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2013年9月11日

北有鳥巢,南有春繭 (2)


今日终於可以繼續和大家討論一下這個世界大學生運動會主場館—春繭。深圳灣體育中心佔地面積30.74公頃,坐落在深圳灣 15公里海濱休閒帶中段、南山后海中心區東北角,毗鄰深圳灣和香港,主要建設內容有一場兩館,即體育場、體育館、游泳館及運動員接待服務中心、體育主題公園及商業運營設施等,總建築面積達25.6萬平方米,屆時將承擔足球預賽、乒乓球決賽、游泳等比賽和訓練功能。整個工程在2010年底竣工。

深圳灣體育中心通過白色的巨型網架結構將體育、商業等建築空間進行整合,外形酷似春繭,形成了形體完整的建築綜合體,有利於賽前賽后綜合利用。在完成第26屆世界大學生夏季運動會規定的比賽任務以後,該中心將成為南山區全民健身的核心場 ​​所,成為國內外大型體育賽事的重要賽場,深、港、澳博覽會展的靚麗平台,逐步發展為輻射珠三角的知名演藝中心。

這一個場館可與北京鳥巢齊名,就確實有它獨到之處,而雙方獨特之處都是在於它的屋頂。鳥巢最精妙之處是在於它的不規則而且縱橫交錯的屋頂,而春繭的屋頂雖然在結構上是比較有規律,但是在結構上的問題同樣是相當複雜。因為春整個屋頂就好像一個龐大彎曲的鐵絲網,而且最難度就是整個屋頂都沒有垂直的結構部件,情況與鳥巢類同。

鳥巢的結構雖然同樣是可以說是豪無規律,但在它縱橫交錯的鋼結構之中,都是包含了垂直的部件,所以這些部件就自然成為了鳥巢的柱,而這些橫向的部件便就是樑,只是這些樑不是水平地連接柱而已,因此如果鳥巢的橫向支架愈多,便有如橫樑更多,某程度來說是更加穩定。

相比之下,春繭結構部件之間的間距是相若的,所以某程度上來說是比較容易來建造,但這亦是最壞的一點,因為整個屋頂都沒有一個強而有力的垂直結構部件作為柱,因此繭在個別的大跨度的部份需要加上Y型的大鋼柱,雖然這會影響觀眾欣賞比賽,但這部件確實對結構實在是太重要的,所以便不能避免,所以春繭在這方面確實比鳥巢稍遜一籌
不過,春繭有一點確實是非常特別的,因為一般的場館是不會與其他的場館連接在一起,就算鳥巢和水立方在同一時期規劃的,但是它都不會連在一起。因為無論在建築外立面、體量關系、人流疏散、物流管理、消防疏散都有負面的影響,而且亦會令人感到擠迫,亦令整個項目欠缺了一個重點。若果是從人視角度來欣賞這建築的話,你就更會覺得春繭某程度上像是一個巨型鋼金屬的屏風。不過,春繭某程度就是因為這項創舉令大家都在眾多場館之中留下印象。
運動會已過了,春繭又理行了它的歷史任務,至於它會否成為另一個「大白象」工程的成員,就視乎當地政府的管理。

北有鳥巢,南有春繭(1)


 
深圳大運會已順利地完成,這亦是中國繼奧運、亞運之後,近年來第三件大型運動項目,這個運動會雖然未如奧運、亞運般齊名,叫座力又確實有所不同,但是中國一如以往一樣,為了一個大型運動會而大興土木,又或者可以說是借助大型項目來推動城市的發展,如北京奧運、上海世博和廣州亞運一樣。

2008年奧運時,小弟都曾經為大家討論過大型項目是否確實能推動當地的經濟,又或者會因為大型運動會而為當地帶來推動體育項目的動力。事隔3年現在回望京奧,京奧無論在管理和規劃上都是成功的,連一向尖酸刻薄的英國傳媒都曾經對京奧表示認同,當然個別細節上確實存有沙石,但是平心而論,北京確實打了一場漂亮的仗。

