走近科学

鸟巢——作为2008年北京第29届奥运会主体育场，承担了奥运会开、闭幕式和田径项目的比赛。它独特的造型设计更是吸引了全世界人的目光。传统和现代的交融，实用性与美感的浑然天成，让它不仅成为一个现代的体育场馆，更是一座在中国乃至世界上独一无二的标志性建筑。

2001年7月13日中国赢得奥运会主办权，所有中国人都为之欢呼雀跃。为了2008年举办一届超水平的国际盛会，中国将全力以赴。

在所有奥运场馆建设中，国家体育场无疑是最为关键的一个项目。北京要在奥运来临之前，在北京中轴线的北端，建造一个非同凡响的国家体育场。它将成为奥运会皇冠上的宝石，成为令世人瞩目的标志性工程。

2002年10月，北京向全世界公开征集2008年奥运会主体育场的设计方案。来自十几个国家的44支设计团队报名参加了竞赛。

在奥运的百年历史中，每届奥运会的建筑设计都力求超越前届，成为举办城市和奥林匹克一个时代的标志。中国，也希望能为现代建筑史书写更加光辉灿烂的一页，向全世界展示中国的独特魅力。

根据要求，体育场要能容纳10万名观众，而且每一位观众都能有好的视野观看比赛；除此以外，还有一个非常特别的要求，就是要有一个可以开合的屋顶，对于这么大型的一个建筑，技术难度可想而知。

2003年3月18日，参与竞赛的全球13家团体将他们的构想送抵北京。其中包括了国际著名的建筑大师及设计联合体提交的方案。评审委员会再从这13个方案中推选出他们认为最满意的方案。

李兴钢（中国建筑设计研究院 副总建筑师）:首先进行的是专家评审程序。这个专家评审委员会来自国际国内的著名建筑专家、城市管理者，是由各个方面组成的，他们从13个设计方案里面评选出了3个优秀方案。

优秀方案之一是“天空体育场”方案，它是由日本佐藤公司和清华大学建筑设计院合作设计的。它以晴朗的天空为背景，柔和的白云、绿色的秋林为主要创意，形态象征着地球广博的大自然。

其屋盖由两个半月形的玻璃顶面组成，它们相对旋转，平行滑动，完成大屋面的开合，这种方式是世界首例（图１）。

(１)图组:（１-1）“天空体育场”是优秀方案之一

（１-2）世界首例半月形玻璃顶面（模型）

还有一个“浮空开启屋面”方案，它是由北京市建筑设计研究院独立设计的。它的最大特点是屋盖悬浮在空中。整体设计象征着开启和腾飞。利用飞艇技术，把屋顶悬在体育场空中，这是世界上独一无二的悬空开启式屋顶（图２）。

(2)“浮空开启屋面”的设计模型

评审委员会重点推荐的是“鸟巢”方案，它是由瑞士赫尔佐格－德梅隆公司、中国建筑设计研究院和奥雅娜（香港）公司组成的设计联合体共同完成的。外观设计，也就是建筑的结构，呈网络状的构架，相互支撑，看上去就像是树枝编织的鸟巢。滑动平移式可开启屋顶，简单实用也很安全（图3）。

(３)“鸟巢”参选时的设计模型

这三个优秀方案各有特色，即便是专家也难以取舍。那么，究竟哪一个能成为国家体育场的设计蓝图呢？

李兴钢:竞争还是很激烈的，特别是最后的这三个方案。不光是设计方案的竞争，还要在公众媒体上进行各自的设计陈述，以赢得观众的理解，公众的理解。

三个方案向全社会公开展示。鸟巢博得了大众的认可，经过民众投票，它以最多的票数获得了竞选最后的胜利。

李兴钢:2003年4月17日，我们收到竞赛组织方北京市规划委员会的正式文件，通知我们“鸟巢”的方案被确定为2008年奥运会主会场的实施方案。鸟巢在这样一个激烈的竞争里最后胜出。

鸟巢——最终被确定为国家体育场的实施方案，从13个方案中脱颖而出，究竟是因为什么呢？

鸟巢摒弃了外表华丽的装饰，设计独特新颖，而一切设计的源头都是从体育场的原始功能出发：增强观众和运动员的互动感，观众能更好地观看比赛；运动员在比赛中能发挥出最好的水平。设计师将10万个观众坐席分成3层，紧密环绕在长圆形的体育场周围。形成了东西高南北低，连续起伏的 “马鞍形”（图4）。

(４)“鸟巢”观众席设计图

主持人:这种大型的体育场，都需要有一个挡风遮雨的平台，一个附属建筑，也就是我们看到的架在鸟巢上面的东西。世界上很多大型体育场馆在设计的时候，首先就会想到钢结构，因为钢结构的建筑，在此能够发挥出无比强大的优势。除了实用性要求之外，鸟巢的外形造型特征还有其他的一些意向需求。

一个好的创意是制胜的关键。中国古代龙泉青瓷中的冰裂纹，裂片层叠，有很强的立体感，受到这种瓷纹和古代窗棂镂空形式的启发，鸟巢被设计成了像线团缠绕的编织形状（图５），这让体育场看上去，像一簇有韵律、有节奏的钢铁。依照内部看台的形状，体育场的外形同样用钢材编织成东西高南北低的马鞍形。

