【編者按】

2018年8月8日，是北京奧運會成功舉辦10週年紀念日。10年來，北京2008年奧運會對中國的經濟和人民的生產、生活帶來的巨大影響仍在繼續。從今日開始，“奧運十年”欄目將不定期與您見面，讓我們和奧運人一同回望北京奧運的光輝歲月，眺望冬奧，只爲寶貴的北京2008奧運精神得以延續。

文、圖|夏波光 顧靜

從2003年12月24日到2008年1月28日，1000多個日日夜夜，見證了水立方這個傳奇從無到有的過程。人們見到的是美輪美奐的夢幻場館，見不到的卻是無數爲之付諸心血的設計建設者。4年的工期裏，一個又一個難題被攻克，一道又一道阻礙被克服，留下了一個讓所有人爲之驚歎的“水的傳奇”。

2003年12月24日上午9時50分，北京中軸線北端兩側的工地彩旗飄動，全世界媒體的目光聚集這裏，水立方在這一天舉行了奠基儀式。中央和北京市有關領導，港澳臺僑同胞捐資代表霍震霆、黃志源先生共同爲水立方建設工程的奠基石剷下了奠基土，水立方正式進入開工建設階段。

每個親歷開工儀式的人都記得一個歷史細節：天氣預報這一天大風降溫，但出乎意料的是，那天上午的天氣非常好，風和日麗，而中午儀式一結束，大風降溫就開始了。有人說，這簡直就是在預示水立方建設過程的艱辛，因爲有太多的“坎兒”等待着建設者逐一攻克。

水立方奠基儀式

如影隨形的創新之旅

“在競標階段，你所想的一切就是贏得競標，把施工階段真正的困難都置之腦後，一旦贏得了標的，頭腦冷靜下來，這才心一沉，感到這任務可能完成嗎？”澳大利亞奧雅納工程顧問公司的工程師特里斯特拉姆·卡弗裏在水立方設計方案中標後，在狂歡勝利之後坦誠相告。而他的疑慮也存在很多工程師和奧組委組織者的腦海裏。但既然公衆和評委們都選擇了水立方，那麼開弓就沒有回頭箭。

水立方獨特的鋼膜外圍護結構的設計，涵蓋的內容是一般工程設計所無法比擬的。水立方的建設從一開始就註定了需要不斷攻克創新難題，而邊科研邊攻關邊建設，也註定了重重挑戰在前方等待着所有建設者。

2003年11月15日，水立方工地開始平整場地

設計工作是服務於整個項目進程的，也是需要最早完成的工序。中建設計聯合體的水立方方案中標後，中方總設計師趙小鈞打出了他的第一張“牌”——清華大學建築系畢業的設計師鄭方。他被趙小鈞委任爲水立方設計中方執行總負責人。

鄭方回憶說：“2003年8月盛夏的一個夜晚，我和趙小鈞喫過晚餐之後，一起來到了北新橋的天海商務中心C座三層。趙總隨即拿出一個大紙盒，裏面裝了厚厚的五本書，稱爲國家游泳中心設計服務協議。我從頭開始閱讀，讀得一頭霧水。合同條款之複雜，感覺遠遠超出了我的智力範圍。就此，我開始了水立方項目的1000多個日日夜夜。”

設計過程從競賽方案以後經過了幾個主要階段：方案優化、初步設計和施工圖設計。方案優化的思想貫穿了整個設計過程。這些優化包括建築、結構和機電工程各個專業。

2004年3月6日，工程樁施工準備

“那時候對於這個複雜的設計，完全不知道自己能夠做什麼，怎麼樣才能把設計圖紙發展下去。之後，北新橋的天海商務中心C座三層的這個辦公室先後出現了白晉安、弋洪濤、商宏等人，再加上陸續加入的鄭權、任勐、鍾柏青等衆多青年建築師；施永芒、邢民等各位結構工程師；還有王霓、毛紅衛、趙書義、平川、李志濤等各位機電工程師，辦公室開始變得忙碌而緊張。” 鄭方說，那個時候還有王敏等中方設計師和澳大利亞的同事們在悉尼工作，並不時地發回最新圖紙。

