顾盼结构–顾磊的另类游记（一），东京代代木国立体育馆

顾盼结构–顾磊的另类游记（二），深圳应急医院建设记录

顾盼结构–顾磊的另类游记（三），大跨度结构见闻

顾盼结构–顾磊的另类游记（四），裸露的结构设计带来的视觉体验

顾盼结构–顾磊的另类游记（五），结构设计没有贫富之分，只有优劣

顾盼结构–顾磊的另类游记（九），砖石、砼、木、玻璃、膜结构见闻

顾盼结构–顾磊的另类游记（十），欧洲建筑结构见闻

顾盼结构–顾磊的另类游记（十一），米兰、巴塞罗那的结构见闻

顾盼结构–顾磊的另类游记（十二），大跨空间结构的魅力与灵感

顾磊：钢结构装配式住宅的技术路线和案例

01

我永远不会忘记

2003年盛夏之夜的一个电话

它彻底改变了我的人生轨迹

那是我2000年从浙江大学博士毕业的第3年

前两年我在深圳大学建筑设计研究院

跟随傅学怡教授工作

2002年12月

我由深圳大学公派赴香港理工大学（PolyU）

作访问学者Research Fellow

先跟着滕锦光老师研究FRP

（纤维增强复合材料）

后转入倪一清老师带着的高赞明教授健康监测团队

像很多博士毕业生一样按部就班地安心做科研

我想我会沿着这条路一直走下去

那一晚

我和倪一清老师、余涛、吴迪等同事

在网球场挥汗如雨

回到研究室同事告诉我

深圳大学的傅学怡先生call我

请我速回电

傅总的电话我不敢怠慢马上打回去

电话那边傅总问：

我正好从新浪、搜狐等网站看过这个新闻

回答：

▲后来才知新闻图片中这个青年是水立方中方主创之一商宏

傅总又问：

我答：

傅总接着问：

我不假思索地回答：

（这两家大跨设计经验丰富）

这时傅总拉长了语音：

中建国际（深圳）设计顾问公司CCDI

虽冠名“中建”

实为深圳土生土长的民营设计公司

是深圳改革开放的产物

本世纪初在深圳建筑设计界已声名鹊起

设计了深南路边最早的会展中心（现已拆除）

江苏大厦等深圳知名建筑

接着老板赵晓均从北京打来电话面试

我回答他：

我抽了一个下午回深圳

见了CCDI另一老板单增亮

谈妥了工作合同

滕锦光、倪一清老师都支持我回去做这个项目

于是我向香港理工大学提出了辞职

2003年9月21日

晚上经罗湖口岸回深圳

翌日便随傅总飞北京了

赵晓均在南池子的一家泰式餐厅为我们接风

他是一个大胖子

长得很像香港影星欧阳震华

晚饭后赵总直接把我们送到

“中建总公司国家游泳中心设计联合体”的办公处

由原北京电视设备厂改建的写字楼

位于东四北大街的“天海商务大厦”

办公室在一个三层小楼的顶层

整层大通间布满一排排的桌椅

这里已经聚集了

来自CCDI深圳、上海、北京的设计骨干

新招聘的人员正从国内外各地陆续加入

结构组当时有

傅学怡、施永芒、张以哲、李建伟、钟勇

谭伟、杨先桥、杨想兵、吴兴昊等

我到了没几天

有着国家大剧院设计经验的邢明

也从北京院跳槽而来

我是唱着“我爱北京天安门”长大的

2003年

第一次在国庆节来到天安门广场很是激动

晴空万里

游人如织

一片欣欣向荣、前程似锦的景象

设计联合体由中国建筑总公司牵头

联合了澳大利亚PTW建筑师事务所

（PTW Architects)

悉尼奥雅纳工程顾问有限公司

（Ove Arup Pty. Ltd）

和中建国际（深圳）设计顾问有限公司

（CCDI)

2003年4月

才华横溢的三位年轻建筑师

赵晓均、商宏、王敏

赴澳洲与PTW建筑师组队方案创作

以三人提出的方盒子为基本概念的“水立方”方案

在严苛的国际竞赛中胜出

中建总公司国内业务部

白晋安和弋洪涛（弋洪涛后来入职了CCDI）

代表中建总公司作为召集人

项目业主是

北京市国有资产经营有限责任公司

项目管理是

中国长江三峡工程开发总公司

2003年9月

我加入设计组时大家正没日没夜地进行初步设计

功能、平面剖面、ETFE膜、泳池水处理

消防水炮、混响时间……

无数的名词和技术讨论不绝于耳

PTW的老外穿梭于各专业工程师之间

时不时传来一段英语对话

我也时不时地与新认识的中外同事寒暄

迫不得已地“偷听”着各个专业的讨论

偷学了各个专业的知识

但是这些工作似乎与我无关

那个方盒子结构与这些具体的体育功能相对独立

初步设计阶段

大跨钢结构的设计是悉尼ARUP的工作范围

我的任务是接收ARUP的技术报告和图纸

以及为加拿大RWDI公司

提供风洞试验的输入资料

没人知道我默默地坐在座位上干些什么

其实自从我接手ARUP投标资料的那一刻

就陷入了自闭般的沉迷状态

（我这种自闭般鹤立独行的工作作风一直影响着我的职业发展,哪个老板、上司会喜欢一个成天默不作声我行我素的雇员呢？）

“那个被赵晓均形象地将其称之为丝瓜瓤子

的立方盒子结构到底怎么构成的？”

