مرکز شنا و بازیهای آبی؛ مکعب آب
Chinese National Aquatics center (Water Cube)
مکعب آب نام پروژه “مرکز شنا و بازیهای آبی” در بازیهای المپیک تابستانی ۲۰۰۸پکن است. ساخت این پرژه در سال ۲۰۰۳ با تحویل زمین آغاز و در ۲۸ ژانویه ۲۰۰۸ به پایان رسید، و برای استفاده تحویل داده شد.
در ژوییه ۲۰۰۳، طرح مکعب آب از بین ۱۰ طرح بین المللی که در رقابت معماری طراحی استخر شرکت کرده بودند، انتخاب شد.
طراحی و اجرای پروژه مکعب آب را کنسرسیومی متشکل از گروه معماران PTW از استرالیا، شرکت آروپ، انجمن مهندسی ساختمان جمهوری خلق چین (CSCEC)، و انستیتو طراحی شنزن(Shenzhen) وابسته به آن (CSCEC+DESIGN) انجام دادند.
به نظر طراحان مکعب آب، این پروژه یکی از هنرمندانه ترین و مهیج ترین طراحی های ورزشگاهی محسوب می شود.
طراحی مکعب آب حاصل تلاش یک کار گروهی است؛ معماران چینی به دلیل تناسبات نمادین فرهنگ چینی و نیز همخوانی با ورزشگاه آشیانه پرنده، علاقمند به ایجاد فرمی مکعب شکل بودند، در حالی که طراحان شرکت استرالیایی، ایده مکعبی با پوشش حبابی که نماد و سمبل آب باشد، را ارایه کردند.
به نظر می رسد که در معماری چین، مکعب نماد زمین و دایره (فرمی شبیه ورزشگاه)، نماد آسمان باشد. در نتیجه فرم مکعب، که به معماری نمادین چین باز میگردد، تصویب و اجرا شد.
ایجاد بنایی که یکپارچگی و عدم تفکیک اجزای مختلف بنا اعم از سقف و، دیوارها و … در آن اعمال شود، یکی از اهداف طراحان معمار شرکت آروپ بود. علاوه بر این موضوع، برآوردن انتظارات زیست محیطی و انرژی کارفرمایان پروژه بود که با استفاده از پوششی شفاف و دولایه و بهره گیری از عملکرد گلخانه ای، این امر ممکن شد.
سازه مکعب
پروژه به شکل یک مکعب ساده و شفاف و سازه آن بسیار شبیه به اجتماع مولکولهای آب(H2O) و در حقیقت آرایش پیچیده ای از اجزای حباب مانند است که به صورت یک مکعب بزرگ و حجیم، کریستالیزه شده اند. سازه اصلی، یک قاب فضایی فولادی است که با بیش از ۱۰۰۰۰۰متر مربع از بالشتک های حبابی با پوششی از جنسETFE ،پوشیده شده است، و بزرگترین پوشش از این جنس در جهان محسوب می شود.
سازه به کار رفته در مکعب آب شامل دوجزء سازه داخلی و بدنه است. که در نهایت بدنه توسط پوشش حبابی ساختمان پوشیده می شود.
دیوار پیرامونی برمبنای ساختار Weaire-Phelan شکل گرفته است. این ساختار، ساختاری ابداعی با استفاده از الگوی طبیعی حباب کف صابون است. در ساختار واقعی Weaire-Phelan، (برمبنای قوانین تعادل)، هر سلول زاویه ۱۰۹٫۵ درجه در هر راس دارد. اما در این پروژه، مهندسین سازه به منظور دسترسی به مقاومت بهتر در راستای هر محور، ناگزیر به برهم زدن این زاویه شدند. با تغییر زوایا و اندازه حباب ها در این الگوی پیچیده که همانگونه که عنوان شد برمبنای حباب های کف صابون ابداع شده بود، توانستند به مقاومت و ایستایی مورد نظر دست یابند. طراحان آروپ ومهندسان سازه بر این باور بودند که استفاده از ایده الگوی طبیعی حباب صابون بسیار تکرار پذیر و قابل ساخت است. درواقع ایده استفاده از الگوی حباب های طبیعی، بسیار قبل تر و توسط دانشمندی به نام کلوین مطرح و ارایه شده بود.
