“进击”的水立方

张云峰

啦啦啦，啦啦啦，我是播报的小行家，一边走一边报。今天的热点真正好，快来组队看报道。

说到度假，无论是游览自然风景，还是欣赏历史古迹，都别有一番乐趣。你见过北京的水立方吗？即便只是看它的图片，大家也会惊叹于如此科幻的设计吧！

从整体来看，水立方由四面垂直的外墙和一面顶棚围成。为了让水立方更具现代感，建筑师用新型轻质材料制成了“气泡”。你是否注意过这些“气泡”的表面形状呢？建筑师是如何用“气泡”将建筑表面填满的呢？来，让我们试着寻找问题的答案，过一把当建筑师的瘾。

“气泡”的表面形状

为了让“气泡”完全将建筑表面覆盖，我们需要保证“气泡”之间无缝对接且不重叠。我们假设建筑表面的结构是单一的，“气泡”的表面形状是一种正多边形。因此，能满足条件的正多边形有正三角形、正方形、正六边形。这些形状的拼接情况如下：

我們假设“气泡”的表面形状是任意三角形，在使用同种形状的情况下，能够拼成一个平面。使用任意四边形的表面形状也能得到同样的结果。这两种形状的拼接示意图如下：

我们假设建筑表面的结构是复杂的，“气泡”的表面形状可以是多种不同的正多边形。在拼接成一个平面时，不同“气泡”的表面形状的组合有很多，可以是正三角形和正方形的组合，也可以是正三角形和正六边形的组合。其中两种形状的组合结构图如下：

综上所述，我们可以总结出一条规律：当多个多边形在同一个顶点能拼成360°的角时，就可以密铺成一个平面。因此，水立方的表面可以简单认为是由多个多边形组合而成的。

不规则的立体结构

不过，水立方的实际结构要复杂得多。在自然界中，肥皂泡趋向于形成最小的表面积，以使它们的表面能量最小。单个肥皂泡最佳的表面就是一个球面。而很多肥皂泡堆积在一起时，就会形成不规则的立体结构。而水立方的建筑设计正是巧妙地借鉴了肥皂泡的结构特点，最大限度地减少了建筑成本，做到了艺术与技术的完美统一。