另外,在2006-2008年中國一直都冀望著京奧會為中國帶來大量的商機,無論國家投資的核心項目,還是連帶的旅遊、商業和銷售項目,都會因奧運這個催化劑而急速地。記起當年的中國確實如視奧運如「活靈丹」一樣,無論是大、是小的企業都會因而被活化起來,不過當參考過歷屆的奧運主辦國之後,歷史以來亦只有美國的阿特蘭大奧運會是取得收支平衡之外,其他的城市都是入不支,極多的場館在比賽後還是長期地被空置,成為「大白象工程」的一員。當年確實有很多人對京奧有類同的說法,但是大家都抱著「中國不同論」來解說,因為大家都認為中國自身的人口極多,自身已經是一個超龐大的客戶群,如果每一個中國人都要在鳥巢跑過一圈,相信鳥巢長年24小時開放都不成。

中國多一個半個場館都沒問題,總會有人會用的。事隔多年,鳥巢雖然不是有不同團體在表現和一些大型體育項目,而且亦成為北京的重要地標,但是要做到收支平衡的話,又確實有一些距離。某程度上「中國不同論」,又再一次變成「中國相同論」,大型場館在盛事過後,確實很難找到一個長期使用的新功能。

無疑大型體育活動未必如預期般神化,能為當地城市帶來無限的商機。不過,像奧運般的盛事確實令沉睡了多年的巨龍活化起來,坦白說若不是在京奧的推動之下,北京何以在4年之內興建一個新機場和新的地鐵線呢? 北京的舊區又如何地被活化呢? 市內的市容又怎會在短時間之內被整治呢?同樣情況一樣發生在上海、廣州和深圳一樣,大規模的基建往往都是因盛事的關系而誕生的。另外,大型運動會又確實是中國向外推銷的好時機,如果不是奧運的關系,世界的傳媒又怎會同一時間在報導中國的新聞。

若果單純「向錢看」,大型運動會未必是「生金蛋的雞」,但若「向前看」這些盛事又確實把當地時代的巨輪推快了很多,是福是禍就留在明日去分曉。

下會繼續。

2013年5月17日

中國人民的夢 - 水立方篇(2)


續上會, 為方便連接各部件, 工程師設計了使用連接球(Node)來連接各鋼部件(frame member), 但始終工程進度很慢, 一定不能在08年前完成. 在某一天特然數位燒焊師傅一同討論如何提高進度時, 便想出一個驚人的創舉, 他們建議先把Node 和frame member先在地上連接,然後便運上大樓連接其他部件, 每次燒焊都只用調教一個frame member. 情況好像先把frame member與Node連接成火柴枝一樣, 燒焊時方尾接圓尾, 每次只用調節一個frame member的角度, 不用像先前一樣用一個node point來同時連接三個frame member, 並需同時調較三個frame member.
此舉便把工程進度大幅提高三倍,300燒焊工人同時開工, 高峰期可以每天可完成200個構件,相對以往每天數十條, 的確大大改善了.
最令人驚訝是, 用這樣的燒焊方式令屋頂的中央部份只下沉81mm, 比設計時預計下沉240mm, 有大大的改善. 這不單可以確保外形成正方形, 而且亦可防績水的問題, 因為整個水立方的屋頂是沒有水坑只有一些少的排水管.
要解決隔音的問題的責任落在清華大學身上, 一般的ETFE最多只做三層, 通常只做一層但水立方為解決隔音的問題做了四層來隔聲, 如只做一層的話, 當下雨時室內好像萬人打鼓一樣, 做了四層雖然有所改善但來自結構震動的聲音(Structural bounding)仍是很難解決, 清華大學設計了一系列的吸震器來解決Structural bounding這問題, 當清華完成這設計連廠商都來抄襲我們的設計, 因為直至現在發明這物料的廠商根本沒有這技術解決這問題.
最後的問題是光的問題,ETFE是高透光度的物料, 它可以令水立方90%時間都用自然光但ETFE同樣是高反光的物料, 所以天黑的時候如開燈的話很難控制反光效果, 對運動員、觀眾和電視直播都是一件壞事. 解決的方法是不解決, 水立方室內只用像太陽光線的太陽燈, 然後讓光線四處反射, 營造自然環境四周有自然光的效果, 燈的位置和強度當然經過精密設計, 但理念是很簡單.
外牆的燈光效果當然是用紅、藍、綠三個LED燈造成的, 所以只要調節紅、藍、綠的比例便可以製造不同的效果, 但問題是光線不只是從ETFE射出室外亦同時射進室內所以跳水台背後加了一道牆來阻隔光線.
水立方和鳥巢開創了不少工程上的先河, 亦成了很多人的實驗室. 中國人為了科技奧運、環保奧運這一句話便不知付上了多少的人力物力,總之京奧所開創出來的技術永遠都會造福後世.