除了始作俑者悉尼ARUP的工程师

和研究过投标方案的傅学怡

再就是2003年7月1日

海南方案技术澄清会议的结构评审专家

沈世钊院士以外

还没人读懂

更没有易于理解的表达载体

这个后来被证明非常关键和棘手的问题

开始看似并不重要

（所有的结构质疑全都集中在这个方盒子钢结构上：既然是方盒子为什么不用常规双层或三层网架做结构屋面、墙面图案用幕墙次龙骨划分？）

而我的思想却深陷其中不能自拔

直到有一天赵晓均问我：

我能非常明确地感受到他只是试探的口吻

并不奢望一定能得到肯定的回答

我却非常轻松平静地说：

赵总约来了深圳立方动画公司北京分公司的制作人

由于我已完全读懂了ARUP英文版结构说明报告

研究了三维模型CAD文件

很通俗地向动画公司解释结构一步步的生成过程

以及我想要的易于理解的呈现方式和效果

我把结构图形文件（dwg格式）拷给动画公司

没几天动画公司拿来了一个4分钟的动画短片

这期间没有任何过程反馈和汇报

（不像现在为了展示工作而卷来卷去）

动画我也是直接拿给赵总看了

一遍通过

这个动画成为了

向世人解释“水立方”奇妙结构构成的最佳工具

水立方的方盒子不是建筑师画出来的

而是完全由电脑自动生成的

水立方（Water-Cube）的结构体系

基于三维空间的最有效分割模型

此结构模型普遍存在于自然界中

例如细胞组织单元的基本排列形式

水晶的矿物结构

以及肥皂沫的天然构造

Plateau于1873年指出

当肥皂泡沫聚集到一起时

它们以三个侧面成120°角连接在一起

一次聚集4个皂泡

在每一个角点上有4条边交汇

它们形成的四面角大约为109.47°

“用等体积单元阵列填充无限空间

什么方式填充使得单元接触面表面积最小？”

1887年

提出这个问题的爱尔兰数学家Kelvin

给出了一个答案

——填充单元为十四面体

称为Kelvin多面体

将正八面体切角便可得到

▲ Kelvin多面体

直到一百多年后的1993年

都柏林大学

Denis Weaire和Robert Phelan

提出一种新的解决方案

填充单元为十二面体和十四面体两种

称为Weaire-Phelan多面体

它的接触表面面积比Kelvin多面体要小0.3％

Weaire-Phelan多面体

是目前发现的Kelvin问题的最优解

我们将Weaire-Phelan多面体加以优化

沿三个相互正交的方向阵列基本单元

组合形成一个填满整个空间的

改良Weaire-Phelan多面体阵列

将阵列绕正方体空间对角线旋转60°

在旋转后的多面体阵列填充的三维空间中切出

长176.5389m×宽176.5389m×高29.3789m

立方体建筑外形

然后在立方体内部挖去

比赛厅、热身厅、嬉水厅等内部使用空间

以及门洞、通道等所有建筑几何空间

这样便切出了屋盖和墙体的结构

多面体在切割平面上切出的图案

分别构成了屋盖结构的上弦、下弦杆件

和墙体结构内外表面弦杆

两个切割平面之间的多面体的棱边

便为结构的腹杆

这样切割生成的水立方结构便形成了

动画演示的就是这个结构生成过程

由于我和动画公司对ETFE气枕

都没有直观的认识

动画最后的ETFE膜结构表现并不正确

没有用一个个气枕的形式

而是仅用了一层皮

但瑕不掩瑜

而钢结构构件的模拟似有天意

我没有征求任何人的意见

很随意地告诉动画公司

直觉告诉我就该这样做

而澳方PTW和ARUP所有的文本和模型

都是采用一种Y形截面腹杆和螺栓连接的节点

Y形截面设计是很有逻辑的

每一肢都在多面体单元的一个面上

▲ ARUP结构报告中的Y形腹杆、螺栓节点和连接的结构

根据结构生成逻辑

这种Y形截面在电脑里很易构建

但是不论是整体结构节点定位

还是Y形截面制作

做成实物模型几乎是天方夜谭

因此水立方投标模型的结构骨架

是在墨尔本3D打印的

外墙表皮则在上海手工雕刻

与3D打印的结构骨架结合在一起

虽然ARUP详细研究了带翼缘的Y形截面设计方法

但是三块T板组合的Y形截面杆

加工焊缝集中、角度定位难

▲ 带翼Y形腹杆

杆件相交节点异常复杂

现在想想

自己当时应该根本没有权利

做这样的重大修改

当时我也没有改变ARUP设计的想法

初设图纸仍然是按照Y形腹杆出图

完全是下意识地安排动画公司这样做了

但后来水立方钢结构腹杆

真就按圆钢管设计实施了

北京办公室结构组的资料柜顶面摆放着

投标时用于解释结构原理的3D打印模型

▲ 3D打印的用于说明结构原理的模型

我每天都会傻傻地看着这些模型发呆

不知后来它们去哪了

工作一个月

唯一能显现我工作的

就是简单做了个动画

这在设计公司往往是建筑师的工作

看不到的工作

是我把ARUP的几何构成图形dxf文件

导入了浙江大学开发的空间结构程序MSTCAD

加载、计算和满应力截面优化

又将MSTCAD的数据文件加以分类整理

拷入美国结构软件SAP2000的Excel表格

用Excel表格读入SAP2000

应用这两个软件“粗略”地跑了一遍结构分析

与悉尼ARUP用strand7软件的计算结果基本吻合

当然我又是下意识地

“弦杆采用矩形钢管、腹杆采用圆钢管”

