“鸟巢”将铺设内外两层膜，外层是用来遮挡雨雪的ETFE膜结构，为透明白色印花膜，安装在钢结构上方，共884块，总面积近4万平方米。在ETFE膜下方12米的位置，铺设的就是第二层膜———PTFE膜，颜色为乳白色，悬空吊在钢结构上。
对于“鸟巢”存在设计缺陷，晴天时钢结构的阴影会使得坐在远处的观众根本无法分辨运动员的说法，张恒利解释说，“鸟巢”膜结构是用来遮挡阳光以及雨雪的，透明膜的透光率达30％，强光照射后留下的是连续、成片、柔和的阴影，但决不会对观众视线造成影响。之所以会有前面的传闻，是当时膜结构还未安装所造成的误解。
外层膜已经经过了抗风、抗压的试验，完全可以适应北京的气候。
外层膜上设停鸟线
“鸟巢”顶棚的外层膜结构虽然和“水立方”一样可常保清洁、抵抗低温烟火的侵蚀，但仅有0.25毫米鸥度的膜容易被鸟雀的利爪抓破。此外，鸟雀停在膜上，留下的粪便也是个大问题。
为了防鸟，“鸟巢”顶部四周安上了类似于机场用的驱鸟装置。同时“鸟巢”外层膜上还铺设了停鸟线，这既能让鸟雀有地方落，不致抓破外层膜，也不会影响到外观。
内层膜可吸音防噪
在“鸟巢”外层膜的下方，还铺设有内层PTFE膜。据了解，内层膜采用了吸音膜材，同时配合钢结构构件上设置的一些吸音材料，以及场内使用的电声扩音系统，使“鸟巢”内部的语音清晰度指数达到0.6———这个数字完全能保证坐在场内任何角落的观众都能清晰地听到广播。另外，此内层膜还可以遮蔽钢结构屋顶和屋架内的设备、管道。
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