2006年，當自主創(chuàng)新理念深深植根于人們心田的時候，一座座各具特色的奧運場館正在北京拔地而起，新穎漂亮的建筑正生動展示著自主創(chuàng)新的成果。
國產(chǎn)鋼材托起巨大“鳥巢”
“鳥巢”——人們對國家體育場的習慣性稱呼，形如孕育生命的“巢”，或者更像一個搖籃，寄托著人們對未來的期望?！傍B巢”的外罩是不規(guī)則的鋼結構構件編織而成的，支撐鳥巢的24根主桁架柱，既是建筑結構，又是建筑的外觀。均勻受力的網(wǎng)如樹枝般伸展，置身其中仿佛來到森林……
要將這個超凡脫俗的創(chuàng)意變成現(xiàn)實卻并不容易：鳥巢結構設計新穎，最大跨度達到333米，總重4.2萬噸，構件造型也很奇特，H型、T型、彎扭狀的都有，對建設和安裝的挑戰(zhàn)性極大，建設中還面臨著焊接、吊裝等等難題。
建筑用料的使用也是一項挑戰(zhàn)。
由于“鳥巢”的跨度很大，如果用傳統(tǒng)低強度鋼材，將使鋼材斷面增大，焊接部位容易出現(xiàn)問題，尤其是斷面增大之后，焊接過程中也容易產(chǎn)生缺陷。
有人說，奧運場館建成后是運動健兒的競技場；建成前則是建筑師和工程師的競技舞臺。在這個舞臺上，我國的科研人員以及奧運場館建設者們正在實踐著“科技奧運”的理念。
2005年，河南舞陽鋼鐵公司開始為“鳥巢”量身定做“Q460”鋼材。
這是一種低合金高強度鋼，它在受力強度達到460兆帕時才會發(fā)生塑性變形。這種鋼以前從未在國內(nèi)生產(chǎn)過。
“在半年多的時間里，我們前后進行了3次試制，最終獲得成功?！蔽桕栦撹F公司科技部主任工程師韋明說。如今托起“鳥巢”最關鍵的“肩部”結構的，正是我們自己研發(fā)制造的“Q460”鋼材，它具有良好的抗震性、抗低溫性和可焊性。
這是我國在建筑結構上首次使用“Q460”鋼材；而這次使用的鋼板厚度達到110毫米，超過Q460的最大厚度100毫米的國家標準。隨著“Q460”高性能鋼材的成功應用，“鳥巢”所用鋼材全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
據(jù)該項目公司副總經(jīng)理張恒利介紹，為確保施工質(zhì)量，“鳥巢”項目公司和總包單位針對鋼結構工程的特點建立了專項質(zhì)量管理體系，分別制定加工廠、現(xiàn)場拼裝、現(xiàn)場吊裝質(zhì)量控制標準程序，使現(xiàn)場每道工序、每條焊縫質(zhì)量檢測都有章可循，嚴格把關?！傍B巢”焊縫自檢探傷一次合格率達99.5%以上，第三方探傷合格率達到99.9%。經(jīng)過嚴格整改后，焊接工程合格率達100%。
在施工建設中，“鳥巢”集中了國內(nèi)相關專業(yè)最前沿的自主創(chuàng)新技術力量，及時解決了其結構設計與施工方案中的相關難題。《大跨度結構溫度場計算方法研究》、《桁架柱復雜節(jié)點設計方法研究》、《Q460E—Z35厚板焊接技術及應用研究》、《矩形鋼管永久模板混凝土斜扭柱施工技術及應用研究》等一批設計和施工技術，填補了多項國內(nèi)空白，為國內(nèi)建筑業(yè)整體水平的提高積累了寶貴經(jīng)驗。
應用10萬平方米ETFE膜材世界領先
國家游泳中心“水立方”引人注目。
“水立方”的奇特建筑設計讓人很容易聯(lián)想到水的形態(tài)，對此，奧運場館的有關負責人作了解釋————從設計方案上看，“水立方”給人感覺是規(guī)矩的方形外表，它之所以有水的動感，是由于“水立方”的結構設計遵循了自然界最普遍的結構組成規(guī)律，采用一種基于三維空間有效分割氣泡理論的新型空間結構，給人造成視覺上的特別體驗，特殊的方式使“水立方”呈現(xiàn)出別樣的姿態(tài)。
這意味著從設計到施工極富挑戰(zhàn)性，“水立方”對空間結構的發(fā)展研究提出了許多新課題。