更进一步

我将李建伟、谭伟他们建的

下部混凝土ETABS计算模型要来

尝试性地导入了SAP2000建的上部钢结构模型

▲ 赛时下部混凝土结构模型

▲ 赛后下部混凝土结构模型

▲ 上部钢结构计算模型

▲ 结构整体模型

上下模型接口节点的打断和容差处理

我对着电脑屏幕盯得头晕眼花

整体模型计算也实现了！

我暗自走通了水立方复杂结构的计算之路

此时我心里已对设计水立方基本有底儿了

同时也深深地认识到从“粗略”到完善设计

钢结构设计难度、广度和工作量空前

2003年11月

傅总带我去杭州参加中国钢结构协会会议

大会邀请傅总做“水立方结构设计”的特邀报告

去的那天首都机场大雾

我们第二天凌晨才赶到杭州

傅总的报告惊艳了全场

这个时点水立方的各项科研工作尚未开展

报告中最精彩的内容莫过于结构生成动画

会议期间傅总和我的博士导师浙江大学董石麟院士

商讨了联合科研事宜

会后傅总事务繁忙先离开了杭州

我代表他在浙大土木科技馆做了场水立方的专题讲座

接着董老师为北京送来了宇宙最强师弟天团

博士生陈贤川、詹伟东

硕士生余卫江、徐国宏

杭州还有罗尧治、赵阳、袁行飞教授

和硕士生邢丽、唐海军等进行试验研究

后来

中国建筑科学研究院、清华大学

也加入了科研团队

余卫江、陈贤川、詹伟东三人

集中精力研究结构几何构成

优化的十二面体、十四面体单元

仅有4种杆件长度

且这4种杆长彼此相关

只要确定1个

其它3个就算出来了

总杆件长度也较小

这意味着钢结构用钢量最优

余卫江写出了杆长公式

以及十二面体、十四面体顶点坐标

令人感觉奇妙和兴奋的是

所有几何数据都可表达为一个变量C的公式

因此只要一个参数C

就可控制整个结构模型

在水立方的东南角

我们保留了一块原始的多面体阵列

建模是从澳洲回来的建筑师肖彤

他小心翼翼地删除了少量棱杆

形成了一个山洞一样的空间

命名为“泡泡吧”

▲ 泡泡吧实景

接着我们研究

如何在这两个基本单元填充的三维空间

切割出最优的结构

可想而知如果不旋转切割则图案会过于规则死板

旋转30°、45°、60°后

切割可获不同的图案

但都很美观活泼

(a) 旋转30°

(b) 旋转45°

 (c) 旋转60°

三种图案的优化程度不同

显然60°杆件种数、最小长度是最优的

切割面的选择也很有讲究

最优切割面和可行切割面

通过十二面体的顶点

十二面体单元高度范围内

共有5个最优切割面

每个最优切割面两侧各有一个可行切割面

屋盖采用最优切割面

表面有9种不同的完整多边形

而建筑上要求

墙面的图案更体现随机无序的效果

故墙面采用可行切割面

有16种不同的完整多边形

这样的结构几何生成模式就不难解释

为什么“水立方”的长宽高是零碎数字

而不是整数

希望上述文字不是那么晦涩难懂

这些数学奥妙ARUP同行也做了深入研究

陈贤川将上述过程全部写成了程序

不再延用ARUP原创工程师

那种多面体填充再切割的方式建模

而是直接通过数学公式计算每个结点的空间坐标

连出腹杆和弦杆生成结构

我们称之为“数理生成”

大大节约了机时

并克服了ARUP“作图法”建模的累计误差

▲ 数理生成视频

根据陈贤川“数理生成”的精确模型

我发现悉尼ARUP的计算模型中杆件数

与数理模型不一致

检查出有一些杆件中间多了断点

最后我们将生成的几何模型

email给了悉尼ARUP

ARUP决定采用我们的几何模型

取代他们原来的模型

读入Strand7软件进行后续结构计算分析

我和我的师兄弟们永远感谢

母校浙江大学“求是创新”的校训

这些工作内容并非明确的规定动作

我们不是按部就班地完成工作

大家探究科学奥秘的兴趣

和追求卓越的内生动力

驱使我们自发地发现和完成了这些研究

基于这些初期的研究

在北京国资和三峡的支持下

傅总领导我们联合浙大、建研院和清华等单位

申请并获得了

北京市科委和国家科技部的科研立项

由于独特的结构几何构成

结构内部多面体单元只有4种杆长

3种不同的节点

每个节点的汇交杆件仅为4根

节点采用刚接

杆件为空间梁单元

构件的受力状态介于

汇交力系的铰接网架结构

和刚性连接的直腹杆空腹桁架之间

同时受弯、剪、拉(压)、扭

相比汇交力系的二力杆结构

“水立方”空间结构具有更好的延性

记得是2003年11、12月的一天

董石麟、沈世钊两位院士正好都在北京

傅总安排我用PPT向两位院士汇报设计进展

两位老师非常敏感地指出

结构杆件的弯矩不容忽视

结构呈现空间刚架（space frame）的受力形态

参照空间网架一般采用构成锥体来命名的原则

（比如：四角锥网架、三角锥网架）

由于“水立方”由十二面体和十四面体

两种多面体构造而成

于是结构正式名称便呼之欲出

“多面体空间刚架”

