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將要舉辦2008年北京奧運會游泳和跳水比賽的場館應該一切都與水有關。然而，要用磚塊灰漿來實現這樣一個概念實屬不易，而且，更具挑戰性的是，設計者想要的不僅僅是建造出一個場館，他們更希望能夠抓住“水”的精神。中建國際(深圳)設計顧問有限公司的設計師王敏(音)說：“我們希望這座建筑能實現非物質化，能展現出不同的面貌，能根據周圍環境的變化而作出反應。”
盡管要實現這種抽象的目標非常困難，但由澳大利亞PTW公司、澳大利亞ARUP公司和中建國際設計顧問有限公司組成的聯合設計團隊卻最終做到了。他們在設計這個耗資1億美元的“水立方”時選擇了鋼材以及世界先進的ETFE(四氟乙烯)膜材料。這種材料非常堅韌，能夠抵御紫外線和空氣污染的侵蝕，它被用來制作覆蓋在建筑表面的透明氣枕。
為了使建筑和其外觀體現出水的感覺，設計者借鑒了愛爾蘭物理學家丹尼斯?韋爾和羅伯特?費倫有關泡沫結構的理論，充分利用了肥皂泡的形狀。韋爾和費倫的“泡沫”結構由有14個或12個面的多面體組成。ARUP公司工程組負責人特里斯特拉姆?卡弗雷說，除了這種泡沫結構非常規則，這樣的蜂巢結構恰好適合“水立方”的設計目標，因為“不管從什么角度看，它又都會顯得那么隨意自然”。
“水立方”依靠池水和周圍的混凝土在白天儲存熱量，然后在晚上釋放。雙層的館壁有利于夏天多余熱量的散發和冬天熱量的保持。
“水立方”的另一大特點是其目光控制方案。設計者選用了一種穩定的鋁化玻璃材料，它能夠阻擋10%到95%的可見光。應用這種材料的建筑外殼所覆蓋的區域都是不能有直射光和強光的。比如，比賽的泳池上方屋頂只能透過5%的可見日光，因為賽事轉播對光線控制有著很嚴格的要求。
“水立方”最具創新性的特點還有其水處理系統。大多數游泳池都是把沖洗泳池的污水直接排入市政污水系統，但“水立方”卻能夠對這種水進行處理并重新利用。對于在處理過程中損失的一小部分污水，系統將會用屋頂收集的雨水來補足。這樣的設計為北京的污水處理系統減輕了負擔，也使它不那么依賴于這個城市已經吃緊的淡水供應。
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