工大体育馆将在北京奥运会期间举办羽毛球和艺术体操比赛。黎晗摄
工大实验室不但承担了羽毛球馆穹顶的检测任务，北大体育馆和国家体育馆的检测也在这里完成。工大供图
站在北京工业大学主办公楼楼顶俯瞰工大体育馆，主场馆还覆盖着渔网般纵横交错的钢管，旁边的热身馆已经开始外层钢结构铺装。走进施工中的主场馆，踩在未来的北京奥运会羽毛球比赛场地上，仰望直径93米跨度的穹顶，脚手架中，动静之间，天圆地方。
2005年6月开工至今，这个位于北京工业大学东南角的北京奥运会比赛场馆不声不响地完成了世界上最大的穹顶钢结构建设——
去过北京天文馆的人，都会被大堂中间斗转星移的设计所震撼。
走进工大体育馆，穹顶似天，笼盖四野，无意中，让人觉得安宁。
在这种氛围中，记者看到了这样一组数据:内层直径93米、外层直径98米的穹顶，再加上两侧悬挑出来的两翼，其用钢量不到1200吨，相当于每平方米100公斤。
这不由得让人提出疑问:羽球馆的弦支穹顶结构到底结实不结实？
其实，无论在国内外，弦支穹顶结构的理论都已得到过验证，并收到了相当理想的效果。国际空间结构协会主席、日本的川口卫教授有个得意之作，就是他设计过一个弦支穹顶结构的场馆。后来，天津开发区的一个体育馆也尝试了这种造型。而工大体育馆，要挑战的是需要5道环索、直径为93米的庞然大物。这么大的穹顶结构，靠什么来支撑？
巧用预应力四两拨千斤
随着民众将关注的目光转移到羽球馆，“预应力”一词越来越多地进入人们的视野。北工大副校长张爱林说，“预应力”就是在构件中提前加力来应对钢结构本身所受到的荷载，包括屋面自身重量的荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载作用等。而弦支穹顶结构，主要采用的就是预应力体系，这种特殊的结构使得屋面竖向荷载转为拉力。
这样说可能还是比较难理解。如果您手边有一张弓，将它垂直放在桌子上，弓弦贴紧桌面。然后在水平面上转180度。弓背所形成的形状就是羽球馆的穹顶。由于弓弦拉起了弓背的两端，给它一个向上的力来和自身重力相抵消，这个向上的力，就是预应力。1200吨的穹顶，就是依靠这四两拨千斤的预应力支撑起来的。
早在2002年，工大就做过类似的预应力体系实验。当年，工大正忙于两个申请，一个是申请在校内兴建一座奥运会比赛场馆，一个是学科带头人张爱林正在申请预应力钢结构体系的国家基金项目。工大体育馆预应力钢结构体系优化设计，是北京市科委奥运专项资助项目。最终工大的两个愿望都得以实现。招标时，华南理工大学建筑设计院的设计牢牢抓住了评委的眼球，也正对了工大的“胃口”。二话不说，预应力体系融入弦支穹顶结构，工大体育馆定将以“轻”取胜。
现在仍在工大读书的博士研究生刘学春仍旧很清楚地记得去年春夏间的那个实验。2006年4月中旬，一个比例为1比10的穹顶模型在实验室里开建，一个模型就搭了一个半月。随后，刘学春跟着张爱林教授、再加上六七名同学钻进了实验室，开始了繁复的动力静力实验，验证理论计算，进行安全性测试。
实验开始前，刘学春和同学们先要将重要节点和构件接上“传感器”，再连接到试验现场的两台计算机上。别看只有5道环索，因为中间有索和钢管相连，牵一发而动全身，每一步微小的调整都需要慎之又慎。之后分三次加重，动力静力实验还要穿插进行。一轮测试下来，至少要一个星期。
在测试期间，刘学春紧盯着这个未来的“工大体育馆穹顶”，比较数据之间微小的差值，全天都泡在实验场。刘学春回忆，当时每天早上8点就进场开始实验，经常晚上12点才出来，两个月下来，盒饭吃了1000多块钱的。
模型实验不仅证明了体育馆的安全性和稳定性。而且表明，取“轻”也能达到更好的效果。
细处具匠心巧思出精工
羽球馆虽然没有国家体育场那么恢弘，也没有水立方那么秀丽，但它处处能体现出工大人的独具匠心。
在穹顶结构中，连接5道环索的是编织成渔网般的钢管。而在这编织结构中，有102个万向可调节节点。所谓万向可调节节点，就是将环索和“渔网”交叉点的“死扣”改成“活扣”。