2003年12月24日夜，水立方奠基的那個夜晚，北京市機械施工公司開始土方開挖作業。然而那個時候，很多人並不知曉，雖然經過中建設計聯合體沒有晝夜地工作了近5個月，但工程設計只完成了50%的成果，而鋼結構與膜結構這兩個最難啃的“硬骨頭”還亟待設計完善：全部設計工作的最終完成仍要經歷一段很長的時間。

2003年12月24日夜，挖掘機開始在水立方工地開槽作業

2003年12月，水立方破土動工前，中建國際設計顧問有限公司的主要結構設計人員在總工程師傅學怡的帶領下起身奔赴悉尼，隨身攜帶着程序建模、總裝分析等主要初步設計的中間成果。本是兩地作戰的中澳設計團隊爲何要“會戰”悉尼？

水立方的建築結構在北京奧運會的所有比賽場館中，構思最奇特，設計也最具創新精神。整座建築的結構體系，其實是水的微觀分子結構的放大。整個場館擁有一個充滿魔幻色彩的水藍色建築外觀，而進入其內部，則感覺猶如進入了一個水分子的世界。“水立方”的外牆體和屋面圍護結構採用新型鋼結構+膜結構體系，該體系由一系列類似於細胞、水晶體的空間多面體剛架單元和ETFE（聚乙烯－四氟乙烯共聚物）充氣薄膜共同組成。

水立方的鋼架結構的美更加震撼人心

設計方案評選之時，評委、中國工程院院士沈世釗就表達了自己的擔心：“這個結構的設想的確是非常創新，但是到目前爲止僅僅是想法，從全世界來說也就是個想法，沒有一個工程實現過。”

一個全新的建築結構出現的時候，飽受質疑再正常不過。在設計競賽時，評委們給水立方提出了三條建議：建議建築面積由11萬平方米縮減至8萬平方米，建築適當後退紅線；研究圍護材料ETFE在白天時的效果；爲迴避結構風險，可採用成熟結構替代。

2003年夏天，衆多設計師在北新橋的天海商務中心很快解決掉了第一個問題：把水立方原本東西向的熱身池進行了一個90度的旋轉，從而把水立方從最早邊長爲199米的正方形，縮減爲邊長184米的正方形，最後確定爲邊長177米的正方形，縮減了建築規模。至於圍護材料ETFE在白天時的效果，無疑需要在此後的工作中進行試驗並加以解決。但建築結構要用成熟結構替代，也許是一種有把握而不擔風險的處理方法，但那樣水立方必將成爲一個披着“假機構”的“真建築”。

“假結構的真建築不是沒有，但那樣一來，整個建築的實用面積將大大縮小，如果那樣，我想水立方不可能在2010年獲得國際橋樑與結構工程協會傑出結構大獎，更不可能在2011年獲得國家科技進步一等獎。” 中建設計聯合體的結構總工程師傅學怡說，水立方是中外建築師工程師創新構思的夢幻建築，國內外無先例可參考、無規範可遵循，這也註定了需要自主創新，去開發世界首創的多面體空間剛架結構體系，作爲大跨度屋蓋及其支承牆體唯一主體結構；同時要開發滿足奧運比賽要求的世界最大ETFE氣枕圍護結構體系，覆蓋所有屋蓋牆體。

中建設計聯合體中的奧雅納建築工程顧問公司在結構、機電方面赫赫有名，水立方多面體空間剛架鋼結構幾何構成來自於物理學“氣泡理論”，而提出使用者正是奧雅納工程顧問有限公司的垂斯特(Tristram Carfree)。