（或“多面体空间延性刚架”）

董老师在他的空间结构分类的论著中

将“多面体空间刚架”单列为

仅由梁单元组成的第34种空间结构

2003年11月28日

在北京市金融街北京国资公司召开了

结构初步设计专家评审会

设计工作得到专家组的一致认可

新型结构体系得到肯定

带着国内团队几何建模、总装分析等初步成果

2003年12月

傅总和我奔赴悉尼

16日、17日

分别与ARUP和PTW

开了两场设计协调会（Coordination Meeting）

悉尼ARUP出席人

Tristram Carfrae

Mark Arkinstall

Peter Macdonald

Marianne Foley (消防专业、非全程参会)

Haico Schepers (幕墙专业，非全程参会)

傅总和Tristram Carfrae

惺惺相惜,交谈甚欢

Mark Arkinstall是“水立方”几何电脑建模工程师

双方就

数理建模、上下部结构总装分析、抗震分析

弦杆由内设角钢加劲肋的薄壁矩形钢管

改为紧凑型截面矩形钢管

取消内加劲肋以方便施工

Y形腹杆改圆钢管

节点采用焊接球节点

改滑移施工为分块拼装

这些重大设计原则问题顺利达成了一致

▲ 杆件截面和节点原设计

▲ 修改设计

会上我播放了结构生成动画

Tristram Carfrae大加赞赏

说道

晚上在达令港(Darling Harbour)海边餐厅

Tristram Carfrae与我们共进晚餐

悉尼ARUP做了很多世界各地的著名建筑的工程设计

“水立方”无疑是当年的明星工程

到处可以看到宣传展板

我怀着膜拜的心情参观了ARUP办公室

2018年

我访问了ARUP纽约公司

结合与伦敦ARUP合作的项目

（澳门路氹美高梅视博天幕项目）

做了关于H型钢单层网壳稳定性的一个学术报告

当天除了纽约公司的结构工程师现场参加

还进行了线上直播

我也去过ARUP香港公司

位于香港又一城写字楼

与这个国际性顾问公司很有缘分

但迄今还没去过ARUP伦敦总部

第二天与PTW的会议

Tristram Carfrae向

 PTW的Mark Butler和Kurt Wagner介绍了

ARUP与CCDI关于结构杆件和球节点的改动

征得了PTW的同意

后来澳方做了表现图测试改动的效果

与PTW的会上

我简要汇报了北京设计团队近期完成的工作

当我播放结构生成动画片时

Mark Butler和Kurt Wagner异常兴奋

立即通知PTW的全体建筑师放下手头工作

到会议室观看中国工程师做的“水立方”结构动画

4分钟动画播放完毕

雷鸣般的掌声经久不息

赞誉不绝于耳

▲ 17日与PTW的Kurt和Tobby共进午餐

至此

中方CCDI团队

全面接管了“水立方”的结构设计工作

紧张的工作取得了丰硕的成果

17日下午

我们参观了悉尼奥运中心

主要考察游泳馆

我和傅总忙里偷闲在海边放松了一个下午

估计大家没见过傅总光膀子的照片吧

那年他还不到六十岁

一晃我也五十多岁了

青春易逝

青春美好

青春不羁

青春无悔

不要压抑

不要胆怯

不要虚伪

不要矜持

青春

就是用来奋力拼搏、锋芒毕露

自由放飞和肆意挥霍的

2003年12月24日

在通过可行性研究报告审查和初步设计审查后

“水立方”项目开工奠基

而我们则进入了夜以继日的施工图设计阶段

▲ 2004年2月20日 钟勇在桩基施工现场

▲ 2004年6月2日 邢明在基坑现场

我开始带着陈贤川、余卫江和徐国宏做钢结构分析

由于他俩还是学生尚无设计工作经验

我就从考虑地震

和不考虑地震下的荷载工况组合开始

手把手带他们列出了113种组合

接着一项项输入荷载进行静、动力计算

师弟们上手非常快

杆件截面优化设计时杨先桥加入了进来

（水立方之后他出国读了博士现在TT的纽约公司工作）

他利用SAP2000软件计算的杆件内力

开发了接力运行的SAPPOST软件

按中国钢结构规范复核各工况下杆件的应力比

超应力的杆件被自动重新选择截面

再导入到SAP2000中重新进行计算

重复这一过程

直到所有的杆件都满足设计要求为止

这个过程杨先桥干得异常辛苦

连续多月基本没有正常睡觉

只能在计算机运算的间隙睡一下

作为钢结构设计责任人

我一步步检查杨先桥的程序

要求每个步骤都要输出计算结果

打印检查

有一天

我发现所有的工况组合系数都只有小数部分

我和杨先桥吓得腿软

仔细检查发现

编程的一个低级错误导致整数被置零

从此杨先桥对我保证工作准确度的精神非常佩服

杆件自动优化迭代中

我们发现大跨屋盖和墙体相交的区域

弦杆应力比一直超大

仔细揣摩

由多面体切割生成的未经任何修改的“纯净”结构

在水平面和垂直面相交的边线上

节点杆件均为弦杆、没有腹杆

交界处杆件的弯矩非常大

主要分布在大跨区间下弦边缘

在屋盖和墙体相交的区域

附加部分腹杆（下图虚线）

适当构成汇交力系

合理“杂交”

