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    ETFE膜材在建筑設計及技術(shù)領(lǐng)域所產(chǎn)生的深遠影響，是任何一種新型材料難以匹敵的。在過(guò)去的一個(gè)世紀里，天才的設計師在建筑材料和建造技術(shù)領(lǐng)域曾進(jìn)行過(guò)大量的探索。雖然那些材料技術(shù)極富創(chuàng )新性，但由于并不實(shí)用，往往只是曇花一現。例如20世紀50年代發(fā)展起來(lái)并在60年代風(fēng)靡一時(shí)的混凝土殼體結構，在建筑經(jīng)濟學(xué)和設計美學(xué)對于混凝土材料技術(shù)的要求不斷提高的前提下，最終被結構領(lǐng)域淘汰；繁榮于20世紀80年代的張拉膜結構，自90年代開(kāi)始同樣走向衰落；最具代表性的是在建筑領(lǐng)域中廣泛采用的玻璃，1955年前后，浮法玻璃開(kāi)始進(jìn)入工程領(lǐng)域，它使單平板片玻璃的尺寸大大增加，而且，更加堅硬與透明，盡管如此，由于存在自重大、易碎和密封性能差等問(wèn)題，致使多層玻璃頂棚的建造不僅造價(jià)高昂，而且具有一定危險性。ETFE的出現為那些苦苦尋求輕質(zhì)、強韌、耐久以及密閉性良好材料的設計師們提供了新的選擇。他們有理由相信，這種新型材料在建筑領(lǐng)域必將大放異彩。

     我首次接觸ETFE膜材是1980年，當時(shí)布羅·哈珀德（Buro Happold)正致力于研究在北極建造一座覆蓋在罩體下的城市，命名為“北緯58°”（58 Degrees).基地位于北阿爾伯塔省距 Fort MacMurray160km的亞伯達河旁。作為辛克魯德公司（Syncrude)采集焦油砂的廠(chǎng)區，該地環(huán)境異常惡劣，冬季寒冷刺骨，夏天則充斥著(zhù)成群咬人的黑蠅。城市罩體的研究工作由加拿大建筑師阿恩·富勒頓（Arne Fullerton)主持，吸引了來(lái)自加拿大和歐洲眾多相關(guān)學(xué)者的關(guān)注，其中就包括弗雷·奧托（Frei Otto)、特德·哈珀德（Ted Happold)領(lǐng)導的巴斯大學(xué)建筑工程系研究小組、倫敦城市大學(xué)的麥克·巴恩斯（MikeBarnes)等人。此外，巴斯大學(xué)的園藝學(xué)家彼得·索迪（Peter Thoday)和人類(lèi)學(xué)家Ed Van Dyke分別就植物生長(cháng)條件以及光線(xiàn)刺激對于人類(lèi)行為的影響兩方面提出了各自的建議。

     起初，研究小組試圖采用充氣式膜結構。雖然仍存在許多制約因素，但對于聚四氟乙烯（PTFE)玻璃纖維仍寄予了極大的期望，可當研究小組參觀(guān)完幾個(gè)采用充氣式頂棚的體育場(chǎng)館后，他們最終認為玻璃纖維膜并不理想，因為該材料透光率僅為10%,而且膜面污染后會(huì )令光色偏黃?？疾焓刮覀兏訄远ǖ卣J識到，覆蓋在北極城市上空的膜材應當保證冬季有充足的可見(jiàn)光透射進(jìn)來(lái)，并滿(mǎn)足植物生長(cháng)所需。除此之外，罩體還應至少是雙層的，以避免寒冷氣候條件下膜面內側結霜。顯而易見(jiàn)，作為可選材料無(wú)論是玻璃還是硬質(zhì)透明塑料都不能滿(mǎn)足要求，都存在不可回避的缺陷。一位來(lái)自瑞士杜邦公司（DuPont)的代表曾建議采用一種名為泰德拉（Tedlar)的聚氟乙烯薄膜。但因其耐火性差，最終未被采納。特氟龍（Teflon)-FEP和被杜邦公司稱(chēng)作特氟澤爾（Tefzel)的乙烯－四氟乙烯聚合物（ETFE)材料最終成為當時(shí)可供選擇的兩種材料。FEP曾應用于阿納姆動(dòng)物園，但時(shí)間不長(cháng)便因撕扯而遭到破壞。此后經(jīng)杜邦公司代表介紹，研究小組才意識到ETFE優(yōu)越的彈性及韌性似乎更能滿(mǎn)足工程使用需求。于是針對該材料的張拉性能實(shí)驗在城市大學(xué)迅速展開(kāi)。試驗發(fā)現，ETFE的荷載－形變曲線(xiàn)非常神奇，材料的彈性范圍很小，但在材料失效前其形變卻可達到先前的四倍。除非遭到利器的破壞，通常情況下材料能承受極高的壓力而不屈服。研究小組最終決定采用乙烯－四氟乙烯聚合物（ETFE)來(lái)覆蓋150000㎡的場(chǎng)地。罩體采用索網(wǎng)結構支撐，其上附著(zhù)1.8m 寬的氣枕形成的膜面，氣枕沿寬度方向的邊緣通過(guò)三元乙丙橡膠（EPDM)圈與不銹鋼截面連接。該方案得到了阿爾伯達省公共工程與住房部部長(cháng)湯姆·錢(qián)伯斯的大力支持。然而時(shí)隔不久，由于石油價(jià)格的下跌以及焦油砂采集被禁止，該研究項目進(jìn)入停滯狀態(tài)，當10年后重新啟動(dòng)焦油砂采集時(shí)，機器人技術(shù)的普及導致前往該地區工作的人員數量大為減少，因此北緯58°項目最終沒(méi)有實(shí)施。

