水立方表面的“泡泡”是什么做的?它会坏吗?

2023年9月27日，科普中国·星空讲坛以“亚运，不止是比赛”为主题，邀请5位来自体育史、工程学、运动医学等领域的专家学者，围绕科技亚运、健康亚运等方向带领公众深入感受体育魅力。

长安大学讲师，科普创作者“三一博士”薛恒潇带来演讲：《世界著名体育场：科学、科技与美的统一》。

以下是薛恒潇的演讲节选：

体育场跟我们一般的建筑是不太一样的，它在设计建造的时候，首先要考虑功能，其次考虑选址，比如说不能把它建在一个风口或者地势低洼的位置，而且要考虑它的造型，是不是能够体现这座城市乃至国家的文化审美，此外还要考虑建造理念、使用情况、周边配套等一系列的问题。

所以，每座体育场的背后，都有很多值得我们探究的知识。

国家游泳中心：水立方

水立方的旁边其实就是鸟巢，这两座体育馆分别坐落在中轴线北端的两侧，形成了一个对称的格局。

在对称格局的两侧，你会发现，鸟巢外形是钢骨架组成的，但是它的轮廓柔和，建筑顶面呈马鞍形，而隔壁的水立方，它的外围是形似水泡的透明膜构成，但构型却方方正正，有棱有角。两个建筑搭配在一起，呼应了我们文化中天圆地方、阴阳和谐的哲学内涵。

水立方和鸟巢。演讲者供图

今天咱们就重点聊聊大家都很熟悉的水立方。

水立方作为国家游泳中心，设计上必然要凸显水的元素。那么大家都能看到，水立方的外形是什么样?像一个又一个的水泡拼成的，不过这些水泡可不简单，它背后代表的是近二十年最先进的建筑形式——膜结构建筑，它充分融合了结构力学、建筑学、材料学、化工技术、计算机技术等各个方面的先进成果。

组成水立方的水泡，我们叫它气枕，建成整座水立方前前后后一共用到了3000多个气枕。这些气枕最小的只有1到2个平米，但是大的却能达到70多平米，如果有机会走到上面去踩一踩的话，你会发现根本踩不破，甚至把一辆汽车开上去，这个气枕都能毫发无损，这是为什么呢?因为这个气枕用到的材料，是现在世界上最先进的环保节能四氟乙烯膜材料，也叫作ETFE。

即使在长期风吹雨打过程中稍微破了一个洞，也不用担心这个气枕是不是要重新换个新的，只要给他打上一块补丁，几天之后你会非常惊讶地发现，这个破损的地方自己重新愈合起来了，是不是觉得很神奇!

图片来源：pixabay.com

另外还有一点，不知道大家有没有发现，就是水立方虽然建成了这么多年，15年了，但是不管你什么时候去，你会发现，它始终都是非常透亮，非常干净!这是为什么呢?这是因为水立方用到的ETFE膜附加的一个功能，就是自清洁。膜的表面，因为特殊的微观构造，它基本是不沾灰尘的，即使偶尔挂上一点，有风一吹，或者下雨一洗，也会很快洁净如初。所以，十几年过去了，我们看到的水立方，还是像当年一样恢弘大气。

而且在细节方面，水立方也花了很多心思。

比如说在比赛的过程当中，比赛池和隔壁的热身池中间有一段距离，那运动员在比赛的时候，往往需要赤脚往返来回走，很容易影响到运动员的比赛状态。所以这段路我们在建设的时候专门进行了特殊处理，保证运动员踩在上面始终都很舒适，不会脚凉，更不会打滑摔倒。

而且还有很多大家可能想象不到的地方，水立方也做了大量的设计，比如防雷设计，抗震设计，甚至节水设计等等，可以说，水立方是高端体育场的代表性建筑之一。

水立方场内环境。图片来源：pixabay.com

947体育场

说完水立方之后，咱们再来说说另外一个有特点的体育场，就是我身后的集装箱体育场!