使整体结构受力均匀

增加腹杆后弦杆弯矩大幅下降

我俩手工在四个边上

各添加了6根、共24根腹杆

“水立方”杆件数

由纯切割生成的20644根变成了20668根

为了进一步控制杆件截面尺寸

壁厚18mm以下的杆件采用Q345C级钢

而壁厚18mm及以上的杆件均改用Q420C级高强钢

鞍钢专门为高强钢生产进行了研发试制

2004年5月23日

巴黎戴高乐机场2E候机厅突发坍塌

北京市政府立即要求

所有奥运工程进行结构安全审查

6月初

市规委主任陈刚

召集五棵松篮球馆、鸟巢、水立方项目负责人开会

陈刚开门见山的说：

于是”鸟巢”的开合屋盖拿掉了

五棵松篮球场大跨度之上的商业体拿到了

要求在旁边另给块地建设

规委也答应了

一切走向安全保守

轮到”水立方”做决定了

在这大是大非的关键时刻

傅总表现了非凡的勇气和担当

他平静地回答：

陈刚追问：

傅总坚定地回答：

于是“水立方”没有做任何修改

完好地保了下来

傅总的胸有成竹源于他带领团队已进行了

大量扎实可靠的技术论证和科学研究

坚信自己的技术判断和团队的能力

这是他与大家同吃同住同劳动的莫逆

也是大雪纷飞之夜在北新桥四海饺子馆

5个人喝8瓶北大荒（白酒）

饺子就酒越喝越有

相关部门对奥运项目的安全性的疑虑

并未从此打消

他们希望组织国家级别的审查会

但我国对大跨建筑没有专门的国家审查机构

只找到了

“全国超限高层建筑工程抗震设防审查”机构

于是就有了

“鸟巢”和“水立方”的“超限高层审查”

