难题一：6750吨钢梁架起中国第一大穹顶
国家大剧院的壳体结构由一根根弧形钢梁所组成，是目前我国跨度最大的壳体钢结构建筑。如此巨大的钢架结构中间没有一根柱子支撑，重达6750吨的钢结构完全可以依靠自身的力学结构体系来保证安全稳定。它对壳体的整体稳定性、整体刚度和抗震、抗风荷载、抗雪荷载及拼接、安装等都有很高的技术要求。
难题二：超深基础施工
国家大剧院地下最深达到32.5米，是目前北京地区公共建筑最深的地下工程。这对基坑支护、排水、防水、抗浮等方面要求都很高。为了解决这一难题 ，工程技术人员经过了精密的调研，最终确定了打造一道深达41米的“地下连续墙”的解决方案。经过测算，国家大剧院开挖后对邻近的人民大会堂、地铁站、居民房都没有任何影响，达到了预期的目标。
难题三：钛金属的安装
大剧院的壳体表面钛板面积达3万平方米，由18398块钛金属板组成。由于是椭圆体、双曲面，所以每块钛板的形状，角度、弧度各不相同，加之钛金属板的厚度只有0.44毫米，因此对加工、制作、安装技术要求很高。经过计算机精确地计算，工厂精密地加工，现场精准地安装，这一艰巨任务最终圆满完成。
难题四：石材全部国产
大剧院共使用了20多种天然石材，全部来自国内10几个省市，石材铺设总面积约十万多平方米，如此大规模的建筑工程全部使用国产石材尚属首次。大剧院工程人员坚持使用国产石材，历经多年、几经周折才全部找到吻合设计师理念的石材。石材质量完全具有国标标准。
难题五：快速安全撤离
一旦发生火灾等突发事件，剧院内人流可以实现迅速安全撤离。大剧院的消防系统可称是全国范围内的一本消防教科书，几乎囊括了所有种类的消防系统。
难题六：信号全覆盖VS剧场信号控制
针对不同时段、不同需要，可以对剧院内全球通、联通等各种不同通信信号控制、收放自如。
难题七：冬天不结冰，夏天不长藻，四季碧水映明珠
壳体外围水池采用“中央液态冷热源环境系统”控制，保证了水温的冬暖夏凉，从而使水池冬天不结冰，夏天不长藻。同时水池还可通过全自动过滤器滤去池水浊物，水质可以达到游泳馆的水质标准。
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