鸟巢：中国建筑史光辉的一页（6）

 　　鸟巢：中国建筑史光辉的一页（6）
　　
　　赫尔佐格和德梅隆的设计提出了一个很好的概念，但概念要变成现实还要付出极大的努力。中建集团领导对国家体育场的设计工作非常重视，专门成立了以崔恺副院长为总指挥的项目指挥部，组织了阵容强大的钢结构设计班子。结构院的胡纯炀、刘先明、范学伟、王春光、李鸣、赵莉华、彭翼、谭成冬、史杰、范玉辰，标准院的胡天兵、申林、刘岩、王?、董庆园等组成了设计团队，由范重担任钢结构设计总负责人。
　　
　　鸟巢结构是世界目前跨度最大的建筑结构，长度和法国巴黎埃菲尔铁塔的高度340米不相上下，具有重大的国际影响。屋盖的几何构型非常复杂，建筑造型与结构布置高度一致，造型非常独特。在很多方面都超越了现行技术规范的范畴，在国内外建筑工程上也没有先例，其设计、加工制作与安装的复杂性前所未有，在技术上具有极大的挑战性。
　　
　　英国奥雅纳公司擅长干高科技工程，经常与外国建筑师合作搞重大建筑项目。起初，鸟巢的初步设计中钢结构部分由奥雅纳为主，中国建筑设计研究院作为协作方，负责制定技术条件、计算复核、技术把关等工作。在修改初步设计中，中国建筑设计研究院负责结构建模、计算分析、初步设计报告编制以及全部初步设计图纸等工作。
　　
　　2002年底，刚刚43岁的范重参加了国家体育场方案竞赛投标工作。作为鸟巢钢结构的技术负责人，他肩上的担子沉甸甸的。北京是地震区，季节温差变化大，风雪荷载很大。如何在保证建筑效果的前提下，确保结构安全可靠、符合大跨度结构的受力特点，是设计中必须首先制服的拦路虎。一个篱笆三个桩，一个好汉三个帮，在建立整体模型的过程中，范重打破常规，把计算机搬到会议室，将图像投影到墙上，请建筑师和自己一道工作。
　　
　　为了解决复杂空间结构的建模问题，他们花费100万美元购买了美国的三维建模CATIA软件，这个软件在航空、汽车制造工业中得到广泛应用。以往干建筑工程，设计师要画图纸，而建模就是用电脑软件在电脑屏幕上再现建筑的立体模型，其颜色、光线、造型在三维空间中栩栩如生。
　　
　　负责建模的工程师像钉子似的钉在了会议室的电脑前，一坐就是好几个月。他们一根杆件、一根杆件地调整，直到大伙儿都点头为止。
　　
　　接着，又在英国进行了风洞试验，鸟巢用钢量达42000吨，全部采用国内优质钢材，屋盖结构的主桁架、桁架柱和次结构主要采用Q345 、Q345GJ与Q460高强钢材。其中Q460钢板系中国首创，可以抗八级地震。他们与中外建筑师密切配合，成功地完成了国家体育场主体钢结构三维空间模型、扭曲箱形构件和特殊节点的建模工作，这是CATIA软件首次在我国建筑工程中得到应用。后来，经过奥运观景塔等复杂结构的经验积累，我国目前在复杂结构建模的能力方面已经达到了国际领先水平。
　　
　　本来工程难度就大，偏偏又赶上奥运瘦身。为了省钱，鸟巢的设计又经历了取消活动屋盖，扩大内环等重大修改，设计工作量很大。论证会、协调会、技术研讨会、工程例会数不胜数，每个会都需要设计人员按时参加。施工配合的工作量也很大，设计图纸在进行加工制作前需要进行钢结构详图设计，鸟巢的主体钢结构详图有13500张，加上膜结构、天沟、马道等，总共有两万多张详图，每一张图纸结构工程师都要认真审核，有的需要多次修改后方能签认，发放加工制作。设计团队的工作量是重量级的，而范重更是重中之重。他所有的双休日、五一、十一、春节长假都铆在了办公室里。
　　
　　42000吨钢是多么庞大的钢铁长城啊！鸟巢的钢结构自振周期长，结构自重较大，北京又处在地震带上，这一震一重有多大的风险啊！刮大风和地震时，钢结构都会上下自振，中国以往的设计方法没有相应的规范，他们绞尽脑汁，一遍又一遍地分析地震资料，终于解决了超大跨度结构在下压风振效应下的安全问题。
　　
　　四季分明从气候上是好事，但从建筑上就未必是好事。钢结构随着温度的变化而变化。金属传热速度快，夏天天热，太阳辐射加上高温天气就形成一个温度场，造成钢结构温度升高，表皮发烫。鸟巢有两层膜，膜把空气包围起来空气惰性就大，空气惰性大流动性就差，内部温度高，散热较慢。物体颜色越浅反射率越高，所以太阳能热水器大多用黑色的，目的是为了更好地吸热，而灰色的钢结构和混凝土恰到好处地反射了太阳的光芒，给炎热的气候带来一丝清凉。