“鸟巢”定在2004年7月6日

“水立方”定在7月8日

仅有1个月的准备时间

傅总带着陈贤川和余卫江猛攻抗震弹塑性分析

▲ 5.875m内墙塑性铰状态

▲ 3.472m内墙塑性铰状态

▲ 塑性铰出现动画

针对极端情况下

积雪融化结冰后又下雪的water ponding现象

我们还进行了竖向极限承载力研究

徐国宏专注于ETFE气枕的论证

“水立方”不可能按照

“超限高层建筑结构”的通用审查要点

进行结构安全论证

傅总针对 “多面体空间刚架”新型结构体系

大规模使用ETFE膜材

钢结构不涂防火涂料的性能化消防策略

这些被关注的安全焦点

带领我们整出了11本专项报告供审查：

没日没夜的一个月

最后报告汇总到我手里

统一格式、排版、封面扉页目录

最后转PDF打印

一直忙到超限审查的前夜

公司刘葳和李旻两位文秘一直陪我熬夜

她俩通宵盯打印社打印装帧

太忙了

以至于7月6日传来鸟巢超限审查未通过的消息

全公司一片唇亡齿寒

我却对此无感

埋头沉醉于11份报告

我想傅总应承受了这些压力

7月8日上午

中国建筑科学研究院会议室

挤满了来自全国的顶级结构专家和相关部门领导

设计团队只有傅总和我的两个座位

谜一样的一个上午

我们一次性通过了！

2004年8月13日

雅典奥运会开幕

一天北京市市委书记刘淇

召集“鸟巢”、“水立方”和五棵松等项目设计单位汇报

由于赵晓均去雅典观摩奥运会了

我和项目设计经理胡晓明参会

当时我没有做任何准备

对于“水立方”刘淇书记只问了一个问题

我很简单地回答：

这次的汇报气氛非常轻松

大家还闲聊了对雅典奥运会开幕式的感受

天马行空地畅想了北京08年开幕式

没来得及庆祝和放松

我们紧锣密鼓地投入了钢结构科研

基础和下部混凝土结构的施工

为钢结构科研赢得了时间

虽然“多面体空间刚架”可行性论证通过

但这种新型钢结构不能被已有世界各国规范覆盖

焊接球节点在网架中应用非常成熟

但网架是以拉、压轴力进行设计的

受弯、压（拉）的焊接球节点设计方法

尚属规范空白

浙大团队进行了模型试验和有限元弹塑性分析

董老师亲自推导了简化理论解析解公式

模型试验、有限元弹塑性分析和解析解完全吻合

研究给出了焊接球节点

在轴力和弯矩共同作用下的实用计算方法

这些成果后来写入了我国

《空间网格结构技术规程》

2004年8月5日

国资赵志雄、三峡王武斌等业主人员和傅总及我

赴浙大试验室观摩董老师和师弟们的试验

回到北京

中国建筑科学研究院的相贯节点弯压试验也如期进行

清华大学钱稼茹老师团队的墙体子结构推覆试验规模很大

▲ 2005年10月12日

CCDI深圳、上海、北京结构工程师观摩清华试验

这些科研成果是“水立方”设计的理论依据

并非仅是工程验证性试验

因此必须在施工图出图之前完成鉴定

天津大学刘锡良老师、冶研院的陈禄如老师

北工大张毅刚老师等专家

多次为我们鉴定科研成果

当年我总结了“水立方”设计和科研的20项大事记：

二十年前

数字化概念没有像现在炒得那么热

今天那些“数字化”或“BIM”专家常说

建筑业数字化水平仅高于农业

我想他指的是“建筑企业”而不是建筑技术

建筑结构、建筑物理、建筑设计

从建模到仿真分析早就离不开数字化了

PTW和ARUP传来的不仅仅是电子版图纸

更重要的是3D模型电子文件

实体模型也是由电脑模型3D打印的

这些都是广义的“数字化”和“BIM”

从方案投标阶段就是这样的数字化交付

CCDI从德国留学归来的

年轻的IT主管过俊和IT美女王瑾

在赵晓均的极为暴力的支持下

力排众异

武断地推行协同设计、外部参照

所有专业都在一个模型平台上画图

每个专业都没有自己的“图”

要从服务器上的模型绑定后出图

我很爽快地接受并适应了这种先进的工作方式

（遗憾的是二十年后的今天

我国大大小小的设计院还是手工作坊

甚至没有协同设计平台的概念

自欺欺人地将设计图纸手工输入为3D模型

美其名曰“数字化”和“BIM”）

协同设计、外部参照是针对各专业的“画图”工作

水立方钢结构设计成果交付则更进一步

我们没有用计算机“画图”

只有不同阶段的模型

结构设计软件的模型就是“单专业的BIM”

包含所有的几何、材料、钢管和节点等

与造价、采购和施工有关的信息

荷载、计算、内力（应力）、位移

规范验算等仿真信息也在其中

水立方钢结构构成形式类似网架

网架软件MSTCAD数据可以直接和工厂生产对接

并不需要通过“图纸”表达设计

MSTCAD开发者浙江大学罗尧治教授团队

将前述轴力和弯矩作用下球节点计算公式编入程序

并考虑了“强节点、弱构件”的原则

10100个节点由MSTCAD一键计算和配入模型

因此“水立方”的SAP2000+MSTCAD的结构模型

已包含了全部的结构设计成果

可惜时至今日

业界尚无纯“数据模型交付”的法定规范

总不能拷给业主一个数据文件作为设计成果吧？

（其实后续各施工单位包括给排水承包商都来我这儿拷3D文件）

于是我们从模型中导出了传统意义上的“图纸”

