北京国家大剧院面临五大技术难题
admin
2002-10-25
来源：景观中国网
北京西长安街路南，紧临人民大会堂西侧，是一个热火朝天的大工地。2004年，耗资26亿、可容纳5500名观众的国家大剧院将在这里与人民大会堂比肩而立。届时，这只“漂浮”在水里、
北京西长安街路南，紧临人民大会堂西侧，是一个热火朝天的大工地。2004年，耗资26亿、可容纳5500名观众的国家大剧院将在这里与人民大会堂比肩而立。届时，这只“漂浮”在水里、最大跨度达212米的银白色“蛋壳”，将以其迥异于周边建筑的设计风格，成为长安街上一道独特的风景。
然而，要把法国建筑师的作品从图纸变成现实，却并不那么容易。从设计到施工，工程技术人员随时都会遇到一些难题和挑战。就这些难题，国家大剧院工程业主委员会委员、建设部设计院原总建筑师周庆琳日前接受了记者的采访。
难题一：如何让人民大会堂不受施工影响？
一般建筑物在进行地基施工时，为避免不断渗出的地下水影响施工，都要进行“降水”，即不停地将地下水抽走，确保地基施工工地不受影响。
国家大剧院地基很深，一般要打到地下26米左右，最深处达32米。为避免被渗出的地下水“水淹三军”，国家大剧院在地基施工时同样需要进行“降水”。这样一来，一个问题随之发生：
不断抽取地下水，将在国家大剧院一带的地下形成一个“地下水漏斗”———土壤中地下水的分布，像一个放在水里的“尖顶斗笠”，因为渗进“斗笠”的水被不断抽走，所以“斗笠”里总是干的。
这个“斗笠”以国家大剧院为圆心和顶点向四周扩散，“斗笠”之内，由于缺少地下水的“支撑”，干燥的土壤势必会被压缩，发生沉降，并导致地基下陷。由于人民大会堂与国家大剧院近在咫尺，而国家大剧院的地基又相当之深，所以抽取地下水形成的“斗笠”范围很大，附近的人民大会堂地基也在“斗笠”范围之内，由此造成的后果是，作为国家标志性建筑的人民大会堂，其地基将发生沉降和下陷，严重者，还可导致人民大会堂地面建筑出现裂缝。而这是绝对不允许的。
如何既让国家大剧院在地基施工时不被“水淹三军”，又能确保附近人民大会堂地基的安全，成了摆在施工人员面前的第一道难题。
一道深达40米的地下围墙，最终帮助人们解决了这个问题。说白了，是用一个“小口的水桶”取代了“大口的斗笠”。
在国家大剧院的地基外围，工程人员用混凝土从最高地下水位直到地下40米处，砌了一道密封的地下隔水墙，将地基围得严严实实。这样，无论地基里怎么抽水，隔水墙外地下水的分布就像一个漂在水里的“小口水桶”，始终沿着墙体自上而下分布，不会形成一个开口很大，波及范围很广的“斗笠”，人民大会堂地基土壤层的地下水当然就不会受到丝毫影响，难题迎刃而解。
难题二：突发事件时7000观众如何安全撤离？
国家大剧院三个剧场总共能容纳5500人左右，加上演职人员最多时达7000人，由于国家大剧院独特的设计，剧院四周被一个巨形露天水池所围。因此，一旦发生火灾等突发事件，如何迅速将7000名观众从这个四周被水包围的“蛋壳”里安全撤离，在设计之初，就是设计师们需要解决的棘手难题。
为确保安全，疏散规范采用了法国的比较保守的疏散计算方法。实际上，国家大剧院的消防疏散通道最终是按1.5万人能迅速撤离的标准设计的。其中，在地下3米和7米处，各有观众疏散通道8到9处，它们从巨形水池底下穿过，直通外部广场。观众通过这些通道，能够迅速从剧院疏散。