با استفاده از هندسه Weaire-Phelan، روکش فلزی بیرونی مکعب آبی، از ۴۰۰۰ حباب ETFE، تشکیل شده است که برخی ازآنها دارای عرض بزرگتر از ۹٫۱۴ متر هستند. در نهایت سقف مجموعه با هفت اندازه متفاوت از این حباب ها و دیوارهای آن با ۱۵ اندازه متفاوت، پوشیده شده است. این پوشش تنها ۱% وزن شیشه را دارا می باشد از اینرو مکعب آب دارای سازه ای بسیار سبک است که این خود علاوه بر صرفه اقتصادی باعث اطمینان بخشی قابل توجه در محاسبات لرزه ای سازه می شود.
در تحلیل سازه ای، بارهای ناشی از وزن سازه، بار زلزله، بار باد و بار برف لحاظ شده است که در محاسبات بار زلزله، از مشخصات ژئوتکنیک سایت پروژه استفاده شده است. در واقع می توان گفت که طراحی لرزه ای سازه، یکی از مهمترین مراحل کل روند طراحی بوده است.
ابعاد پروژه
این مجموعه در زمینی به مساحت ۶۵هزار متر مربع، با زیربنای ۳۲ هزار متر مربع واقع شده است. مکعب آب حقیقتا یک مکعب و به ابعاد ۱۷۷*۱۷۷ متر و ۳۱ متر ارتفاع می باشد. ضخامت دیواره های پیرامون آن در حدود۶/۳ متر و ضخامت سقف آن ۲/۷ متر می باشد.
مکعب آبی در طول بازیهای المپیک دارای ظرفیت ۱۷۰۰۰ نفر بود، یعنی شامل شش هزار صندلی ثابت و ۱۱هزار صندلی متحرک برای مواقع مورد نیاز، اما اکنون این میزان به ۷۰۰۰ نفر کاهش پیداکرده است.
مجموعه دارای ۵ استخر برگزاری مسابقه می باشد که بخش اصلی آن، استخر اصلی است به طول ۵۰متر، عرض ۲۵ متر، عمق ۳متر، و شامل ۱۰ خط شنا می باشد.
تخمین زده می‌شود که ۱۵۰ تا ۲۰۰ ملیون دلار هزینه، صرف ساختن مکعب آبی شده باشد. طراحی خوب آن استفاده از این ورزشگاه را تا ۴۰-۳۰ سال آینده هم ممکن خواهد کرد.
ویژگی های منحصر به فرد مکعب آب
بسیاری از مردم معتقد بودند که مکعب آب، سریعترین استخر المپیک در جهان است. چرا که این استخر ۱٫۳۱۴ متر از اغلب استخرهای المپیک عمیق تر است. (البته مرکز ورزشهای آبی لندن که در سال ۲۰۱۲ ساخته شده است، نیز به همین عمق است.). چرا که تا یک حد مشخصی از عمق،که بالاتراز آن، شناگران احساس بینایی خود را در زیرآب از دست می دهند، استخر عمیق تر اجازه پاشیدن امواج به پایین را می دهد، و این خود باعث می شود که اختلال کمتری در حین شنا برای شناگر به وجود آید و در نتیجه سرعت شناگر بیشتر شود. از همین رو و به علت عمق بیشتر استخر مکعب آب، بسیاری از مردم بر آین باورند که این استخر، سریعترین استخر در جهان است. این استخر همچنین دارای دو آبرو در دو طرف است که باعث جذب امواج می شود.
در مجموع می توان گفت که پوشش به کاررفته در سطح خارجی مکعب و چگونگی عملکرد آن، مساله آتش سوزی و چگونگی مقابله با آن، استفاده از انرژی خورشیدی، و نیز بازیافت آب مصرفی در استخر با توجه به کمبود بارش و آب در شهر پکن از جمله ویژگی های منحصر به فرد و خلاقانه این پروژه می باشد.
طراحی مکعب آب در چهار محور اصلی یعنی اقتصادی بودن، مسائل اجتماعی، محیطی و منابع طبیعی قدم برداشته است. این مرکز آبی، آنقدر محبوبیت دارد که درحال حاضر یک نمونه یک به یک از آن در ماکائو ساخته شده است.
بازدهی بالای سازه
پوشش اتیل تتروفلورواتیلین (ETFE)،که برای پوشش سطح انتخاب شد، تنها وزنی برابر ۱% وزن شیشه دارد و عایق گرمایی و حرارتی بهتری است. چیزی در حدود ۲۰% انرژی خورشیدی در تله حرارتی این پوشش قرار می گیرید و برای گرمایش مورد استفاده واقع می شود.
