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。在過去的一個世紀(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)展起來并在60年代風(fēng)靡一時的混凝土殼體結(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題，致使多層玻璃頂棚的建造不僅造價高昂，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)和人類學(xué)家Ed Van Dyke分別就植物生長條件以及光線刺激對于人類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采用充氣式頂棚的體育場館后，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%,而且膜面污染后會令光色偏黃?？疾焓刮覀兏訄?jiān)定地認(rèn)識到，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光透射進(jìn)來，并滿足植物生長所需。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，作為可選材料無論是玻璃還是硬質(zhì)透明塑料都不能滿足要求，都存在不可回避的缺陷。一位來自瑞士杜邦公司（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)時可供選擇的兩種材料。FEP曾應(yīng)用于阿納姆動物園，但時間不長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足工程使用需求。于是針對該材料的張拉性能實(shí)驗(yàn)在城市大學(xué)迅速展開。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ETFE的荷載－形變曲線非常神奇，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)來覆蓋150000㎡的場地。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湯姆·錢伯斯的大力支持。然而時隔不久，由于石油價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年后重新啟動焦油砂采集時，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－－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。該中庭通過空氣對流引入自然通風(fēng)，從而成為半室外化的公共活動空間。醫(yī)院部分房間向中庭開窗，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，由于對新材料的認(rèn)知不足，ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)建筑時常被拿來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)相對低廉的維護(hù)成本較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存有巨大優(yōu)勢。我們曾經(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)球俱樂部，他們希望設(shè)計(jì)方案能為俱樂部帶來嶄新的面貌。設(shè)計(jì)小組提議采用輕質(zhì)、透明的ETFE膜材覆蓋整個網(wǎng)球中心，從而營造一種類似于戶外環(huán)境的效果，同時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)過客戶的認(rèn)可，準(zhǔn)備進(jìn)行詳細(xì)策劃時，合同談判卻令該項(xiàng)目的啟動日期一再延遲，最終僅剩下很短時間對建筑方案進(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。

     俱樂部氣枕膜結(jié)構(gòu)罩棚采用50%透光率的白色膜材。陽光直射在雙層膜面上，太陽影像被減弱成一個小紅斑。眩光的消除將俱樂部打造成為理想的網(wǎng)球場。夏天，所有的室內(nèi)場地均被訂購一空，而那些免費(fèi)的室外場卻無人問津。網(wǎng)球俱樂部的成功讓我意識到，ETFE氣枕系統(tǒng)與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)合對于大跨空間的實(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，英國的千年穹頂卻沒有采用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，局部的破壞也不會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，專用膠帶可進(jìn)行及時修復(fù)。不過在氣枕上行走卻是被嚴(yán)令禁止的。漢普郡網(wǎng)球俱樂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。

    對于設(shè)計(jì)師來說，能夠找到一種適合的材料滿足覆蓋更大面積的場地的需求，是一件值得欣慰的事，我們甚至夢想借此可以實(shí)現(xiàn)籠罩整個城市。然而，ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)是否會被新技術(shù)所代替，新舊技術(shù)更替的故事是否會再一次上演？至少目前這種擔(dān)心是多余的。因?yàn)槿澜绺鞯卣谟楷F(xiàn)出越來越多的ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)項(xiàng)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)境效益無疑是最大的驅(qū)動力。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)看似簡單，但只有通過認(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，通過他們不斷的創(chuàng)新，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。