此外，在剧院与露天水池之间设计有一条宽达8米的环形消防通道，走廊虽然位于地下11.5米处，但却是露天的，消防通道相当宽敞，可容纳两辆消防车并排通行，同时还留有两米宽的人行通道，消防队员可通过消防通道及时到达着火点，它的存在，将为人们的安全撤离赢得时间。
难题三：“大蛋壳”屋顶如何制作？
国家大剧院“蛋壳”形的屋顶最大跨度达212米，跨度之大，世界罕见。其内部骨架由钢结构焊接而成，外部面层则大量采用了钛金属板这种主要用于制造飞机等航空器的金属材料，因为钛金属板强度大，耐腐蚀，而且色泽好，既薄且轻，所以整个“蛋壳”外层大约由1万多块共达3万平方米的钛金属板和6000多平方米的玻璃板拼装而成。
由于是椭圆造型，故每一块钛板和理想尺寸均不相同，安装角度每个都在变化，给制作及安装造成了极大的难度。不同的材料，复杂的结构，让防雨这个简单的问题也变得复杂起来。
由于钢结构容易变形，在钢结构上安装玻璃就不那么简单。一方面玻璃要安装得非常精确，至少不能让国家大剧院漏雨，可另一方面，装上玻璃的钢结构往往会在一段时间内产生变形，钢结构一闹别扭，原来装得严丝合缝的玻璃，也会变得参差不齐。
工程人员打算分两步来应对钢结构的变形。即先装上中间部位的玻璃，等钢结构变形完之后，再根据变形后的尺寸进行安装。这样，“没了脾气不闹别扭”的钢结构自然就会和玻璃紧密团结在一起了。
此外，由于支撑钛金属板的钢结构中有5000多个结点要穿过屋顶防水层，所以，如何确保这5000多结点个个都“滴水不漏”，对施工质量也提出了很高的要求。除此之外，还有没有更好的防水办法，目前正在探索之中。
难题四：露天水池如何一年四季“春水荡漾”？
建成后的国家大剧院，四周是碧波荡漾的水池，壮观而富有想象力。但冬天水要结冰，工程人员原本打算在结冰的水面上开一块滑冰场，后来考虑到滑冰场各种杂乱无章的设施容易破坏国家大剧院的整体美感，又打消了这个念头。可冬季一到，光秃秃的冰面多少有点煞风景。夏天，水草疯长，一池清水很容易变成一窝“绿汤”，因此，如何让水池里的水“冬天不结冰，夏天不长草”，也是一个不得不解决的问题。
经过反复论证，控制水池水温，成了解决这个问题的关键。
冬天，如果能让水温始终保证在零度以上，水池中的水自然就不会结冰；夏季，如果让水温足够低，水池中水草的“疯长”也会得到抑制。
但大冬天上哪儿去弄那么多热水呢？同样，夏季注入水池的冷水也是问题。最后，还是地下水激发了工程人员的灵感。周庆琳介绍说，因为地热的缘故，即使在冬天，地下水的温度也在十几度左右。国家大剧院为此专门设计了一套系统，准备通过它抽取地下水，并与水池里的水进行热交换，始终将露天巨形水池的水温控制在零度以上几度左右，如此一来，水池“冬天水不冻，夏天不长草”的目标将基本实现。
同时，为保证池水清洁，池水将进行过滤，以让池水常年保持在一般居民到户饮用水的水平。
难题五：国家大剧院如何不当水上漂？
也许人们并不知道，国家大剧院的地基，其实就像一艘巨舰，是漂浮在地下水上的。根据测算，国家大剧院地基下地下水的浮力能让重达33万吨的物体变成“水上漂”，因此，如果不妥善处理好地下水产生的强大浮力，国家大剧院将变成名副其实的“漂在水面上的蛋壳”。
面对这个难题，工程人员通过精密计算，充分利用国家大剧院自身的重量，然后通过回填沙石，确保整个国家大剧院的重量大于地下水的浮力。如此一来，国家大剧院不仅不会“水上漂”，反而像生了根似的十分结实。