如果你看过卡塔尔世界杯，不知道你会不会记得有这样一座体育场，就是以集装箱为主体搭建的974体育场。为什么叫974体育场呢?其实有两层意思在里面，第一层意思是，这座体育场一共用到了974个集装箱，另外一层意思是卡塔尔的国际拨号代码正是974。这些集装箱大部分用于把建筑材料运输到场地，这也是对卡塔尔的航海历史，还有当地工业区的致敬。

另外，这座体育场在设计和建造的过程中，很多时候都想到了低碳可回收的理念，所以整座体育场都是由模块化钢结构和各种颜色的集装箱组成的，它最大的亮点就是可以自由拆卸，它们随时可以被运到需要的地方，额外再组建一个这样的974体育场，所以完全不用担心浪费的问题。

还记得刚刚开讲的时候我就介绍过，一座体育场要综合考虑当地的文化、历史，还有一些最新的理念，这座974体育场，就很好地体现了这些方面的设计思路。

图片来源：作者

其实这种模块化的建筑，符合我们未来科技发展方向。其实我曾经设想过未来世界可能会存在的一种形式，就是如火如荼的无人驾驶技术完全走进我们的生活，甚至可以在每间房子下面装上轮子，变成可以自由拼装的模块。在我的想象中我把它叫作房车，由无人驾驶系统统一操控，每天早晨起来，我们一睁眼就设定好时间和目的地，再去起床、洗漱、吃完早饭后，房车已经到了指定地点。

每辆房车可以自行隔离出客厅的位置，组装到一起就是我们办公或者学习的场所，忙完了一天的工作后，房车又会自动带着我们回到休息的地方，在休息的地方为了节省空间，每一辆房车可以叠加成一栋高楼。所以整个城市都是由一个小的模块组成，自由排列组合，这样就解决了我们今天的“大城市病”。

这样的世界虽然离我们还有距离，但并不妨碍我们今天立足当下去畅想未来。

未来的模块化生活场景。图片来源：作者

回到974体育场用到的集装箱，除了功能以外，还有其他很多很巧妙的设计。比如集装箱和支撑结构是迎合自然通风的角度进行摆放的，体育场临近大海，可以让海风直接吹进体育场内部，节省了大量空调设备和它的电力成本!

这样的巧思，在维迪纳(VIDENA)体育场也曾用过，维迪纳体育场的挡风玻璃，就可以调整自然状态下空气的流向，让气流的方向可以推着运动员跑向终点。

维迪纳体育场结构。图片来源：作者

在卡塔尔世界杯上，集装箱的运用，远远不止于体育场这么简单，甚至很多亲临卡塔尔的观众惊讶地发现，当地为他们准备的球迷村，竟然也是集装箱改装成的。在16平方米的空间内，卡塔尔在房间内设计了卫浴、热水器、风扇、照明等，甚至还专门做了干湿分离。

卡塔尔世界杯非常务实，卡塔尔作为一个常住人口只有300万的小国，世界杯期间突然迎来了几十万观众。如果为了招待这些客人，建造大量的酒店，那等世界杯结束后，就难免会造成大量酒店的空置!所以说，卡塔尔这一次的选择，无论是对于球迷，还是体育场，都用集装箱来组建，也是向世界传递一个信号，那就是务实、低碳。

在世界杯结束后，这些集装箱被捐给了肯尼亚，免费帮助那里无家可归的穷人。确实，在世界体育场的不断发展中，我们会看到不同时期，世界不同的主流基调。那说到这里，我们就聊一聊这次的杭州亚运会。

杭州亚运会场馆知多少?

