3d大自然风景（完美演绎天池浮空胜景）

■胡京平

江苏南京有个新晋“网红打卡地”——江苏园博园的未来花园。区别于其他植物园，这里有片透明蓄水的采光顶，顶下满是珍稀植物。这一透光有水的采光顶采用独具一格的超现代伞状造型，轻盈、通透、山水相映的屋面，仿佛山谷中荷塘上一片片荷叶。烟雾缭绕、好似幻境的未来花园，打造出天池浮空的胜景。

采光顶下夜景 孙洲/供图

未来花园项目由中国建筑设计研究院有限公司崔愷院士团队打造，轻盈的设计，优美的结构，恰当的材料选择，成就梦幻般的人造景观。采光顶以不锈钢伞壳结构与大幅有机玻璃结构相结合。42把镜面不锈钢伞壳单元构成植物园的主体结构，托起整个有机玻璃屋面，屋面盛着100mm的水，合计近15700㎡，水面下掩映着珍稀植物园。在下面赏览植物的同时，顶部水面产生的涟漪映射于地面，灵动而富有生机。

近日，本报采访了中国建筑设计研究院有限公司建筑帷幕设计咨询中心主任孙洲，请他为我们讲述这42把伞顶着42幅直径21m巨幅、每片顶面积近330㎡的有机玻璃顶棚的材料性能、工艺技术、施工安装和应用前景。

未来花园现场 孙洲/供图

问：什么是有机玻璃，有机玻璃有哪些性能优势？

孙洲：有机玻璃又叫亚克力，化学名为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物，是一种开发较早的重要热塑性塑料。有机玻璃分为无色透明、有色透明、珠光、压花有机玻璃四种。

主要的生产方式有挤出型和浇筑型两种。一般作为结构功能使用的有机玻璃多采用浇筑型，比如水族馆、室外泳池等。其具有以下几种特征：

一是较好的透明性。有机玻璃是优良的高分子透明材料，透光率达到92%及以上，比一般的玻璃透明度高。

二是机械强度高。浇筑型有机玻璃属于长链高分子化合物，且形成的分子链比较柔软，抗拉强度比较高，承压能力好，抗拉伸和抗冲击能力是玻璃的10倍以上。

三是重量轻。有机玻璃的密度为1.18g/cm³，同样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半。

四是易于加工。有机玻璃可以像金属一样用机械加工的方式进行加工，车、钳、刨、铣，也可以利用数控设备加工出设计要求的形状，加工成型并抛光后各项性能指标没有变化。

五是可本体聚合。有机玻璃的本体聚合又叫本体焊接，采用制作有机玻璃的原料将两块或者更多的有机玻璃粘接在一起，进行退火，得到一个整体的有机玻璃构件，构件本身的性能无较大衰减，整体透光性能无变化。

浇筑型有机玻璃还具有良好耐候性能，不会自燃并具有自熄性。

问：大板有机玻璃存在哪些技术和拼装焊接难点？

孙洲：大板有机玻璃的生产比较困难，浇筑型有机玻璃是将原料（甲基丙烯酸甲酯）注入玻璃模具并浸入特定温度的热水中，经过一定时间聚合而成的产品，越厚的有机玻璃生产的时间越长。时间不足的有机玻璃易产生瑕疵和力学性能的变化，不能满足基础性能要求。

有机玻璃是一种脆性材料，在加工过程中因为抗冲击能力弱，加工时锐角易产生裂纹，裂纹可以像未钢化玻璃一样随着时间变化而生长，且规律难以掌握，所以需要通过技术手段控制锐角的产生。

有机玻璃的弹性模量低，属于温度敏感性材料，设计和使用时要考虑因温度带来的变形，温度过高也会带来材料力学性能的变化。有机玻璃的蠕变性能相对目前没有准确数据，根据塑料材料的蠕变规律，经过长时间使用，力学性能会有较大衰减，那么在设计和使用中需要预留较大余量。

有机玻璃的本体焊接也成为本体聚合，经过本体聚合可以得到较大板幅或者较大厚度的材料，使得应用场景进一步扩大。抛开材料配方来说，有机玻璃在本体聚合过程需要经历两个阶段，第一阶段为低温聚合，在20~30℃间保持24~72h，不同温度的材料配方不同，低温聚合期间需要保持温度不能有2℃的变化，较大的温度变化易产生气泡和未聚。

第二阶段完成低温聚合工艺后需要进行高温退火，高温退火是将低温聚合后材料缓慢加热到80℃左右，保持24~72h，然后适宜速度冷却，目的是降低硬度、降低残余应力、稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。温度控制不好易产生爆裂，从而报废产品。

问：有机玻璃的防火性能如何？

孙洲：浇筑型有机玻璃的材料防火等级为B2级材料，不会自燃并具有自熄性，在针对有机玻璃的结构消防性能试验中证明以上特点，并发现燃烧冷却后有机玻璃的力学性能变化不大，且容易扑救，细水雾、喷淋、干粉都可以轻松扑灭，扑灭后不会再次复燃。

问：有机玻璃会“水土不服”氧化变色吗？

孙洲：有机玻璃属于塑料，很多塑料都会产生黄变。经过老化试验，非再生浇筑型有机玻璃抗老化能力最好，最长时间暴露在外透明无色有机玻璃作为面板的项目是慕尼黑奥林匹克运动场的开放式屋顶，已经有50年的历史，目测未有黄变状况。国内的高铁和城市道路两侧声屏障大量安装有机玻璃，优秀的项目已经有20年及以上历史未见黄变，再生或者挤出则表现出较大差异，产生黄变银纹。

选择非再生的浇筑型有机玻璃应该能满足维护结构使用。

问：有机玻璃亚克力的应用前景如何？

孙洲：有机玻璃应用广泛，不仅在商业、轻工、建筑、化工等方面，特别是在广告装饰、水族馆、游泳体育行业有大量应用。

有机玻璃用于结构一般为屋顶泳池及水族馆的透明观景墙壁。本次未来花园的全新做法及独特构造，开拓了有机玻璃新的应用场景，将有机玻璃的结构特性合理呈现，美轮美奂的效果和震撼的场景令人叹为观止。除此之外，更创新的应用是在雄安站立面上使用的4.5m×21m站名标识结构，确保立面效果的同时未使其受损。

从目前研究来看，有机玻璃可以用作建筑外围构件（墙面、顶面、地面）、结构工程、广告标识结构等领域，未来我们需要研发出防火等级更高的有机玻璃来刺激拓宽其使用领域。

本文原载于《中国建材报》8月15日4版

责编：丁涛

校对：和新龙

监审：韩凤凤