另一方面，“水立方”晶瑩剔透的效果是通過一種透明的墻體材料達到的————學名為ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)充氣枕結構。它就是我們見到的“水立方”外表面的藍色泡泡，也就是“水立方”的建筑圍護結構。
這是一種輕質(zhì)的透明膜材，具有良好的透光性，能為場館內(nèi)帶來更多的自然光。由于ETFE分子結構排布緊密，能夠承受很大的應力，從而使ETFE氣枕能夠抵抗外界荷載。不僅如此，這種膜還具有自清潔功能，灰塵不易附著在表面，使用壽命長達30年。
業(yè)主單位現(xiàn)場負責人趙志雄介紹，國家游泳中心屋面及墻面使用這種膜材約10萬平方米，這一裝配系統(tǒng)的運用是規(guī)模大、構造復雜、綜合技術非常全面的一次。
由于ETFE膜材充氣枕與傳統(tǒng)的建筑材料在物理性能方面完全不同，而國家游泳中心對室內(nèi)環(huán)境又有很嚴格的要求，因此搞清楚這種特殊圍護結構的聲、光、熱特性對室內(nèi)環(huán)境的影響，并提出性能解決措施，對保證國家游泳中心室內(nèi)環(huán)境要求是非常重要的。今天，這些問題有的已經(jīng)基本解決，有的還在通過相關試驗進行優(yōu)化。
在“水立方”的施工現(xiàn)場，ETFE膜材預制的幾何形狀矗立在工地的入口處，如水分子結構般，煥發(fā)出澄澈的藍，閃耀著現(xiàn)代科技的光芒。
直飲水、太陽能與生態(tài)水泥
“希望能在2008年北京奧運會上，讓來自世界各國的朋友們喝上真正‘中國制造’的‘直飲水’?！?中科院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員曲久輝說。曲久輝所在的團隊承擔著“奧運科技(2008)行動計劃”中一個關于優(yōu)質(zhì)飲用水的科研項目。
科技部發(fā)展計劃司田野介紹：“2001年7月13日北京申奧成功后，科技部聯(lián)合國務院有關部門和北京市政府、北京奧組委共同啟動了‘奧運科技(2008)行動計劃’，先后成立了行動計劃領導小組和‘第29屆奧林匹克運動會科學技術委員會’，目前參加‘科技奧運’的有關部門和單位已擴展到13個?！?/p>
“‘奧運科技(2008)行動計劃’支持了一批科技奧運重大項目和重點課題，在場館建設方面，‘鳥巢’、‘水立方’有關安全結構與施工關鍵技術攻關已取得了重大突破；‘奧運綠色建筑技術標準及評估體系’等成果正在奧運場館中進行試用，為‘綠色奧運’提供了支撐?！?/p>
像曲久輝所負責的團隊，針對2008年北京奧運村及場館飲用水安全保障及優(yōu)質(zhì)供水問題，經(jīng)過5年研究，已經(jīng)在飲用水的砷、氟、硝酸鹽去除等儲備技術方面取得了技術創(chuàng)新，共申請發(fā)明專利9件，其中授權6件；還有諸如“奧運綠色建筑標準及評估體系”的研究成果，現(xiàn)在已成為北京市制定“公共建筑節(jié)能評審標準”的重要基礎……隨著奧運場館建設的提速，越來越多的創(chuàng)新成就將會競相呈現(xiàn)。
另一方面，建設中的奧運場館采用了很多國內(nèi)企業(yè)的創(chuàng)新成果，成為展示我國企業(yè)自主創(chuàng)新風采的大舞臺：
鳥巢、水立方，首次使用了金隅集團北京水泥廠生產(chǎn)的“生態(tài)水泥”，它們來自于我國首條消納工業(yè)廢料的水泥示范線。
無錫尚德公司已被確定在“鳥巢”的主通道安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)……
2008北京奧運會不僅是對大規(guī)模興建的奧運場館建筑的一次“大閱兵”，也是對我國建筑技術、建筑用材、建筑節(jié)能、智能化配套設施等多方面高科技含量的一次檢閱。時至今日，一批奧運場館正在緊張建設中，它們讓世界期待。（記者 曹紅艷）