据周庆琳介绍，目前国家大剧院施工进展顺利，地下混凝土工程已经完工，地面工程已经开始，争取今年年底完成整个国家大剧院的混凝土施工，明年安装穹形屋顶的钢结构骨架和“蛋壳”，预计在2004年年底，国家大剧院将投入使用。
然而，要把法国建筑师的作品从图纸变成现实，却并不那么容易。从设计到施工，工程技术人员随时都会遇到一些难题和挑战。就这些难题，国家大剧院工程业主委员会委员、建设部设计院原总建筑师周庆琳日前接受了记者的采访。
难题一：如何让人民大会堂不受施工影响？
一般建筑物在进行地基施工时，为避免不断渗出的地下水影响施工，都要进行“降水”，即不停地将地下水抽走，确保地基施工工地不受影响。
国家大剧院地基很深，一般要打到地下26米左右，最深处达32米。为避免被渗出的地下水“水淹三军”，国家大剧院在地基施工时同样需要进行“降水”。这样一来，一个问题随之发生：
不断抽取地下水，将在国家大剧院一带的地下形成一个“地下水漏斗”———土壤中地下水的分布，像一个放在水里的“尖顶斗笠”，因为渗进“斗笠”的水被不断抽走，所以“斗笠”里总是干的。
这个“斗笠”以国家大剧院为圆心和顶点向四周扩散，“斗笠”之内，由于缺少地下水的“支撑”，干燥的土壤势必会被压缩，发生沉降，并导致地基下陷。由于人民大会堂与国家大剧院近在咫尺，而国家大剧院的地基又相当之深，所以抽取地下水形成的“斗笠”范围很大，附近的人民大会堂地基也在“斗笠”范围之内，由此造成的后果是，作为国家标志性建筑的人民大会堂，其地基将发生沉降和下陷，严重者，还可导致人民大会堂地面建筑出现裂缝。而这是绝对不允许的。
如何既让国家大剧院在地基施工时不被“水淹三军”，又能确保附近人民大会堂地基的安全，成了摆在施工人员面前的第一道难题。
一道深达40米的地下围墙，最终帮助人们解决了这个问题。说白了，是用一个“小口的水桶”取代了“大口的斗笠”。
在国家大剧院的地基外围，工程人员用混凝土从最高地下水位直到地下40米处，砌了一道密封的地下隔水墙，将地基围得严严实实。这样，无论地基里怎么抽水，隔水墙外地下水的分布就像一个漂在水里的“小口水桶”，始终沿着墙体自上而下分布，不会形成一个开口很大，波及范围很广的“斗笠”，人民大会堂地基土壤层的地下水当然就不会受到丝毫影响，难题迎刃而解。
难题二：突发事件时7000观众如何安全撤离？
国家大剧院三个剧场总共能容纳5500人左右，加上演职人员最多时达7000人，由于国家大剧院独特的设计，剧院四周被一个巨形露天水池所围。因此，一旦发生火灾等突发事件，如何迅速将7000名观众从这个四周被水包围的“蛋壳”里安全撤离，在设计之初，就是设计师们需要解决的棘手难题。
为确保安全，疏散规范采用了法国的比较保守的疏散计算方法。实际上，国家大剧院的消防疏散通道最终是按1.5万人能迅速撤离的标准设计的。其中，在地下3米和7米处，各有观众疏散通道8到9处，它们从巨形水池底下穿过，直通外部广场。观众通过这些通道，能够迅速从剧院疏散。
此外，在剧院与露天水池之间设计有一条宽达8米的环形消防通道，走廊虽然位于地下11.5米处，但却是露天的，消防通道相当宽敞，可容纳两辆消防车并排通行，同时还留有两米宽的人行通道，消防队员可通过消防通道及时到达着火点，它的存在，将为人们的安全撤离赢得时间。
难题三：“大蛋壳”屋顶如何制作？