    1987年，布羅·哈珀德受邀作為倫敦切爾西和威斯敏斯特醫院中庭及內部廊道加蓋頂棚項目的顧問(wèn)－－那是我第二次有幸參與采用ETFE膜材的實(shí)際項目。最初，建筑師打算采用玻璃纖維頂棚，但我們建議采用鋁合金框架結構支撐乙烯－四氟乙烯聚合物（ETFE)氣枕頂棚的方案，以提高室內的透光量及保溫性能。該中庭通過(guò)空氣對流引入自然通風(fēng)，從而成為半室外化的公共活動(dòng)空間。醫院部分房間向中庭開(kāi)窗，以解決通風(fēng)和采光。此前，乙烯－四氟乙烯聚合物（ETFE)薄膜已經(jīng)應用于多個(gè)游泳池頂棚的建造中。福伊特克公司（Vector Foiltec)特意為該項目開(kāi)發(fā)了可以支撐三層膜氣枕的鋁合金框架。該頂棚結構中，包含了排水管道以及為氣枕充氣的管道，頂棚鋁合金拱架跨度達18m.在城市建筑中，由于對新材料的認知不足，ETFE氣枕式膜結構建筑時(shí)常被拿來(lái)與那些采用鋼或玻璃結合的傳統鋼結構進(jìn)行比較。一份針對建筑全生命周期工程投資的調查表明，ETFE氣枕式膜結構相對低廉的維護成本較傳統結構存有巨大優(yōu)勢。我們曾經(jīng)參與設計的ETFE氣枕式膜結構頂棚，至今仍正常發(fā)揮著(zhù)作用。更為重要的是，該項目為我們鋪平了在城市建筑中采用ETFE膜材的道路。作為項目設計師，本·莫里斯甚至轉而投向鋁合金支撐框架的構造研究，并最終加入并參與了福伊特克公司的發(fā)展。第三個(gè)我想介紹的工程項目是由一家新興公司委托的漢普郡網(wǎng)球俱樂(lè )部，他們希望設計方案能為俱樂(lè )部帶來(lái)嶄新的面貌。設計小組提議采用輕質(zhì)、透明的ETFE膜材覆蓋整個(gè)網(wǎng)球中心，從而營(yíng)造一種類(lèi)似于戶(hù)外環(huán)境的效果，同時(shí)又可避免真正室外環(huán)境中存在的眩光、風(fēng)雨等侵擾。通過(guò)與本·莫里斯的討論，我們最終決定采用張拉索支撐ETFE氣枕的方式形成罩頂。然而，當方案和資金投入均經(jīng)過(guò)客戶(hù)的認可，準備進(jìn)行詳細策劃時(shí)，合同談判卻令該項目的啟動(dòng)日期一再延遲，最終僅剩下很短時(shí)間對建筑方案進(jìn)行詳細推敲，項目最終于1995年竣工。事實(shí)證明，該工程仍然是非常成功的。

     俱樂(lè )部氣枕膜結構罩棚采用50%透光率的白色膜材。陽(yáng)光直射在雙層膜面上，太陽(yáng)影像被減弱成一個(gè)小紅斑。眩光的消除將俱樂(lè )部打造成為理想的網(wǎng)球場(chǎng)。夏天，所有的室內場(chǎng)地均被訂購一空，而那些免費的室外場(chǎng)卻無(wú)人問(wèn)津。網(wǎng)球俱樂(lè )部的成功讓我意識到，ETFE氣枕系統與索網(wǎng)結構的結合對于大跨空間的實(shí)現將起到至關(guān)重要的作用。令人遺憾的是，在技術(shù)和工期都允許的情況下，英國的千年穹頂卻沒(méi)有采用ETFE氣枕式膜結構。

    從上述早期案例中不難看出，ETFE氣枕式膜結構在強度與耐久性上的表現沒(méi)有辜負人們的期望。即使存在風(fēng)荷載的作用，局部的破壞也不會(huì )產(chǎn)生連鎖反應，專(zhuān)用膠帶可進(jìn)行及時(shí)修復。不過(guò)在氣枕上行走卻是被嚴令禁止的。漢普郡網(wǎng)球俱樂(lè )部的頂棚就因穿著(zhù)笨重工靴的維修工人的踩踏而留下了明顯凹痕。

    對于設計師來(lái)說(shuō)，能夠找到一種適合的材料滿(mǎn)足覆蓋更大面積的場(chǎng)地的需求，是一件值得欣慰的事，我們甚至夢(mèng)想借此可以實(shí)現籠罩整個(gè)城市。然而，ETFE氣枕式膜結構是否會(huì )被新技術(shù)所代替，新舊技術(shù)更替的故事是否會(huì )再一次上演？至少目前這種擔心是多余的。因為全世界各地正在涌現出越來(lái)越多的ETFE氣枕式膜結構項目，對于ETFE膜材產(chǎn)量的需求也在逐年增加。成本優(yōu)勢及環(huán)境效益無(wú)疑是最大的驅動(dòng)力。當然，技術(shù)更迭的風(fēng)險始終還是存在的，系統故障導致的高昂修補費用也不可避免。然而使該技術(shù)表現不盡如人意的，恰恰是那些項目管理者。同氣承式膜結構相比，他們那些所謂的節約造價(jià)的要求，往往是由于降低了技術(shù)成本，為最終失敗埋下了種子。雖然ETFE氣枕式膜結構技術(shù)看似簡(jiǎn)單，但只有通過(guò)認真的工程監管及完備的細節處理才能最大限度避免問(wèn)題的產(chǎn)生。因而工程師和承建商都應慎重選擇。福伊特克公司作為這一方面的先驅者，致力于ETFE膜材特性的研究，通過(guò)他們不斷的創(chuàng )新，這項技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。