杭州亚运会在体育馆的建设方面独具特色。2018年，亚洲亚组委，就以“绿色、智能、节俭、文明”这八个字为理念，制定了《2022年第19届亚运会绿色健康建筑设计导则》，在场馆内到处都能看到这种建筑设计思路。

比如新建场馆遵循着“能改不建、能修不换、能租不买”的12字原则，在杭州亚运会和亚残运会的56个竞赛场馆中，新建场馆只有12个。而且在比赛的场馆中，随处都能看到像富阳水上运动中心这样的设计，它的造型远远看就像山脉的高低起伏，而且场馆的屋顶面，覆盖了2.4万平方米的土质层，并且在上面种上了百日草、月季等绿植，让整个场馆的绿化率达到了45%，再配合它整体外形流线型的设计，可以很好地和周围的自然景观联系到一起。

富阳水上运动中心。图片来源：新华网

同时，它具备隔热保温、减轻雨水径流、固碳释氧这三大功能。种在屋顶的这些绿植组成了一道绿色屏障，像一层智能棉被，夏季这些绿植起到遮阳伞的作用，大幅降低场馆内部的温度，冬季又能降低场馆的热量逸散，起到保温的效果。

在花园地面的鹅卵石下方，隐藏着鹅卵石和土工布搭建的储层雨水下渗，相当于人工铺建了雨水循环的地下毛细血管，经过一系列的过滤以后，这些天然降水可以作为场馆中庭、水系、喷泉、灌溉用水等。这个系统的存在，可以让整个场馆节省35%的水。

另外，富阳水上中心的外墙都是玻璃做的，这些玻璃也有很多讲究。它们全都是三银Low-E玻璃幕墙，这种全通透的幕墙玻璃，一方面可以大幅降低室内场馆的白天照明需求，另一方面，对周围建筑的光污染也可以大幅减少。细心的观众可以发现，我们现在很多新的建筑，都越来越多地采用这种玻璃幕墙，就是为了起到低碳环保、低碳能源的效果。

这次杭州亚运会第一次实现了100%绿色电力供应。在此期间，浙江所有的体育场馆和办公场地，将全部使用绿电，打造亚运史上首次碳中和亚运会。

现在，亚运的绿点交易成交量已经超过6亿千瓦时，这些绿色能源，有来自于青海柴达木盆地、甘肃嘉峪关、于黄土高原的光伏电以及新疆哈密、内蒙古的风电。它们经过我们独步全球的特高压技术，千里迢迢地奔赴浙江，保证了亚运会的能源供应。当然，这里也有浙江省内的分布式光伏和海上风电等，它们统一都有一个名字——清洁能源。

图片来源：pixabay.com

在能源的使用上，亚运会的场馆仍然遵循着“能省则省”的原则。例如杭州师范大学的排球比赛馆，观众席照明灯在保证现场观赛效果的前提下，从610瓦降低到了490瓦，而且16盏智能控制的照明灯组分别分成独立的模块，每一盏灯的开关都可以被精准掌控。

除了绿色、节俭，还有一个叫做智能。近年来，人工智能发展已经渗透到我们生活的方方面面。在亚运场馆你会发现，5G、大数据、人工智能、全息技术等科技的应用遍布在每个角落。

例如这次亮相的全球首款无介质全息AI机器人，它融合了无介质全息技术、大语言模型，能够与观众进行实时语音、手势等等多维的交互，有任何问题，可以跟它面对面实时交流。这次亚运会场馆还设立多个智能科技体验区，可以对现场观众行为进行实时分析，方便提高场馆的管理效率，如果有紧急的突发情况，能帮我们做出更加有效的应对策略;在比赛的过程当中，我们也可以借助人工智能的帮助精确比赛判罚精度，提高运动员比赛成绩的准确度等，科技让整届亚运会的竞技水平也进一步提高。

每个国际赛事的体育场，绝对不仅仅是一个运动场馆那么简单，更是一次科技、一次文化、一次理念的全方面展示，背后凝聚了无数设计人员、工程师、施工人员的付出和汗水。

随着从一座座体育场的变迁，我们看到的，不仅是这个世界的发展，更是整个人类文明的进阶。