中國人民的夢 - 水立方篇(1)


講起水立方, 當然是建築工程科技的另一大創舉, 我之前都有介紹過京奧的規劃, 鳥巢是圓,水立方是正方形, 正所謂天圓地方, 一陰一陽的理念.
水立方有17,000個坐位, 但在奧運後便減至6000個坐位以減低維修成本. 近日當大家收看比賽時都知道水立方是有一個遊泳池、一個跳水池. 水立方最大的特點當然是外牆, 設計的理念是當然是H20, 水份子組織成的比賽空間. 如要製造這樣的屋頂就只可用ETFE一種物料, 因為只有ETFE才可造到不規則的圖案而只需要很幼的結構支架. 而加上設計的理念是希望整個場館在日間時是接近全用自然光照明, ETFE正好能提供高透光度而隔熱度強的屋頂物料, 這正好配合環保奧運的主題.
如大家有看我在英國EDEN project和之前鳥巢的blog, 便會知道ETFE的特性. 儘管ETFE只是玻璃的1%重量, 但沒柱沒樑而117m的跨度的情況下, 仍是一個非常大的挑戰. Eden project的跨度都只是50-60m而且是圓拱形的結構, 相對水立方而言是比較簡單, 而且一個正方形的全ETFE結構在世界從未發生過.
照常理,如要有117m的橫跨度的話,應用圓拱形結構. 但今次因為要挑戰技術上的極限, 負責這工程的澳洲PTW建築師和Arup結構工程師使用了如峰巢的六角形結構, 因為峰巢的結構是全世界最堅固、最輕的結構之一. 而水立方的結構框架比Eden project明顯加強, 但問題是整個水立方是成不規則的六角形圖案, 所以不能先在工廠製作預制件然後到現場安裝.
單是屋頂便有數萬個連接點, 整個水立方的構件總數近30,000個, 而構件與構件之間的距離不能錯, 否則便影響其他六角形構件. 所以每天只能連接數十條構件, 工程師2006時說按現在的進度至2010年還未能完成. 最後如何解決呢?
另外, 我在Eden project提及過,ETFE最大的壞處之一是低隔聲效能所以室外的汽車噪音問題和下雨時的聲浪又如何解決呢? 明天分解.

中國人民的夢 - 鳥巢篇(2)


