“鸟巢”的跨度大，用钢量也大，如果采用玻璃覆顶就会加重它的负荷，于是“膜”成了很好的选择。不同于“水立方”全部被膜所包裹的形式，“鸟巢”的膜结构位于屋面弯曲的位置，铺设了两层薄膜，为观众“挡风遮雨”又隔音，还使充满阳刚之气的“鸟巢”更多一份婉柔。
为不影响鸟巢雄伟的钢结构外观造型，“鸟巢”的膜结构并不是覆盖全身，而主要是集中在屋面。膜结构位于钢结构上弦下部20至30厘米处，只覆盖了弯曲部分，把看台遮住，为观众“挡风遮雨”，这不仅可以节省费用，还能让体育场内有更好的通风环境。
“鸟巢”的膜结构分为外层膜和内层膜两部分。外层膜为ETFE膜，面积3.85万平方米，由884个单元组成，主要功能为遮挡雨雪，已于2007年11月9日完成。其中最小的膜结构不超过1平方米，最大的约为250平方米，铺设在“鸟巢”屋顶每个钢架交织出来的格子中，都要安装上钢梁，再安装上钢索，和“水立方”材质相同的ETFE膜就固定在钢索上。与“水立方”气囊式的ETFE膜不同，“鸟巢”是单层张拉的ETFE膜。ETFE膜超强的耐紫外线功能，可以抵抗风雨的侵蚀和紫外线的照射。为满足排水的需要，在钢结构围绕安装膜的单元格上，焊了一圈排水天沟，外围的膜结构和排水天沟相连，雨水就可以直接流入地面了。
膜结构众多的创新科技的运用使“水立方”受到了广泛关注，美国著名杂志将“水立方”评为2006年度100项最佳科技成果之一。2008年北京奥运会结束后，水立方将成为多功能的大型水上运动中心，举办国际国内大型水上比赛，为公众提供水上娱乐、健身运动和多种休闲活动，而且将成为奥林匹克运动留下的宝贵遗产和北京城市建设的新景观。
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