1946年美国的沃尔特•勃德设计并建造第一个充气穹顶膜结构,而后经过20几年发展第一届国际充气结构会议于1967年在德国斯图加特召开,这次会议揭示着空间膜结构建筑进入一个崭新阶段,随后大阪世界博览会上出现各式各样的充气膜结构建筑,1970年盖格尔设计的美国馆具有代表性,而70年代初美国盖格尔-勃格公司(Geiger-Berger Associates)开发出的特氟隆(Teflon)膜材料为今后膜结构的广泛应用奠定了物质基础。
时至而今索膜结构经过近70年发展,成为21世纪最具代表性的一种全新的建筑形式,其中就有大跨度空间建筑。它集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学与计算机技术等为一体,建造出具有标志性的空间结构形式,它不仅体现出结构的力量美,还充分表现出建筑师的设想,享受大自然浪漫空间。在2008年的奥运会建筑设计上,膜结构应用就得到完美的体现。
“水立方”是世界上最大的膜结构工程,除了地面之外,外表都采用了膜结构——ETFE材料,蓝色的表面出乎意料的柔软但又很充实。国家体育馆工程承包总经理谭晓春透露,这种材料的寿命为20多年,但实际会比这个长,人可以踩在上面行走,感觉特别棒。目前世界上只有三家企业能够完成这个膜结构建筑。
“水立方”中方设计师、中建国际(深圳)设计顾问有限公司总工程师郑方向记者解释了这个冬暖夏凉的建筑。原来,“水立方”两层气枕间的空厢是封闭的,也形成了一个隔热的单元。通风也是解决散热问题的一个办法,在游泳中心外围的底部,有一个一米多高的百叶通风口,可以将内外互相连通,通过换气将热量排出,起到降温的作用。以上这些措施,主要是针对夏天而言,夏天的隔热方针,是“隔外不隔内”,当然冬天则正好相反。而在冬季,百叶通风口也将封闭,以保证室内的温度。在“水立方”外层气枕的内层膜和内层气枕的外层膜上,镀有上亿个密度不等的镀点以控制膜的透光度,解决了阳光直射的问题。
众多的创新科技的运用使“水立方”受到了广泛关注,美国著名杂志《大众科学》将“水立方”评为2006年度100项最佳科技成果之一。2008年北京奥运会结束后,水立方将成为多功能的大型水上运动中心,举办国际国内大型水上比赛,为公众提供水上娱乐、健身运动和多种休闲活动,而且将成为奥林匹克运动留下的宝贵遗产和北京城市建设的新景观。
在2008奥运会中,水立方将承担游泳、跳水和花样游泳等三个项目的比赛,将产生42枚金牌。国家游泳中心赛时建筑面积约8万平方米,标准坐椅17000个,其中临时坐椅约11000个(赛后将拆除)。“水立方”是一个177米乘177米、高31米的建筑,外形呈方形。场馆分为奥林匹克比赛大厅、热身池大厅和嬉水大厅,之间用泡泡墙作为线性空间的分隔。比赛大厅包括了观众坐席、游泳池、跳水池以及各类附属用房,是奥运会期间主要使用空间。