ETFE膜材在建筑設(shè)計(jì)及技術(shù)領(lǐng)域所產(chǎn)生的深遠(yuǎn)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(jì)里，天才的設(shè)計(jì)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(xiàn)。例如20世紀(jì)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(jié)構(gòu)，在建筑經(jīng)濟(jì)學(xué)和設(shè)計(jì)美學(xué)對(duì)于混凝土材料技術(shù)的要求不斷提高的前提下，最終被結(jié)構(gòu)領(lǐng)域淘汰；繁榮于20世紀(jì)80年代的張拉膜結(jié)構(gòu)，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(jiān)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(xiǎn)性。ETFE的出現(xiàn)為那些苦苦尋求輕質(zhì)、強(qiáng)韌、耐久以及密閉性良好材料的設(shè)計(jì)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(dāng)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(dá)河旁。作為辛克魯?shù)鹿荆⊿yncrude)采集焦油砂的廠區(qū)，該地環(huán)境異常惡劣，冬季寒冷刺骨，夏天則充斥著成群咬人的黑蠅。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(dǎo)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(zhǎng)條件以及光線(xiàn)刺激對(duì)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(jié)構(gòu)。雖然仍存在許多制約因素，但對(duì)于聚四氟乙烯（PTFE)玻璃纖維仍寄予了極大的期望，可當(dāng)研究小組參觀完幾個(gè)采用充氣式頂棚的體育場(chǎng)館后，他們最終認(rèn)為玻璃纖維膜并不理想，因?yàn)樵摬牧贤腹饴蕛H為10%,而且膜面污染后會(huì)令光色偏黃?？疾焓刮覀兏訄?jiān)定地認(rèn)識(shí)到，覆蓋在北極城市上空的膜材應(yīng)當(dāng)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(zhǎng)所需。除此之外，罩體還應(yīng)至少是雙層的，以避免寒冷氣候條件下膜面內(nèi)側(cè)結(jié)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(dāng)時(shí)可供選擇的兩種材料。FEP曾應(yīng)用于阿納姆動(dòng)物園，但時(shí)間不長(zhǎng)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(shí)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(duì)該材料的張拉性能實(shí)驗(yàn)在城市大學(xué)迅速展開(kāi)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(dá)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(jié)構(gòu)支撐，其上附著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(dá)省公共工程與住房部部長(zhǎng)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(xiàng)目進(jìn)入停滯狀態(tài)，當(dāng)10年后重新啟動(dòng)焦油砂采集時(shí)，機(jī)器人技術(shù)的普及導(dǎo)致前往該地區(qū)工作的人員數(shù)量大為減少，因此北緯58°項(xiàng)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(yī)院中庭及內(nèi)部廊道加蓋頂棚項(xiàng)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(xiàng)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(jié)構(gòu)支撐乙烯－四氟乙烯聚合物（ETFE)氣枕頂棚的方案，以提高室內(nèi)的透光量及保溫性能。該中庭通過(guò)空氣對(duì)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(yī)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(yīng)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(xiàng)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(jié)構(gòu)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(dá)18m.在城市建筑中，由于對(duì)新材料的認(rèn)知不足，ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)建筑時(shí)常被拿來(lái)與那些采用鋼或玻璃結(jié)合的傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。一份針對(duì)建筑全生命周期工程投資的調(diào)查表明，ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)相對(duì)低廉的維護(hù)成本較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存有巨大優(yōu)勢(shì)。我們?cè)?jīng)參與設(shè)計(jì)的ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)頂棚，至今仍正常發(fā)揮著作用。更為重要的是，該項(xiàng)目為我們鋪平了在城市建筑中采用ETFE膜材的道路。作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)師，本·莫里斯甚至轉(zhuǎn)而投向鋁合金支撐框架的構(gòu)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(xiàng)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(shè)計(jì)方案能為俱樂(lè)部帶來(lái)嶄新的面貌。設(shè)計(jì)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?jǐn)_。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(dāng)方案和資金投入均經(jīng)過(guò)客戶(hù)的認(rèn)可，準(zhǔn)備進(jìn)行詳細(xì)策劃時(shí)，合同談判卻令該項(xiàng)目的啟動(dòng)日期一再延遲，最終僅剩下很短時(shí)間對(duì)建筑方案進(jìn)行詳細(xì)推敲，項(xiàng)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(jié)構(gòu)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(nèi)場(chǎng)地均被訂購(gòu)一空，而那些免費(fèi)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(shí)到，ETFE氣枕系統(tǒng)與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)合對(duì)于大跨空間的實(shí)現(xiàn)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(guó)的千年穹頂卻沒(méi)有采用ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)。

    從上述早期案例中不難看出，ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度與耐久性上的表現(xiàn)沒(méi)有辜負(fù)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(yīng)，專(zhuān)用膠帶可進(jìn)行及時(shí)修復(fù)。不過(guò)在氣枕上行走卻是被嚴(yán)令禁止的。漢普郡網(wǎng)球俱樂(lè)部的頂棚就因穿著笨重工靴的維修工人的踩踏而留下了明顯凹痕。

    對(duì)于設(shè)計(jì)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(xiàn)籠罩整個(gè)城市。然而，ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)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(dān)心是多余的。因?yàn)槿澜绺鞯卣谟楷F(xiàn)出越來(lái)越多的ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，對(duì)于ETFE膜材產(chǎn)量的需求也在逐年增加。成本優(yōu)勢(shì)及環(huán)境效益無(wú)疑是最大的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)然，技術(shù)更迭的風(fēng)險(xiǎn)始終還是存在的，系統(tǒng)故障導(dǎo)致的高昂修補(bǔ)費(fèi)用也不可避免。然而使該技術(shù)表現(xiàn)不盡如人意的，恰恰是那些項(xiàng)目管理者。同氣承式膜結(jié)構(gòu)相比，他們那些所謂的節(jié)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(jié)構(gòu)技術(shù)看似簡(jiǎn)單，但只有通過(guò)認(rèn)真的工程監(jiān)管及完備的細(xì)節(jié)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(yīng)慎重選擇。福伊特克公司作為這一方面的先驅(qū)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(xiàng)技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。