首先多謝網友post了Youtube上關於鳥巢的影片, 令我得到更多補充資料來轉告大家. 續上回, 鳥巢的結構分兩部份,坐位是由凝土支撐, 而梯級形坐位部份是由預制件方式組合上去, 情況好像Lego一樣一塊一塊組織上去, 令工程進度得以加快. 現在的坐位是成35度往上斜, 奧組委曾擔心斜度太高容易造成危險, 但如果坐位是成30度的話便會令整個場館向外擴大14m, 令山頂位的觀眾更難看清賽事, 亦大幅增加建築成本和時間, 所以最後保留原來方案.
整個屋頂看起來是雜亂無章, 但其實有把結構部件分成主、中、次三個層次,要建造整個屋頂, 先打樁然後建起垂直的主要部件, 跟著是建造一個臨時支架, 用來承抬鳥巢內環的結構部份. 下一步是連接垂直主部件和內環框架, 之後是加上其他橫向部件. 建造過程最難是移除臨時支架, 因為當支架移除後, 整個內環部份會向下垂. 如果左右、前後兩邊下垂程度不一的話, 可以令屋頂失平衡導致倒塌. 所以工程師在臨時支架與內環之間加了一個油壓支架,來調節屋頂下垂的程度. 單是移除臨時支架這步驟便用了48小時.
如大家有翻看我之前介紹過ETFE特性時, 大家會知道它的好處是又輕又隔熱, 而陽光可以通過但熱量通不過, 但ETFE的耐火性很低, 只要打火機的熱量便可以燒穿ETFE, 不過就不會把火焰繼續漫延. 但開幕禮有這麼多的煙花便馬上燒穿整個屋頂?
所以, 開幕禮時的煙花的角度是特別調較過, 而煙花的高度是比較高, 務求令煙火在空氣中已完全熄滅才降在ETFE之上.
但大家會發現一幕是煙花沿著內環短距離發放, 這不是會把ETFE燒穿的嗎?為求這效果,內環使用的是PTFE.PTFE的耐火性比較高而且可以用作大型投影的屏幕, 所以李寧點聖火的一刻便有大型動畫作背景.
講起聖火, 大家有否留意到我上一篇說過, 熱力可以令鋼的硬度減少, 儘管這些鋼是特別為鳥巢研制出來的高純度鋼, 但在連續16日有火燃點的情況下, 一樣難逃宿命,如何是好呢?方法其實很簡單, 火炬的位置在屋頂之上,結構是獨立的而且是用凝土建造, 這樣便可以避免聖火的熱力影響結構的安全.
最後不得不題, 建造鳥巢時有10名工人犧牲了, 因為鳥巢的特別外形不能建造太多臨時工作架, 工人要險只用安全帶在鳥巢的屋頂上工作, 請大家為慶祝開幕禮成功的同時,不要忘記鳥巢是用中國人的性命換回來的.

中國人民的夢 - 鳥巢篇(1)


由於我身在英國, 奧運開幕禮不能看現場直播, 只能看錄影. 當看完4小時錄影後, 真的很感動. 老實講, 英國傳媒一直集中報導京奧的負面新聞, 例如北京的污染、人權問題、反奧運動、搶聖火和恐怖襲擊等新聞, 相反一些正面的報導是相對較少.
以我的偏見,可能英國是下一屆奧運的主辦國, 所以希望自己感覺良好. 如你問我, 我深信英奧一定比京奧更難成功舉辦. 因為我的家就只離英奧主場館10分鐘路程, 英奧主場館四周的配套很難說服世人是適合奧運使用, 因為5分鐘的單車車程, 駕車要用15分鐘才可完成, 如車多的話更要20分鐘.
最重要是英國人不會像中國人一樣全力支持奧運, 相反英奧主場館四周是印度、回教徒和外國人(包括我在內) 的聚居地, 成功與否留待4年後分曉.
但當大家看到昨日的開幕禮, 英國傳媒都一致好評, 這個用萬金堆出來的開幕禮的確令人感到中國人盡心盡力地、不惜一切代價做好這場表演,除四川救災外, 中國人很長時間沒有如此同心做一件事. 這開幕禮將大家的焦點放回奧運體育比賽項目上多於連帶政治關系上.
至於俗稱鳥巢的北京國家體育場絕對是建築史上的創舉. 鳥巢是由瑞士著名建築師Herzog & de Meuron設計, Herzog & de Meuron曾在2000年奪得建築界最高榮譽-Pritzker Prize, 亦曾負責德國世界杯主場館-Allianz stadium.
鳥巢的結構分兩部份, 共91,000個永久座位是用凝土支撐(在奧運期間座位加至110,000個), 而屋頂則由14,000噸鋼鐵交差組織而成, 這樣使整個屋頂不用柱和樑作支撐,這亦是世界上最大的跨度的單一鋼結構. 設計理念是每一個結構部件互相緊扣在一些互相支持, 正如中國人互相緊扣起來支持奧運.鳥巢原先方案是有一個可以開合的屋頂在中央, 但為了減少屋頂的載重和結構部件之間的接合點取消了這開合式屋頂,改為全露天場館.
除減少屋頂的載重外,最大的好處其實是在消防系統上的簡化. 因為全室內場館的話,雖要設立大量的抽煙喉管和抽煙系統, 為避免火災時濃煙積聚而造成傷亡. 第二, 鋼結構最大的弱點是受熱情況下會變軟, 造成倒塌的危險. 所以一般鋼結構都會在外層塗上隔熱油或噴上凝土, 如全室內的話, 危險性更高. 從圖上看, 他們應該在結構上設有自動噴淋系統,令火災時降低結構受熱的程度.
為進一步減少屋頂的載重, 他們特意選用ETFE作為屋頂的材料, 因為ETFE只是玻璃的1%重量.以上各樣的處理減少3億元的建造費亦節省2,000噸鋼鐵.
到這裡我先來一個小休因為如要了解鳥巢和水立方的設計, 就必須了解ETFE和PTFE兩種物料的特性, 而我在英國系列中的Eden project 和 Millennium dome 作了介紹, 我在此不作重複, 希望大家重看我以往的blog, 否則很難理解以下關於京奧的建築.