(５)图组:（５-1）中国古代龙泉青瓷的裂纹给了设计人员想象空间

（５-2）中国古代镂空窗棂对“鸟巢”的外观设计也有启发

在顺应鸟巢设计理念的同时，设计师在国家体育场上方设计了两条平行轨道用于支撑可开启屋顶，与编织结构完美地融合成一体。

李兴钢:为了向大家更加形象地说明这个结构，就是让大家更容易理解这个结构，我们用了“鸟巢”这个词。就是像鸟巢以树枝的编织形成了建筑结构。这样一个设计理念，导致一种朴素的，单纯的，很有震撼力的建筑形式，令人耳目一新。

鸟巢的外部造型既是外观又是结构，给人以一种完整和谐之感。同时还具备很强的实用性和可实施性。这与其他外形美观的方案形成了鲜明的对比。

谭泽阳（中国建筑设计研究院 建筑师）:漂亮，在现在这个时代是很容易做到的。但是，又耐看，又有文化内涵在里面就不是那么容易了，也就是怎么能把一个时尚的东西里加入很深的文化积淀在里面。

灰色的钢网覆盖着透明的膜材料，内部包裹着红色的碗状看台。在鸟巢中，中国传统的红色，与富有现代感的钢结构完美地结合在一起。既融入独特的中国文化又符合了建筑美学的发展方向。

崔恺（中国建筑设计研究院 院长）:今天最新的建筑美学是转向了一种自然形态，就像我们进到树林子里头，看到这些树，你并不觉得这些树杈长得没规律，不好看。今天在世界上产生的很多的具有很强的创新性的建筑都在往这块发展，都在探讨这种非几何化，多元化，不规则，模糊性这样的特点。

概念抽象，追求一种与自然、环境的和谐。鸟巢的这一建筑理念得到了大众的认可，更受到学界的称赞。

主持人:应该说鸟巢的内部结构还是考虑到观众观赏的平等性，不是说坐在第一排的人就一定比坐在最远端的那个人会看得更清楚，因为根据实际的测量，从最高点最远点到达场内的距离，大概是140米，基本上保证了每一个人的需求。再有座位的颜色是由红色到红白色渐变的；这个膜结构同时又起到了挡风遮雨的作用。除此之外，现场的各个疏散通道也是非常完备，全体观众能够在8分钟之内疏散到集散大厅，保证了安全。

最初的鸟巢设计，跟我们现在看到的不大一样，人员的容纳量也从10万降低了一些，这其中的原因到底又是什么呢？

2004年11月，国家提出了节俭办奥运，所有奥运场馆都面临着设计方案的优化，鸟巢也经历了方案的优化和改动。

邱涧冰（中国建筑设计研究院 建筑师）:我们优化方案的改动，一共有三部分：减少座椅；取消活动屋盖；再就是加大开口。

在保持原有设计理念的前提下，设计师巧妙地安排了鸟巢的主次结构。它们看起来似乎杂乱无章，但实际上都是经过精心安排的，它们将共同承担支撑平衡的重任。

从俯视图上可以明显看出，鸟巢的屋面是由相互对称的24根桁架梁分割而成;每一根桁架梁都与中心的开口相切。桁架梁对应着24根组合柱;每根组合柱又由一个内柱和两个外柱构成，中间用腹杆相连并交汇在一起，形成了一个三角形类似楔形的空间体系（图６）。

(6)“鸟巢”构架图

内柱向下延伸，外柱向上延伸，形成一个空间桁架系统，组合柱和桁架梁共同构成了鸟巢完整的主结构体系。

范重（中国建筑设计院 副总工程师）:大梁把力首先传给24根柱子，再由柱子逐渐传到基础。基础下面是桩基，很多的钢筋混凝土的灌注桩，用整个传递体系保证结构的安全性。

就这样，设计师在主结构周围添加了许多不规则的次结构，让它们彼此牵制、互相交织，形成一个钢材编织的完美整体，让鸟巢这座庞然大物能够承受住百年风雨而屹立不倒（图7）。

(7)图组:“鸟巢”是这样一点一点搭建起来的

崔恺:我觉得它是一个非常伟大的建筑。因为我觉得每一个人，不论从任何距离上去看它的时候，都会被它所震撼，它确实是充满了强烈的力量感和震撼力。这是一个国际水平的，一个有着体育功能的艺术品。

皮埃尔·德梅隆（瑞士赫尔佐格－德梅隆公司 建筑师）:我们很自豪，能为北京和整个中国设计出这样一个重要的作品。

如今，这座举世罕见的建筑奇观赫然屹立，带给我们无数的惊奇与震撼。

这座体型巨大，可容纳91000名观众的大体育场，像是一个巨大的碗，将体育场里所有的人包容在一起。

彭冀（中国建筑设计研究院 工程师）:这种感觉很和谐，它将人和这个建筑很和谐地融合在一起，包括看比赛，或者看比赛的前后，在整个的过程中都会是这样。

让观众满意；让运动员们超水平发挥，是所有筑巢人的共同愿望。

主持人:这样一个具有世界影响力的建筑，已经成为北京奥运会的一个代言的名词。一说到鸟巢，人们马上就会想到北京奥运会独特的风格。可以说，鸟巢从它的设计而言，是独一无二的，但是它也给我们的工程施工带来了前所未有的难度，如此大规模的扭转钢结构对于任何一个国家来说都是一个挑战，今天我们看到的，屹立在我们眼前的鸟巢，又是如何从图纸变成为现实建筑的呢？