)，今天我們看到的，屹立在我們眼前的鳥巢，又是如何從圖紙變成為現(xiàn)實(shí)建筑的呢？