“中國的物理學中沒有氣泡理論，一開始我也是一個學習者，但是作爲一個工程，要去實踐它，澳方有些東西做的就不對了。”2003年7月, 中建設計聯合體在就結構體系如何組成向技術專家論證會闡述的時候，傅學怡擔任了奧雅納工程師皮特（Peter）的翻譯，但僅僅過去了5個月，隨着設計的逐漸深化，傅學怡對於澳方的設計思路有了不同的看法。

傅學怡說，水立方地處8度抗震設防區域，下部的鋼筋混凝土結構爲上部大跨複雜鋼結構的支座，那麼這就需要進行下部混凝土結構與上部鋼結構進行總裝分析，而不能只採取傳統的單獨上部結構與單獨下部結構的計算分析結果來進行結構設計。

水立方的鋼結構安裝上氣枕即爲水立方的外牆，可謂“真結構”，而非中看不中用

傅學怡1968年畢業於清華大學土木系，在蘇州市建築設計院工作期間，曾在1985年公派英國倫敦奧維納工程顧問公司進修結構工程師，此番悉尼之行名爲會商，實際則是對奧雅納的很多做法提出了質疑。當年的學生，近20年後成爲了這家赫赫有名的工程顧問公司澳大利亞分公司的質疑者。

在悉尼，中澳設計團隊就水立方的方案設計中存在的若干重大原則問題與初步設計如何深化和優化進行了討論，並最終達成決議：鋼結構的建模由原來的耗時較多、精度有限的作圖構成改爲由多面體空間構成理論指導的自編程序構成，提高精度。鋼結構腹杆Y形截面改爲圓管，節點連接由高強度螺栓連接改爲球節點焊接等等。

“由於1985年的時候，我在英國的奧雅納公司工作過，用英文來探討技術問題並不存在障礙。” 傅學怡說，會商富有成效，而根據上述重大設計修改原則，奧雅納建築工程顧問公司按設計合同分工繼續完成鋼結構初步標書設計，中建國際設計顧問有限公司“接管”後續全部結構初步設計、施工圖設計及施工服務。

“接管”的含義不言自明：澳方在結構設計方面逐漸淡出，中方將獨自解決水立方建築結構今後面臨的全部問題。

傅學怡接受筆者採訪

中方設計團隊從悉尼回來之後，由國資公司牽頭（牽頭人爲趙志雄），由中建國際設計顧問有限公司、浙江大學、中國建築科學研究院、清華大學、哈爾濱工業大學、瀋陽遠大、中建一局等10餘個高校、科研、施工單位組成的“國家游泳中心結構關鍵技術的研究”課題組成立，組織了上百名科技精英團隊，圍繞水立方兩大成套創新技術聯合攻關。

在尚未獲立項批准落實經費的情況下，爲配合工程的設計需要，課題組主動開始了大量研究攻關工作。而攻關內容包括了：新型多面體空間剛架結構幾何構成數學模型及嵌模式建模技術；上部多面體空間鋼結構與下部鋼筋混凝土結構整體總裝分析技術；多面體剛架結構延性設計方法等諸多內容。

趙志雄

中國三峽總公司北京奧運游泳中心項目建設管理部的負責人曾國順介紹說：“‘水立方’建設的最大難度，是所有過程基本上都是邊研究邊施工，拿出研究數據經過專家驗證，形成可操作的規範以後才能變成圖紙，最後實施。鋼結構、膜結構、燈光演示照明系統都是邊研究邊試驗進行論證形成規範，才變成設計圖才實施的過程，這是一個非常艱難的過程。但是在業主方北京國資公司開明的領導下，整個團隊的氛圍非常融洽，這也是‘水立方’能夠成功建造的重要原因。”

連闖三關的結構設計

正是受設計條件所限，以及工期的壓迫，水立方的施工招標是分成兩個標段進行的:土方及地基處理和施工總承包。爲配合現場進度，2004年4月底前，設計團隊需要完成全部施工圖紙，以便於業主進行總承包商招標。

