北京奧運的建築科技秀

專題報導 08/01/2007


在北京建築師的眼中,現在沒有什麼是不可能的。過去二十年來,北京市經過了翻天覆地的變化,一改舊觀,已不復辨認。二○○八年奧運日益逼近,不管在建築上多麼企圖宏大,銳意創新,中國豐沛的勞動力無不能支應所需,達成艱鉅的任務。一座包覆於巨大氣泡聚塊之下的游泳池,當然也就算不得什麼了。

奧運水上運動中心「水立方」,是由澳洲建築公司PTW、中國建築工程總公司、Arup 設計顧問公司聯合設計的。由眾多鋼圈織成的複雜網絡,形成整體的鋼架結構,透明的塑膠膜片鑲嵌入一堆氣泡狀的多面體中,牆面厚三點六公尺,屋頂七點二公尺。整個結構有兩萬兩千片這種鋼圈,如果一字排開可達九十公里。

建築工程已近尾聲,預計十月完工。成品看起來很脆弱,實際上環環相扣的氣泡幾何結構體是極為強韌的。Arup公司宣稱,這個低矮、平頂的場地,就算把它豎起來也不會變形。

輕盈而透明的外殼易於隔熱,成為一個華麗的溫室。設計者的構想是,這樣可以留住五分之一射入的太陽能,供應室內及泳池的熱氣。白天日照,足穿透屋頂,照明費用比起傳統泳池可以節省一半以上。百分之八十落在屋頂以及泳池流失的水,預期能留住循環利用。「水立方」因此體現了保護水資源的精神。華北缺水已日益嚴重,由長江取水的改道工程超過一千多公里,計畫宏圖令人驚歎且所費不貲。保護水資源在華北因而日形重要。

屋頂和牆面的氣泡並不是由普通氣泡構成的。乍看之下,整個網絡似乎雜亂無章,實則有深層的對稱。它的「單位元」,也就是不斷重複的基本元素,是由八個多面體組成。其中六個有十四面,另外兩個十二面,而這些多面體包含正六邊形和邊長、角度不等的五邊形。選擇這種結構可能令人不解,它所需要的密集勞力,比由單一對稱的基本形狀組成的好幾個網絡多得多。然而,之所以要用這種結構,似乎是因為「氣泡」牆的表面積總和是所知最小的。

這種結構是都柏林三一學院的物理學家維埃爾(Denis Weaire)和費蘭(Robert Phelan)在一九九三年發現的。他們以繁複的方式堆積單位元,出人意表的,表面積總和略少於長久以來被認為是最理想的單位元,也就是一八八七年卡爾文爵士(Lord Kelvin)的十四面體。這下子過去角逐「理想」的最小氣泡單位元,例如菱形十二面體、斜截八面體,都屈居下風。然而,在數學上還無法正式證明維埃爾和費蘭的方案是最好的。

即使經濟起飛,這座建築仍然不怎麼划算。比卡爾文的氣泡頂多只節省百分之○點三的表面積,但製造、裝配所增添的複雜程度,是得不償失。「水立方」的設計取法維埃爾和費蘭的氣泡,創造了大約一百個不同的「零件氣泡」,因而使得問題更嚴重。

也許真正的目的是美學上的。規則和不規則的微妙混合,對於視覺產生了撩人的刺激。而這一點,設計者指出,仰泳的選手最能享受到。PTW的建築師柏斯(Chris Bosse)說,相較於卡爾文的純淨而乏味,設計者喜歡維埃爾和費蘭氣泡的「有機質地」。

因此,多面體建築原理雖然把「水立方」跟富勒(Richard Buckminster Fuller)的多面體圓頂拉上關係,但使用最小表面積的概念促使人們拿它和奧托(Frei Otto)的建築相比較。奧托帳篷式的罩篷,是看到肥皂電影的布幕垂掛在鋼絲骨架上而設計出來的。奧托把這樣的形式運用在一九七二年慕尼黑奧運的游泳館設計,效果很好。

氣泡原理同樣使得「水立方」躋身生物模仿的建築傳統,我們由此想起蜂窩(雙層式間間相連的蜂房,長久以來同樣追問著最小表面積的問題),以及吹沫蟲使用氣泡保護幼蟲,免遭掠食者侵害。

【知識通訊評論月刊五十八期】2007.08.01

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