中國人民的夢 - 京奧規劃篇


當大家一同欣賞京奧開幕禮時, 大家都很希望中國能成功舉辦奧運, 之前在聖火傳遞時都發生很多不愉快的事件, 希望在比賽期間能順順利利舉行賽事, 讓旅客有一個愉快的回憶.
講起京奧的建築, 大家都很留意鳥巢、水立方等主場館但大家又有否留意京奧的規劃. 奧運會從來都是大白象的工程, 史上只有美國阿特蘭大奧運是能收支平衡. 連在1976年舉行Montreal 奧運, Montreal市政府到今天還未清還興建奧運場館時所得的.
其實興建場館不用太多的費用, 政府最大的開支在於擴建道路、基礎設施、機場和鐵路等配套設施, 正所謂觸一發動全身.
另外, 大筆的費用用在比賽後的場館維修因為, 很多場館在奧運後使用率甚低, 例如香港如不是舉辦馬術比賽的話, 何來一個如此大型的馬術比賽場地. 這一大堆空置的場館很容易令政府流血不止, 拆卸它亦很浪費, 有長期空置.
今次京奧的規劃真的看出中國政府辦奧運的決心, 首先, 中國政府將各種場館分為三類需要新建的永久場館、需要擴建現有的場館和需要新建的臨時場館新建和擴建的場館多數在奧運後會用作國家級的運動項目或大學的運動設施. 這些設施多數是中國的強項體育項目, 相反臨時場館多數是中國比較少人參與的項目如沙灘排球、曲棍球等項目,所以座位都是臨時座位.
大家都知道鳥巢和水立方等新建的永久場館是位于北京三環與四環之間的奧林匹克公園之內,整個公園由BOSTON的日藉規劃師Sasaki設計, 設計理念以北京的子午線為中軸線左是水立方,右是鳥巢, 一陰一陽水立方以北是進行體操比賽的國家體育館和臨時場館之一-劍擊館鳥巢以北是選手村整個奧林匹克公園以一條龍形的湖連接至公園的北部的射箭和曲棍球場兩個臨時場館, 和新建的一個綱球場館規劃的理念是令場館背有靠山好像故宮一樣原來的設計,龍形湖的尾部是連接南部的奧體中心體育館. 關於子午線中軸, 我在故宮建城篇已提及, 我在此不再重複.
今次奧運的場館規劃考慮到在比賽後的使用情況, 所以盡量配合北京市內大學的發展, 當中8個場館是在8所不同的大學之內, 讓場館在比賽之後被大學使用. 而這些場館所舉行的賽事如乒乓球、跆拳道、柔道、舉重等室內項目, 所以場館設計上的要求較為簡單, 場館空間上的彈性亦相當大, 適合大學將來使用.
這樣除能確保場館之後的使用之外, 亦有效分散人流, 避免奧林匹克公園一帶的人流過度集中,對交通造成沉重的壓力明天講鳥巢