ETFE推进建筑革命

ETFE推进建筑革命

乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）是一种人工高强度氟聚合物，这种耐用的可塑树脂正在北京奥运会场馆建设中发挥巨大作用，其应用前景一片光明。

从欧洲开始流行

一个泡沫充气垫做的游泳馆，或者一个以钢结构“编织”成的像鸟巢一样的运动场，甚至一个覆盖上百万平方英尺空间的巨型帐篷——这些建筑在10年前也许都只能存在于人们的想象之中。而今天，位于北京的前两者分别是正在建设中的中国国家游泳中心和作为2008奥运会主会场的国家体育场；后者则是位于哈萨克斯坦阿斯塔纳的娱乐中心——“成吉思汗后裔帐篷”（Khan Shatyry）。而这一切能得以实现都要感谢具有创新精神的建筑师，经验丰富的工程师和被称作乙烯－四氟乙烯共聚物（ETFE）的材料不同寻常的属性。

乙烯－四氟乙烯共聚物也许正迎来其在建筑材料领域的辉煌时刻，但事实上，上个世纪70年代杜邦化学公司（DuPont）就发明了这种人工高强度氟聚合物，作为航空工业中的一种绝缘材料。

这种树脂材料让建筑师最感兴趣的特性是其能被制成一种薄而非常耐用的薄膜，杜邦生产的就像打成卷的增强版塑料保鲜膜。而日本的旭硝子玻璃公司（Asahi Glass Company）也在生产类似的产品，名字叫氟隆。这种产品在使用时可以做成片状，也可膨胀成枕头状，并因为具有难以置信的多功能性，已经成为最好的替代像玻璃这样的传统材料的材料。

刚开始的时候，杜邦化学公司根本没有真正地考虑过让ETFE成为建筑师的“宠儿”。德国一名机械工程和商业管理专业的学生斯蒂芬•勒耐特（Stefan Lehnert）推动了这个进程，他狂热于水上运动，并在探求新的航海技术的时候偶然发现这种材料。尽管在发现这种材料并不太适合其航海需要后，他还是注意到了ETFE的透明、自洁和结构上的特性，这使其具备了成为种优良建筑材料的潜质。

1982年，他在德国不来梅成立了维克多-福伊特克公司（Vector Foiltec），专门设计和制造ETFE建材，并开始将这种材料销售给全球的建筑公司。该公司的第一个项目，是荷兰的阿恩海姆（Arnheim）动物园的一个小亭的屋顶。

从哪个时候开始，ETFE就已经日益普及开来，特别是在欧洲。在上个世纪90年代，从德国到英国，ETFE被广泛应用于办公室、建筑物中庭、大学建筑、医用设施、博览会厅堂和动物园。2000年落成的英国康沃尔“伊甸园”项目（Eden Project）是一个巨型

环境合成建筑，其包括了两个巨大的由ETFE覆盖的温室。该项目由格雷母肖建筑师事务所（Grimshaw Architects）设计，其建设被广泛地认为是一个工程奇迹，并制造了一波全球影响。

在北京奥运会场馆大显身手

由于ETFE材料在北京奥运会场馆建设的中的显赫地位，设计者希望ETFE能成为当今建材之主流。毫无疑问，没有什么比北京绿色奥运村更能展示这种材料将建筑设想变成现实的能力，该项目坐落于北京城以北的中轴线上，那里分布着迅速崛起的国家体育场和中国国家游泳中心，两个项目相隔不到500米。

这两个项目的结构看起来很相似。赫尔佐格和梅隆事务所（Herzog and de Meuron）设计的体育场是一个用钢结构编织成的坚固而复杂的鸟巢。中国国家游泳中心的俗称叫“水立方”（Watercube），这是一个精致而细节优美的闪光盒子，外面被泡沫结构所覆盖。今年晚些时候完工后，这两者都将是ETFE材创新性使用最好的例子。为了遮风挡雨，体育场将在“鸟巢”的末梢之间安装红色的ETFE棚子。占地750,000平方英尺的“水立方”是有史以来最大的ETFE项目，其外立面和顶面都将覆盖上兰色的ETFE泡沫结构。

