鳥(niǎo)巢：中國(guó)建筑史光輝的一頁(yè)（6）
　　
　　赫爾佐格和德梅隆的設(shè)計(jì)提出了一個(gè)很好的概念，但概念要變成現(xiàn)實(shí)還要付出極大的努力。中建集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)國(guó)家體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)工作非常重視，專(zhuān)門(mén)成立了以崔愷副院長(zhǎng)為總指揮的項(xiàng)目指揮部，組織了陣容強(qiáng)大的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)班子。結(jié)構(gòu)院的胡純煬、劉先明、范學(xué)偉、王春光、李鳴、趙莉華、彭翼、譚成冬、史杰、范玉辰，標(biāo)準(zhǔn)院的胡天兵、申林、劉巖、王?、董慶園等組成了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，由范重?fù)?dān)任鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人。
　　
　　鳥(niǎo)巢結(jié)構(gòu)是世界目前跨度最大的建筑結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度和法國(guó)巴黎埃菲爾鐵塔的高度340米不相上下，具有重大的國(guó)際影響。屋蓋的幾何構(gòu)型非常復(fù)雜，建筑造型與結(jié)構(gòu)布置高度一致，造型非常獨(dú)特。在很多方面都超越了現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的范疇，在國(guó)內(nèi)外建筑工程上也沒(méi)有先例，其設(shè)計(jì)、加工制作與安裝的復(fù)雜性前所未有，在技術(shù)上具有極大的挑戰(zhàn)性。
　　
　　英國(guó)奧雅納公司擅長(zhǎng)干高科技工程，經(jīng)常與外國(guó)建筑師合作搞重大建筑項(xiàng)目。起初，鳥(niǎo)巢的初步設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)部分由奧雅納為主，中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院作為協(xié)作方，負(fù)責(zé)制定技術(shù)條件、計(jì)算復(fù)核、技術(shù)把關(guān)等工作。在修改初步設(shè)計(jì)中，中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)建模、計(jì)算分析、初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制以及全部初步設(shè)計(jì)圖紙等工作。
　　
　　2002年底，剛剛43歲的范重參加了國(guó)家體育場(chǎng)方案競(jìng)賽投標(biāo)工作。作為鳥(niǎo)巢鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)負(fù)責(zé)人，他肩上的擔(dān)子沉甸甸的。北京是地震區(qū)，季節(jié)溫差變化大，風(fēng)雪荷載很大。如何在保證建筑效果的前提下，確保結(jié)構(gòu)安全可靠、符合大跨度結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，是設(shè)計(jì)中必須首先制服的攔路虎。一個(gè)籬笆三個(gè)樁，一個(gè)好漢三個(gè)幫，在建立整體模型的過(guò)程中，范重打破常規(guī)，把計(jì)算機(jī)搬到會(huì)議室，將圖像投影到墻上，請(qǐng)建筑師和自己一道工作。
　　
　　為了解決復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的建模問(wèn)題，他們花費(fèi)100萬(wàn)美元購(gòu)買(mǎi)了美國(guó)的三維建模CATIA軟件，這個(gè)軟件在航空、汽車(chē)制造工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。以往干建筑工程，設(shè)計(jì)師要畫(huà)圖紙，而建模就是用電腦軟件在電腦屏幕上再現(xiàn)建筑的立體模型，其顏色、光線、造型在三維空間中栩栩如生。
　　
　　負(fù)責(zé)建模的工程師像釘子似的釘在了會(huì)議室的電腦前，一坐就是好幾個(gè)月。他們一根桿件、一根桿件地調(diào)整，直到大伙兒都點(diǎn)頭為止。
　　
　　接著，又在英國(guó)進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)，鳥(niǎo)巢用鋼量達(dá)42000噸，全部采用國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)鋼材，屋蓋結(jié)構(gòu)的主桁架、桁架柱和次結(jié)構(gòu)主要采用Q345 、Q345GJ與Q460高強(qiáng)鋼材。其中Q460鋼板系中國(guó)首創(chuàng)，可以抗八級(jí)地震。他們與中外建筑師密切配合，成功地完成了國(guó)家體育場(chǎng)主體鋼結(jié)構(gòu)三維空間模型、扭曲箱形構(gòu)件和特殊節(jié)點(diǎn)的建模工作，這是CATIA軟件首次在我國(guó)建筑工程中得到應(yīng)用。后來(lái)，經(jīng)過(guò)奧運(yùn)觀景塔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)積累，我國(guó)目前在復(fù)雜結(jié)構(gòu)建模的能力方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
　　
　　本來(lái)工程難度就大，偏偏又趕上奧運(yùn)瘦身。為了省錢(qián)，鳥(niǎo)巢的設(shè)計(jì)又經(jīng)歷了取消活動(dòng)屋蓋，擴(kuò)大內(nèi)環(huán)等重大修改，設(shè)計(jì)工作量很大。論證會(huì)、協(xié)調(diào)會(huì)、技術(shù)研討會(huì)、工程例會(huì)數(shù)不勝數(shù)，每個(gè)會(huì)都需要設(shè)計(jì)人員按時(shí)參加。施工配合的工作量也很大，設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谶M(jìn)行加工制作前需要進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)，鳥(niǎo)巢的主體鋼結(jié)構(gòu)詳圖有13500張，加上膜結(jié)構(gòu)、天溝、馬道等，總共有兩萬(wàn)多張?jiān)攬D，每一張圖紙結(jié)構(gòu)工程師都要認(rèn)真審核，有的需要多次修改后方能簽認(rèn)，發(fā)放加工制作。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工作量是重量級(jí)的，而范重更是重中之重。他所有的雙休日、五一、十一、春節(jié)長(zhǎng)假都鉚在了辦公室里。
　　
　　42000噸鋼是多么龐大的鋼鐵長(zhǎng)城??！鳥(niǎo)巢的鋼結(jié)構(gòu)自振周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)自重較大，北京又處在地震帶上，這一震一重有多大的風(fēng)險(xiǎn)??！刮大風(fēng)和地震時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)都會(huì)上下自振，中國(guó)以往的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范，他們絞盡腦汁，一遍又一遍地分析地震資料，終于解決了超大跨度結(jié)構(gòu)在下壓風(fēng)振效應(yīng)下的安全問(wèn)題。
　　
　　四季分明從氣候上是好事，但從建筑上就未必是好事。鋼結(jié)構(gòu)隨著溫度的變化而變化。金屬傳熱速度快，夏天天熱，太陽(yáng)輻射加上高溫天氣就形成一個(gè)溫度場(chǎng)，造成鋼結(jié)構(gòu)溫度升高，表皮發(fā)燙。鳥(niǎo)巢有兩層膜，膜把空氣包圍起來(lái)空氣惰性就大，空氣惰性大流動(dòng)性就差，內(nèi)部溫度高，散熱較慢。物體顏色越淺反射率越高，所以太陽(yáng)能熱水器大多用黑色的，目的是為了更好地吸熱，而灰色的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土恰到好處地反射了太陽(yáng)的光芒，給炎熱的氣候帶來(lái)一絲清涼。