科技世博向世界报告:建造迷人楼阁 凝固伟大智慧

2010年04月20日08:24  来源:《科技日报》

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这是世博轴阳光谷进景观灯调试。新华社发 



  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。

  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。(高博)

(责任编辑:魏艳)
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