（这些图画是画不出来的）

▲ 屋面下弦杆图纸示意

▲ 腹杆图纸示意

而杆件和节点材料表则是从模型中导出的Excel表格

绝对不会有任何错误

“水立方”钢结构

从仅由一个参数C控制的参数化数理建模

到SAP2000+MSTCAD的结构模型和数字化出图

其间没有任何人工干预

模型即成果

达到了100%数字化交付的水准

否则全套钢结构图纸怎么也不可能

由我和王涛两个人画完

此时的电脑模型

不再需要3D打印

模型公司制作了精准的建筑模型

▲ 2004年12月8日 探班模型公司

（杆件粗细都是按我们的计算模型）

“水立方”工地服务邢明和王涛劳苦功高

傅总和我则深圳、北京两地飞

工地上我和中建一局钢结构负责人庞京辉

三峡的王武斌、袁建丰都结下了兄弟般的友谊

一局项目美女总工陈蕾后来被评为全国劳模

我与她在现场为施工问题吵得不可开交

吵着吵着成了好姐弟

负责深化设计和施工模拟分析的谢国昂博士和王增涛

也被傅总和我严格的要求折磨得死去活来

三峡请了北京机施的老专家路克宽作顾问

路总给了我们很多鼓励和帮助

国内外专家学者和结构同行也多次莅临工地考察指导

▲ 2005年3月24 下部混凝土施工现场

用于研究的ETFE样板已做好

▲ 2005年5月9日 钢结构尚未施工

董老师在现场

▲ 2005年5月20日

看台和泳池、预埋件和底梁

▲ 2005年6月1日工地

钢结构正式施工前我在现场处理各种上下部交接问题

▲ 2005年11月24日 钢结构墙体正在施工

刘锡良老师和赵阳、邢丽在现场

▲ 2006年初

南墙上安装了一组ETFE气枕用以原位测试幕墙效果

结构构成形式是全新的

钢结构安装初期由于未得要领速度奇慢

每天只能安装几十根杆件

北京国资领导康伟眉头不展

一个球上只有4杆交汇

比一般网架杆件少

焊缝分散

应该很好焊

且形式单一重复

施工速度没有理由慢

为此我专门飞了趟杭州东南网架厂

解释结构规率

安装师傅被单个节点和杆件杂乱无章的表象所迷惑

他们通过自己的观察终于发现

杆件和球都在多面体的一个个平面内

每个平面“只要一根杆和杆外一个球节点”即可确定

安装速度从此突飞猛进

2006年3月14日

我在墙体和屋盖的结构空腔内不停地穿梭

谁能读懂

眼噙泪水看着电脑3D模型翻成钢结构实物时

不禁阵阵心悸的内心独白？

▲ 2006年3月14日 钢结构施工现场

屋顶球节点设计了下穿雨水管的孔

▲ 2006年3月18日 全景

▲ 2006年4月8日 全景

▲ 2006年6月9日

董老师和师母参观鸟巢和水立方工地

接受《新闻联播》采访

2006年

Tristram Carfrae从悉尼来了趟北京

我陪着他详细查看工地

Tristram Carfrae临走时语重心长地对我说

（仔细照看我们的孩子）

此时我正在处理一个结构与通风专业的设计矛盾

秉承“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念

通风专业为“水立方”设计了自然通风

需要在外墙四周设一圈通风百叶

这样最下面一圈图案的完整性就破坏了

底部ETFE气枕的规格也随之而变

虽然并不影响立面整体美观

但失去了立面图案的天然纯粹性

我极不愿意修改

我在工地把情况告诉了Tristram Carfrae

他略作思考说

（取消百叶设计）

后来业主和设备工程师反映到赵晓均那儿

一天晚上赵总突然给我电话

要求配合自然通风修改设计

对于我的坚持赵总撂了一句话

我的回答是

我不在乎得罪老板

但是心中纯粹完美的效果最后没能保住

是我对这个项目唯一的遗憾

钢结构的施工速度惊人地快

转眼封顶到了卸载的时候

卸载方案经过了反复讨论

此时哈工大的健康检测团队也已进场

2006年5月23日

“水立方”的嬉水乐园、热身池两个小跨屋盖卸载

我连续两天与卸载施工模拟的谢国昂博士

巡查现场

总结经验

为即将到来的大跨比赛大厅卸载做准备

▲ 2006年5月23、24日

屋盖结构和用于卸载的千斤顶、监测仪器

2006年6月16日

“水立方”迎来了钢结构施工的关键时刻

比赛大厅屋盖大跨钢结构卸载

仅耗时3个小时

“水立方”结构自己站起来了

曲未终人先散

我们孕育的“多面体空间刚架”这个孩子

已长大成人了

我离开的时刻到了

临走之前

北京国资现场代表杨奇勇

（现任国家游泳中心总经理）

他和我在屋盖7.211m高的钢结构空腔里

呆了整整一个上午

泪眼朦胧

看也看不够

我已记不清是2006年盛夏的哪一天

清晨我独自从亚运村欧陆经典小区打的去机场

背着我的网球包

没有过多的行李

在北京的三年里

我几乎每个周末都在朝阳公园打网球

球友是建筑师肖彤和曾经在香港PolyU的同事徐刚

包里有两把球拍

Prince是在浙大读书学网球时买的

拍头都打的有点儿裂缝了

Babolat是在香港旺角买的

老板还送了这个US OPEN的球包

它们静静地陪着我辗转杭州、深圳、香港、北京

再见北京

再见我的33~36岁

2006年10月20和22日

我趁在北京出差又去了2次工地

ETFE膜结构安装了不少

钢结构也刷好了白漆

效果已非常惊艳

▲ 2006年10月20日 外观

▲ 2006年10月22日 ETFE施工

▲ 2006年10月22日 刷白的钢结构

你没看错钢结构未涂防火涂料

2008年1月28日

“水立方”经过4年多的建设

迎来了竣工交付的日子

我和很多离开的同事没有参加

但同事们拷来的照片可以看到大家的喜悦

▲ 傅学怡、毛红卫、Tristram Carfrae、John Bilmon

▲ 赵晓均和设计团队

▲ 施工单位中建一局的上级单位中建总公司董事长易军也出席了竣工仪式

2008年2月3日

时任CCDI深圳区域总经理的商宏

组织深圳参与设计的同事赴京观看测试赛

我也应邀前往

2008年北京奥运会

“水立方”成为见证传奇的“魔立方”

