水立方的墙面和屋顶都分内外三层，设计人员利用三维坐标设计了3万多个钢质构件是由中国与澳大利亚的设计人员共同完成，这三万多个钢质构件在位置上没有一个是相同的。这些技术都是我国自主创新的科技成果，他们填补了世界建筑史的空白。
这个看似简单的方盒子是中国传统文化和现代科技共同搭建而成的。中国人认为，没有规矩不成方圆，按照制定出来的规矩做事，就可以获得整体的和谐统一。在中国传统文化中，天圆地方的设计思想催生了水立方，它与圆形的鸟巢国家体育场相互呼应，相得益彰。方形是中国古代城市建筑最基本的形态，它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。而这个方盒子又能够体现国家游泳中心的多功能要求，从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合。
在中国文化里，水是一种重要的自然元素，并激发起人们欢乐的情绪。国家游泳中心赛后将成为北京最大的水上乐园，所以设计者针对各个年龄层次的人，探寻水可以提供的各种娱乐方式，开发出水的各种不同的用途，他们将这种设计理念称作水立方。希望它能激发人们的灵感和热情，丰富人们的生活，并为人们提供一个记忆的载体。
为达此目的，设计者将水的概念深化，不仅利用水的装饰作用，还利用其独特的微观结构。基于泡沫理论的设计灵感，他们为方盒子包裹上了一层建筑外皮，上面布满了酷似水分子结构的几何形状，表面覆盖的ETFE膜又赋予了建筑冰晶状的外貌，使其具有独特的视觉效果和感受，轮廓和外观变得柔和，水的神韵在建筑中得到了体现。轻灵的水立方能够夺魁，还在于它体现了诸多科技和环保特点。合理组织自然通风、循环水系统的合理开发，高科技建筑材料的广泛应用，都共同为国家游泳中心增添了更多的时代气息。泳池也应用了许多创新设计，如把室外空气引入池水表面，带孔的终点池岸，视觉和声音出发信号等，这将使比赛池成为世界上最快的泳池。
北京2022年冬奥会期间，将转换成冰立方作为冰壶项目的比赛场馆，可容纳观众约4600人。根据改造方案，水立方将成为国际首个泳池上架设冰壶赛道的场馆。
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