“水立方”项目在尺寸和开支上（1亿美元）都是豪气冲天的，这是自悉尼歌剧院建成以来最让人惊叹的项目。澳大利亚PTW建筑师事务所的设计师事实上已经用到了这种材料。他们对它是那样地有信心。公司的管理主任约翰•比尔蒙（John Bilmon）称，我们选择ETFE而不是选择玻璃和玻璃纤维是因为其满足项目的工程要求。一些设计中的泡沫结构的跨度超过30英尺，并且未使用任何内部框架结构，如果用其他材料是不能实现这一切的。

ETFE系统除了比同样的传统系统成本低，还为这个中心的水池提供高质量度过滤系统和水处理系统。比尔蒙说，更传统的覆层不仅成本更高，在外观和功能上不能令人满意。

优良的建材性能

这种材料的吸引力是多方面的，并且，那些使用它的人赞扬它的独特性能。首先，它非常轻——大约为同样体积玻璃重量的百分之一，但强度很大，能拉长到它的长度的3倍而不失去弹性。（说到这方面，一种锐利的工具，例如一把刀，能刺破它。这是它大多数情况下用于物屋顶的原因。

如果ETFE覆层破损，可以用别的ETFE片来补缀。当遇到火时，ETFE材料变得柔软，并且受热收缩，自然地将烟雾排出建筑物。并且，它的自身的不粘结的无孔的表面，非常光滑，污垢、雪和雨水都不会存积。

它的较轻的重量，减少了相应的结构成本。维克多福伊特克公司的北美分部总经理爱德华•佩克估计，较小的屋顶工程，如果使用ETFE材料，可以便宜10%。至于较大的、较复杂的屋顶工程，可以节约建筑成本60%。

ETFE材料可以做成不同特点的成品（不同的透明度、光滑度和颜色），并且可以在内部使用发光二极管灯照明，或使用灯光装饰，像一个巨大的电影屏幕。它的表面还能印刷图案——有些图案不可能用玻璃印刷。它也能做成各式各样的形状。

ETFE材料可以通过加热“焊接”在一起。这种“缝纫”方法，使ETFE能够比玻璃安装得更长和更宽。一块巨大的玻璃板的可以达到长10英尺、宽5英尺。然而，ETFE材料采用结构支持，可以做到长180英尺、宽12英尺。

ETFE材料在环保方面也很有优势。特别适合目前提倡的绿色建筑。这种材料是可以重复使用的（熔化后就可以再使用），并且它的重量轻，不需要消耗更多的能源来运输。“水立方”的设计方案是让阳光的热量通过它的墙壁和屋顶，这些能源可以用来加热建筑物的水系统。如果建筑太热，又可以通过墙壁和屋顶的通风口排出热量。

从审美水平来看，ETFE材料强化了建筑物的主题。它们的柔软的外形，给人以泡沫一样的感觉。并且它们的有蓝色层和透明层的三层结构，使表面给人一种深沉和变幻的感觉。一旦在2008年奥运会开始，主办方将把建筑物的墙面变成一个巨大的电视屏幕，向场外的观众展示场内各项比赛进行的情况。

正视ETFE的缺点

对于它的各式各样的配套装置来说，ETFE并不是一种完美无缺的材料。ETFE材料的典型用法是，将它们两层或三层“焊接”在一起，平放着运送到工地。然后使它们膨胀成面板或“垫子”。这些“部件”需要“半连续”（semi-continuous）的空气压力，以保持它们稳定和提供给它们加热的装置，最多的是插入它们边缘的细软管。

这些空气供应线与一个计算机系统连接，对“垫子”内部的压力进行监控。这个系数还能“喂入”空气，或从里面排出空气，使其进入更多的光线，或使其更阴暗。这意味ETFE“垫子”成了建筑物的一件有活力的“充气夹克”。在某些装置中，这些控制程序是利用光传感器进行的。当然，许多工程不要求这样复杂。

维克多福伊特克公司的北美分部总经理爱德华•佩克说：“你必须就具体项目进行评估，弄清使用ETFE的目的。是为了建筑物的形象，为了透明度，为了结构，或是为了节能？”对于小规模的项目或住宅工程，他建议不要使用ETFE材料。