奥运场馆展示自主创新成果 国产钢材托起鸟巢

    2006年，当自主创新理念深深植根于人们心田的时候，一座座各具特色的奥运场馆正在北京拔地而起，新颖漂亮的建筑正生动展示着自主创新的成果。

    国产钢材托起巨大“鸟巢”

    “鸟巢”——人们对国家体育场的习惯性称呼，形如孕育生命的“巢”，或者更像一个摇篮，寄托着人们对未来的期望。“鸟巢”的外罩是不规则的钢结构构件编织而成的，支撑鸟巢的24根主桁架柱，既是建筑结构，又是建筑的外观。均匀受力的网如树枝般伸展，置身其中仿佛来到森林……

    要将这个超凡脱俗的创意变成现实却并不容易：鸟巢结构设计新颖，最大跨度达到333米，总重4.2万吨，构件造型也很奇特，H型、T型{TodayHot}、弯扭状的都有，对建设和安装的挑战性极大，建设中还面临着焊接、吊装等等难题。

    建筑用料的使用也是一项挑战。

    由于“鸟巢”的跨度很大，如果用传统低强度钢材，将使钢材断面增大，焊接部位容易出现问题，尤其是断面增大之后，焊接过程中也容易产生缺陷。

    有人说，奥运场馆建成后是运动健儿的竞技场；建成前则是建筑师和工程师的竞技舞台。在这个舞台上，我国的科研人员以及奥运场馆建设者们正在实践着“科技奥运”的理念。

    2005年，河南舞阳钢铁公司开始为“鸟巢”量身定做“Q460”钢材。

    这是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形。这种钢以前从未在国内生产过。

    “在半年多的时间里，我们前后进行了3次试制，最终获得成功。”舞阳钢铁公司科技部主任工程师韦明说。如今托起“鸟巢”最关键的“肩部”结构的，正是我们自己研发制造的“Q460”钢材，它具有良好的抗震性、抗低温性和可焊性。

    这是我国在建筑结构上首次使用“Q460”钢材；而这次使用的钢板厚度达到110毫米，超过Q460的最大厚度100毫米的国家标准。随着“Q460”高性能钢材的成功应用，“鸟巢”所用钢材全部实现了国产化。

    据该项目公司副总经理张恒利介绍，为确保施工质量，“鸟巢”项目公司和总包单位针对钢结构工程的特点建立了专项质量管理体系，分别制定加工厂、现场拼装、现场吊装质量控制标准程序，使现场每道工序、每条{HotTag}焊缝质量检测都有章可循，严格把关。“鸟巢”焊缝自检探伤一次合格率达99.5%以上，第三方探伤合格率达到99.9%。经过严格整改后，焊接工程合格率达100%。

    在施工建设中，“鸟巢”集中了国内相关专业最前沿的自主创新技术力量，及时解决了其结构设计与施工方案中的相关难题。《大跨度结构温度场计算方法研究》、《桁架柱复杂节点设计方法研究》、《Q460E—Z35厚板焊接技术及应用研究》、《矩形钢管永久模板混凝土斜扭柱施工技术及应用研究》等一批设计和施工技术，填补了多项国内空白，为国内建筑业整体水平的提高积累了宝贵经验。

    应用10万平方米ETFE膜材世界领先

    国家游泳中心“水立方”引人注目。

    “水立方”的奇特建筑设计让人很容易联想到水的形态，对此，奥运场馆的有关负责人作了解释————从设计方案上看，“水立方”给人感觉是规矩的方形外表，它之所以有水的动感，是由于“水立方”的结构设计遵循了自然界最普遍的结构组成规律，采用一种基于三维空间有效分割气泡理论的新型空间结构，给人造成视觉上的特别体验，特殊的方式使“水立方”呈现出别样的姿态。

    这意味着从设计到施工极富挑战性，“水立方”对空间结构的发展研究提出了许多新课题。

    另一方面，“水立方”晶莹剔透的效果是通过一种透明的墙体材料达到的————学名为ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)充气枕结构。它就是我们见到的“水立方”外表面的蓝色泡泡，也就是“水立方”的建筑围护结构。

    这是一种轻质的透明膜材，具有良好的透光性，能为场馆内带来更多的自然光。由于ETFE分子结构排布紧密，能够承受很大的应力，从而使ETFE气枕能够抵抗外界荷载。不仅如此，这种膜还具有自清洁功能，灰尘不易附着在表面，使用寿命长达30年。

    业主单位现场负责人赵志雄介绍，国家游泳中心屋面及墙面使用这种膜材约10万平方米，这一装配系统的运用是规模大、构造复杂、综合技术非常全面的一次。

    由于ETFE膜材充气枕与传统的建筑材料在物理性能方面完全不同，而国家游泳中心对室内环境又有很严格的要求，因此搞清楚这种特殊围护结构的声、光、热特性对室内环境的影响，并提出性能解决措施，对保证国家游泳中心室内环境要求是非常重要的。今天，这些问题有的已经基本解决，有的还在通过相关试验进行优化。

    在“水立方”的施工现场，ETFE膜材预制的几何形状矗立在工地的入口处，如水分子结构般，焕发出澄澈的蓝，闪耀着现代科技的光芒。

    直饮水、太阳能与生态水泥

    “希望能在2008年北京奥运会上，让来自世界各国的朋友们喝上真正‘中国制造’的‘直饮水’。” 中科院生态环境研究中心研究员曲久辉说。曲久辉所在的团队承担着“奥运科技(2008)行动计划”中一个关于优质饮用水的科研项目。

    科技部发展计划司田野介绍：“2001年7月13日北京申奥成功后，科技部联合国务院有关部门和北京市政府、北京奥组委共同启动了‘奥运科技(2008)行动计划’，先后成立了行动计划领导小组和‘第29届奥林匹克运动会科学技术委员会’，目前参加‘科技奥运’的有关部门和单位已扩展到13个。”

    “‘奥运科技(2008)行动计划’支持了一批科技奥运重大项目和重点课题，在场馆建设方面，‘鸟巢’、‘水立方’有关安全结构与施工关键技术攻关已取得了重大突破；‘奥运绿色建筑技术标准及评估体系’等成果正在奥运场馆中进行试用，为‘绿色奥运’提供了支撑。”

    像曲久辉所负责的团队，针对2008年北京奥运村及场馆饮用水安全保障及优质供水问题，经过5年研究，已经在饮用水的砷、氟、硝酸盐去除等储备技术方面取得了技术创新，共申请发明专利9件，其中授权6件；还有诸如“奥运绿色建筑标准及评估体系”的研究成果，现在已成为北京市制定“公共建筑节能评审标准”的重要基础……随着奥运场馆建设的提速，越来越多的创新成就将会竞相呈现。

    另一方面，建设中的奥运场馆采用了很多国内企业的创新成果，成为展示我国企业自主创新风采的大舞台：

    鸟巢、水立方，首次使用了金隅集团北京水泥厂生产的“生态水泥”，它们来自于我国首条消纳工业废料的水泥示范线。

    无锡尚德公司已被确定在“鸟巢”的主通道安装太阳能光伏发电系统……

    2008北京奥运会不仅是对大规模兴建的奥运场馆建筑的一次“大阅兵”，也是对我国建筑技术、建筑用材、建筑节能、智能化配套设施等多方面高科技含量的一次检阅。时至今日，一批奥运场馆正在紧张建设中，它们让世界期待。

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