共产生了44枚金牌

创造了25项世界纪录

菲尔普斯一个人得到8块金牌

中国跳水梦之队在这里获得了7块金牌

2014年11月10日晚

习近平夫妇在“水立方”宴请APEC嘉宾

2022年北京冬奥会

“水立方”转换为“冰立方”举办冰壶比赛

奇迹一直继续着

▲ 由于我尚未进过“冰立方”，照片由郑方提供

那片笑声让我想起我的那些花儿

在我生命每个角落静静为我开着

我曾以为我会永远守在她身旁

今天我们已经离去在人海茫茫

她们都老了吧 她们在哪里呀

幸运的是我曾陪她们开放

啦…… 想她

啦…… 她还在开吗

啦…… 去呀

她们已经被风吹走散落在天涯

有些故事还没讲完那就算了吧

那些在岁月中已经难辨真假

如今这里荒草丛生没有了鲜花

好在曾经拥有你们的春秋和冬夏

她们都老了吧　她们在哪里呀

幸运的是我曾陪她们开放

啦……　想她

啦……　她还在开吗

啦……　去呀

她们已经被风带走散落在天涯

▲ 结构专业

前排左起：陈贤川、谭伟、杨先桥、杨想兵、施勇芒、顾磊

后排左起：张以哲、李建伟、邢明、钟勇

曾经从五湖四海汇聚在“水立方”的追梦人

随着工作的完成很多人又陆续散落到天涯

也留下了不少

CCDI在北京成立了体育事业部

我当时和人力资源部一起

去清华、浙大、同济、东南校招

有了“水立方”的号召力

各专业都招来了一大批优秀毕业生

大家一起又陆续接了

奥运网球中心、曲棍球场、射箭场、沙滩排球场

小轮车场以及奥运赛事overlay等08奥运项目

体育事业部不停地投标

并没有延用国内以著名建筑师打头的竞标方式

（我们太年轻，也没有著名建筑师）

而是学习国际上“建筑师+顾问工程师”团队

不仅仅提交一个建筑专业的方案

而是提供一个复杂体育建筑的全套策略

结构工程师、设备工程师

建筑物理工程师、绿色可持续发展工程师

赛事、赛后运营策划团队

统统都上阵

我们也像国际团队一样

拿出了像模像样的方案设计报告

天津游泳跳水馆

广州大学城体育馆

呼和浩特体育场

济南奥体中心

惠州体育场

……

我离开CCDI以后

体育事业部更加所向披靡

斩获了国内外大量的体育项目

我在CCDI年终表彰中得的奖项你猜是什么？

——“伯乐奖”

▲ 济南奥体中标后，我们去青岛玩

2008年10月26日

我以普通游客身份感受“水立方”

2017年1月14日和2022年1月7日

在北辰西路天桥与“水立方”合影

2016年12月21日

“水立方” 冰水转换技术讨论会

杨奇勇总经理邀我参加

头天下午北京大雾

深圳飞北京的航班仅飞了我的那一班

真是缘分

会后杨总邀来了在京的当年“水立方”建设者聚餐

大家参观了APEC时接待国宾的会客室

会客室的室内设计师

是“水立方”方案“三人帮”的美女王敏

吊顶和家具一色的“水立方”多面体结构元素

屏风刺绣的金鱼也由王敏绘制底纹

“上善若水”

是夜水立方分外温柔

2018年6月21日

国家主席习近平在钓鱼台国宾馆

会见巴布亚新几内亚（PNG）总理奥尼尔

这天随奥尼尔总理包机一同来华的

一个庞大的PNG工商业代表团

访问中建总公司和“水立方”

由于我供职的中建科工（中建钢构）在PNG

承接了布图卡学园总承包项目

巴新分公司配合中建总公司进行接待

巴新分公司总经理马帅

邀请我进行“水立方”项目讲解

十多年后

我又一次整理了项目英文PPT汇报材料

对比前述2008年的比赛大厅照片

您会发现看台变小了

没错儿

奥运会赛时状态是17000个座位

赛后只保留了6000座位

因此11000个座位是钢结构搭建的临时看台

赛后拆除另盖了两座小楼

2018年6月29日

当年的建设者在“水立方”10周年小聚

这天我第一次畅游“水立方”

2019年8月８日

我带女儿打卡“水立方”

每次去北京出差

“水立方”的老朋友总是一呼即聚

大家畅谈当年情怀和这么多年“后水立方”的日常

“水立方”后来获得了很多荣誉

但大家都很淡然

“水立方”给我们的是青春荷尔蒙的一次尽情释放

是磕磕碰碰、越挫越勇的点滴成长

是我们这帮人一生受用的珍贵红利

是一杯酒一生情

▲ 2020年11月28日 北京聚会

▲ 2021年9月27日 北京聚会

▲ 2021年12月31日 深圳水立方结构工程师聚会

顾磊、施勇芒、钟勇、傅学怡（坐）、李建伟、陈贤川

“水立方”的美无与伦比！

▲ （图片由水立方公司提供）

疫情中写了一年多的结构游记

就要在“水立方”搁笔了

个人如蝼蚁何其渺小

是改革开放

国运昌盛

成功申办了2008年奥运会

我们才有了“水立方”这个千载难逢的项目机会

感恩所有的一切

二十年不经意的时光

五大洲时急时缓的徜徉

形形色色的建筑

或经典或新奇

边走边看

边看边拍

一路走来

回眸拾零

已然数千照片数百建筑

结构工程师的强迫症

非要拍到最揭示结构的视角不可

不等光线

不避人流

也不求完美

或跑远或趴近

有损画质的数码变焦也常不避讳

相机或手机只管咔嚓

随走随拍

随拍随发

断不敢用摄影作品来命名这些照片

虽然我如此地珍爱

就让我叫她们

随手拍

随手拍下了

结构体系

几何构成

受力原理

建筑材料

节点大样

和结构成就建筑之美

镜头记录了

设计构思

专业研讨

施工过程

焊花水泥

结构人生

和建筑背后的结构故事

从数千张随手拍中精挑细选

配以第一眼的直觉

故地重游的再悟

照片整理时闪现的灵感

文献资料的采撷

汇成了十三集另类游记

陪您环游世界

建筑结构

边走边看

……

二十年结构旅途的跋涉

顾盼结构

不知不觉已到了中年

有兴奋的高光时刻

更多则是稀疏平常的静好

据说世卫组织将18岁至65岁划分为青年人

50多岁青春正好

待新冠疫情好转

整理行装再出发

山高水长

初心不改

历尽千帆

归来仍是少年

敬请期待

下一个二十年的《顾盼结构》