روکش فلزی ETFE اجازه می دهد تا نور و گرمای بیشتری به درون بنا نفوذ کند. امکان استفاده از نور روشنایی روز این امکان را فراهم می آورد که بیشتر از ۵۵% انرژی روشنایی مورد نیاز برای سالن ماساژ استخر تامین شود و این خود باعث کاهش ۳۰ درصدی هزینه های انرژی می شود.
مکعب از آب بارانی که روی سقفش می‌بارد بعد از تصفیه، برای تأمین آب ورزشگاه استفاده می‌کند.
این ورزشگاه طوری طراحی شده که در مصرف انرژی کارا باشد، پوسته حبابی، انرژی نور خورشید را جذب می‌کند و هوا و آب استادیوم را گرم می‌کند. هر حباب، فیلتری دارد که میزان پراکنده شدن گرما را تنظیم می‌کند. بنابراین این ورزشگاه سازه‌ای «سبز» و سازگار با محیط زیست محسوب می‌شود.
هوای داخلی مکعب، به دلیل وجود رطوبت فراوان، محیطی خورنده به شمار می آید که این امر می تواند در حالت عادی به هر سازه ای لطمه بزند. برای حل این مشکل، سازندگان مکعب آب، علاوه بر قراردادن سازه اصلی مکعب درون دو لایه پوششی و خشک، تمام اجزای سازه را با استفاده از نوعی پرایمر حاوی فلز روی، اندود کرده اند.
مکعب آب بعد از بازیهای المپیک
استادیوم های مسابقات ورزشی به خصوص المپیک، معمولا بعد از اتمام بازی ها به حال خود رها می شوند. دلیل این امر هم هزینه های بالای نگهداری چنین ساختمان های عظیمی است، که چندان صرفه اقتصادی برای ادامه فعالیت ندارند. اما دولت چین استادیوم زیبای ورزشهای آبی المپیک ۲۰۰۸ با نام مکعب آب را تبدیل پارک بازی های آبی کرده است. طراحی رستورانی در خارج از حجم حبابی شکل باعث شده تا این مکعب آب بعد از مسابقات المپیک پکن نیز به عنوان یکی از مناطق تفریحی شهر پکن مورد استفاده قرار گیرد. در بازیهای المپیک و در این ورزشگاه ۲۵ رکود جهانی شکسته شد. بعد از بازیهای المپیک مجموعه به پارک آبی تبدیل شد و از سال ۲۰۱۰ به طور رسمی و به عنوان پارک آبی افتتاح گردید. این پارک با بیش از ۱۲ هزار مترمربع مساحت، هم اکنون بزرگترین پارک آبی آسیا است، که بخش های متنوعی همانند استخر موج، رودخانه وحشی، تورنادو و بیش از ۱۳ محوطه آب بازی جداگانه دارد.
جوایز کسب شده برای طراحی و اجرای پروژه مکعب آب :
کسب جایزه ویژه برای بیشترین کارهای انجام شده در بخش طراحی کاربردی و هنرمندانه، که به شرکت استرالیایی معماری PTW ،و به نیز به شرکت طراحی و اجرای CSCEC، و شرکت آروپ، برای طراحی و ساخت مرکز ملی شنای بازیهای های المپیک ۲۰۰۸پکن چین اهدا شد. این پروژه نشان داد که چگونه همکاری آگاهانه و خردمندانه علوم زیستی مولکولی، معماری و پدیدار شناسی، می تواند فضایی خیره کننده ، و سرشار از آرامش را برای انجام فعالیت های ورزشی آبی ایجاد کند. ( نقل قولی از گزارش هیئت داوران نهمین نمایشگاه بین المللی معماری؛ METAMORPH؛ دوسالانه ونیز؛
- ۲۰۰۴: دوسالانه ونیز، (Venice Biennale )جایزه برترین کار انجام شده در بخش طراحی کاربردی هنرمندانه؛
- ۲۰۰۶: علم محبوب و مردمی، ( Popular Science) بهترین کاری که در زمینه مهندسی در سال ۲۰۰۶ انجام شده است؛
- ۲۰۰۸ : NSW، پروژه سال، انستیتو مدیریت پروژه استرالیا؛
- ۲۰۰۹: چهلمین جایزه سالانه MacRobert، بزرگترین جایزه بریتانیا برای نوآوری در مهندسی؛
- ۲۰۱۰: انجمن بین المللی مهندسی پل و سازه(: International Association for Bridge and Structural Engineering )، جایزه ساختار برجسته ۲۰۱۰٫