国家大剧院“蛋壳”形的屋顶最大跨度达212米，跨度之大，世界罕见。其内部骨架由钢结构焊接而成，外部面层则大量采用了钛金属板这种主要用于制造飞机等航空器的金属材料，因为钛金属板强度大，耐腐蚀，而且色泽好，既薄且轻，所以整个“蛋壳”外层大约由1万多块共达3万平方米的钛金属板和6000多平方米的玻璃板拼装而成。
由于是椭圆造型，故每一块钛板和理想尺寸均不相同，安装角度每个都在变化，给制作及安装造成了极大的难度。不同的材料，复杂的结构，让防雨这个简单的问题也变得复杂起来。
由于钢结构容易变形，在钢结构上安装玻璃就不那么简单。一方面玻璃要安装得非常精确，至少不能让国家大剧院漏雨，可另一方面，装上玻璃的钢结构往往会在一段时间内产生变形，钢结构一闹别扭，原来装得严丝合缝的玻璃，也会变得参差不齐。
工程人员打算分两步来应对钢结构的变形。即先装上中间部位的玻璃，等钢结构变形完之后，再根据变形后的尺寸进行安装。这样，“没了脾气不闹别扭”的钢结构自然就会和玻璃紧密团结在一起了。
此外，由于支撑钛金属板的钢结构中有5000多个结点要穿过屋顶防水层，所以，如何确保这5000多结点个个都“滴水不漏”，对施工质量也提出了很高的要求。除此之外，还有没有更好的防水办法，目前正在探索之中。
难题四：露天水池如何一年四季“春水荡漾”？
建成后的国家大剧院，四周是碧波荡漾的水池，壮观而富有想象力。但冬天水要结冰，工程人员原本打算在结冰的水面上开一块滑冰场，后来考虑到滑冰场各种杂乱无章的设施容易破坏国家大剧院的整体美感，又打消了这个念头。可冬季一到，光秃秃的冰面多少有点煞风景。夏天，水草疯长，一池清水很容易变成一窝“绿汤”，因此，如何让水池里的水“冬天不结冰，夏天不长草”，也是一个不得不解决的问题。
经过反复论证，控制水池水温，成了解决这个问题的关键。
冬天，如果能让水温始终保证在零度以上，水池中的水自然就不会结冰；夏季，如果让水温足够低，水池中水草的“疯长”也会得到抑制。
但大冬天上哪儿去弄那么多热水呢？同样，夏季注入水池的冷水也是问题。最后，还是地下水激发了工程人员的灵感。周庆琳介绍说，因为地热的缘故，即使在冬天，地下水的温度也在十几度左右。国家大剧院为此专门设计了一套系统，准备通过它抽取地下水，并与水池里的水进行热交换，始终将露天巨形水池的水温控制在零度以上几度左右，如此一来，水池“冬天水不冻，夏天不长草”的目标将基本实现。
同时，为保证池水清洁，池水将进行过滤，以让池水常年保持在一般居民到户饮用水的水平。
难题五：国家大剧院如何不当水上漂？
也许人们并不知道，国家大剧院的地基，其实就像一艘巨舰，是漂浮在地下水上的。根据测算，国家大剧院地基下地下水的浮力能让重达33万吨的物体变成“水上漂”，因此，如果不妥善处理好地下水产生的强大浮力，国家大剧院将变成名副其实的“漂在水面上的蛋壳”。
面对这个难题，工程人员通过精密计算，充分利用国家大剧院自身的重量，然后通过回填沙石，确保整个国家大剧院的重量大于地下水的浮力。如此一来，国家大剧院不仅不会“水上漂”，反而像生了根似的十分结实。
据周庆琳介绍，目前国家大剧院施工进展顺利，地下混凝土工程已经完工，地面工程已经开始，争取今年年底完成整个国家大剧院的混凝土施工，明年安装穹形屋顶的钢结构骨架和“蛋壳”，预计在2004年年底，国家大剧院将投入使用。
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