而“活扣”的作法，就是将固定节点分成两半，顶部固定的部分开凹槽，而底部的一部分则做成半球状，类似于台球球杆顶端和壳粉。两个一套，受力性能更好，对建筑来讲更安全。这个一分为二的“活扣”，还在去年申请了专利。
也许您看不到这个万向可调节节点，但如果现在路过工大南门，您还能看到主场馆上头覆盖的钢管“渔网”。在以前的穹顶结构建筑中，连接环索的都是单根径向索。而工大考虑到环索的强度本身要比钢管高4到5倍，为了让穹顶更安全、材料更匹配，每个连接处都接了两根拉杆，构成更加稳定的V形结构。建筑学家对工大体育馆“不是以柔克刚，而是刚柔并济”的说法，就是由此而来。
伴随着羽毛球馆一起成长的，还有一本名为《预应力钢结构技术规程》的小册子。从2004年到2006年，这本技术规程历时三载、六易其稿，终于在去年年底出版。
在此之前，国内并没有一本用来规范预应力钢结构的技术规程，深圳会展中心建设时，也采用了预应力结构，但只能用一般的钢结构规程，没有足够的技术规范。
张爱林一直有编纂这本规程的想法。借着建设工大体育馆这个难得的机会，他和另外一名工大教授陆赐麟开始编写，并将规程初稿寄给了全国40多位专家，没想到的是，他们收到了众口一词的评价，专家用“正当其时”来形容技术规程所填补的空白和带来的巨大推动作用。
在2005年10月，钢结构专家聚集中国钢结构协会专家委员会学术年会，请张爱林就工大体育馆做了专题报告。他就在会上推出了这本技术规程的初稿和万向可调节节点的想法，会后，多位老专家激动地拍着张爱林的肩膀:“你们工大给中国钢结构发展做了两件像样的事，真是不易啊。”
说是申请专利，说是填补空白，其实这一切，只出于工大人的巧思。
空调送微风清凉细无声
华南理工大学在空调设计上非常在行，但工大的送风系统可让他们犯了难。主管工大项目的副院长孙一民接到国际羽毛球联合会的要求时，真是挠了头:8月盛夏，一个7000多人的体育馆里，恒温26摄氏度，而送风量不能超过每秒0.2米，这不是难为人嘛。
空调系统肯定改不了，要改只能改出风口。华南理工大学提出了“化整为零”的送风方法。将空调出风口设置在每名观众靠背的下方，每两座有3个出风口，全场观众席共设置了9100个出风口。观众入场前，先大风量降温，再用小风维持26摄氏度的温度。
工大和华南理工两处一碰头，这主意真是不错。但他们也得出了一致的意见:难的不是降温，而是如何保持温度。这7000多人，出来进去的，室内室外空气流通，肯定会影响风速。这个问题，怎么解决？
工大人的巧劲儿再一次体现。等测试赛时，如果您去工大看比赛，一定要注意羽毛球比赛场馆的双层门。为了隔开室内室外的空气，工大设置了间隔一米多宽的错位双重门，连穿堂风都不让进。室内温度，自然也就有了更严密的保障。
去年，工大体育馆工地迎来了李永波夫妇。说起来他家和工大体育馆也有缘，李永波是国家羽毛球队总教练，夫人谢颖是国家体育总局体操运动管理中心艺术体操部部长。张爱林笑言，一开始真是觉得李家两口子“苛求”，无论是羽毛球球速、还是带操绳操器械的曲线造型，对场地风速的要求都到了非常苛刻的程度。和李永波接触多了，张爱林才听他吐了口:嗨，要求归要求，真正能达标的场馆实在太少了。
尽管羽毛球在国内很普及，但在奥运会28个大项比赛里，它顶多算是个小兄弟。所以此前奥运会，羽毛球馆通常是作为临建场馆出现的，几乎没人考虑过羽毛球比赛温度和风速的问题。悉尼奥运会的羽毛球比赛场地就是在会展中心里辟了一块地方，雅典就用一个大棉布帘子隔开室内外。而北京奥运会，要满足众多羽毛球迷的胃口，需要一个足够好的场馆。在这种动力下，北京工业大学体育馆将成为最符合国际单项体育组织要求的比赛场馆之一。
在羽毛球名将张宁心里，到现在为止，她最喜欢参加的比赛是3月在伯明翰举办的世界羽毛球锦标赛。伯明翰好就好在是3月比，温度适宜而且不用开空调。而参观过建设中的工大体育馆之后，她听到了工大人这样的承诺:2008年，我们会给你一个更好的“伯明翰”。
《变形金刚2》送票！