“北新橋的辦公室在2004年初的時候聚集了60多位同事。每天都有密集的設計信息傳遞。2月份，王敏和奧雅納的Marian Foley密切聯繫，及時地搞定了性能化消防的大課題。”設計師鄭方介紹說，隨着初步設計逐漸顯現，更多設計師加入項目組，大家以一種爲奧運服務的激情凝聚，義無反顧地投入到緊張的設計工作裏面。我那時候產生了這種感覺：我們有這麼多充滿激情的優秀的建築師和工程師，必定能夠完成最不可能的任務。

在鄭方的記憶中，有一段時間，北新橋辦公室的燈是24小時常開的。2004年4月28日凌晨，各專業開始分批出圖。

“每個專業的同事出完圖，就到雍和宮橋北邊的金鼎軒喫宵夜。從午夜到黎明，同事們陸續來到金鼎軒，大家看着第一縷陽光從二環方向透進餐館的木格窗，那種共同完成戰鬥的快樂寫在每個人疲憊的臉上。”鄭方說，那一刻也許今生他都不會再忘記的。

鄭方

鄭方說，“428版”施工圖和技術規程是水立方建造的基本文件。然而就是這些基本文件誕生不到一個月的時間，巴黎發生了一件讓世界都爲之矚目的事件：2004年5月23日，巴黎戴高樂機場2Ｅ候機廳頂棚發生坍塌事故。

這一事件引起了北京市政府對2008奧運場館安全性的嚴重關注。畢竟鳥巢、水立方這些場館結構新穎，國內外從未建造。

鄭方回憶說，他和總工程師傅學怡被緊急召集到了市規委開會。鳥巢和五棵松籃球館的總工也在。學建築出身的陳剛副市長那時候還是規委的主任，他在會上認真閱讀了三個場館的結構報告，並提出了安全複覈的要求：增加全國抗震超限專項審查。

“什麼是超限？在這個事件出來之前，我國的抗震超限專項審查只針對高層建築，大跨建築是不需要的，但就是從水立方這次開始，全國所有超過120米的大跨建築都被列入了全國抗震超限專項審查。” 傅學怡說，在已經取得的科研成果支持下，設計團隊又經過一個月日夜奮戰，於2004年6月20日研製完成了水立方抗震專項審查主報告及11個專項補充報告。水立方在經受了常規的抗震審查後，於2004年7月8日，一次順利通過全國抗震超限審查。而當時一同參加會議的另外兩個場館，五棵松的商場和鳥巢的開啓屋蓋優化消失。

然而，審查還沒有結束。也許是受巴黎戴高樂機場候機廳頂棚坍塌事故影響，也出於對奧運場館安全性的周密考慮，國際奧委會也加入了審查行列。2004年10月，水立方即將完成全部施工圖設計前，國際奧委會指定英國結構工程師斯蒂芬·莫利（stephon molley）作爲結構顧問對水立方結構安全性進行了專項檢查。

“斯蒂芬·莫利着重關注了荷載、穩定、節點、界面四大問題。” 傅學怡說，一個月以後，斯蒂芬·莫利（stephon molley）發出正式通知，認可了水立方結構的安全性。

連闖三關的水立方結構設計，在2004年12月迎來了好消息。在北京市政府的支持下，由國資公司牽頭的“國家游泳中心結構關鍵技術的研究與應用”課題在北京市科委通過立項，並對第一批鋼結構節點、構件實驗研究成果進行了鑑定，鑑定意見爲：“成果填補了國內外空白，達到國際領先水平。”2005年3月，上述科研項目進一步在國家科技部通過立項，同年11月，科技部對全部科研成果進行了鑑定，鑑定意見爲：“科技成果填補了國內外空白，總體達到國際領先水平。”

然而，水立方建設更難的難關還在後面……

來源於《北京奧林匹克公園》 千龍網綜合

本文部分圖片由鄭方先生提供，在此致謝