氣膜體育場(chǎng)館的現(xiàn)狀分析

□盧 亞 鄭振亞

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)物質(zhì)文化水平的高速發(fā)展，人們對(duì)體育的認(rèn)識(shí)也更加全面。伴隨著人們投入體育熱情的高漲，體育場(chǎng)地缺乏的問題也愈演愈烈。城市化高速發(fā)展的現(xiàn)代都市乃寸土寸金之地，健身、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的匱乏已然成為人們不能更好投身體育運(yùn)動(dòng)的一大困擾。加之有些群眾喜歡的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目受天氣影響比較大，場(chǎng)館的建設(shè)能很好地解決這一問題，讓群眾的運(yùn)動(dòng)不受天氣的影響。隨著人們健康意識(shí)的加強(qiáng)和對(duì)霧霾污染認(rèn)識(shí)的深入，群眾們活動(dòng)的局限性就更大了。隨著全民健身事業(yè)的發(fā)展，體育場(chǎng)館的修建將成為公共體育服務(wù)體系的重要環(huán)節(jié)。氣膜體育場(chǎng)館的出現(xiàn)將在很大程度上解決這些棘手的問題。

二、氣膜建筑的發(fā)展歷史

氣膜建筑系統(tǒng)最早由美國工程師大衛(wèi)·H·蓋勒在1970年日本大阪的萬國博覽會(huì)當(dāng)中首次提出。大衛(wèi)提出這一概念的目的是為了使體育場(chǎng)館具有更高的抗震性、提高體育場(chǎng)館的安全系數(shù)。20 世界70年代初期的美國率先研發(fā)出來永久性膜建筑材料，并于1973年在美國加利福尼亞建成了學(xué)生活動(dòng)中心。在20 世紀(jì)70年代隨著永久性膜材料的完善與發(fā)展，氣膜場(chǎng)館的技術(shù)發(fā)展有了進(jìn)一步的提升，伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展，在美國各地相繼出現(xiàn)很多大型氣膜場(chǎng)館。借著計(jì)算機(jī)發(fā)展的大趨勢(shì)，氣膜體育場(chǎng)館有了更快的發(fā)展，并且對(duì)數(shù)據(jù)的分析、處理的軟件也日趨成熟。20 世紀(jì)90年代初期膜結(jié)構(gòu)在大型體育場(chǎng)館開始大量使用，這也標(biāo)志著膜結(jié)構(gòu)建筑漸漸進(jìn)入高峰期。之后世界各地都逐漸出現(xiàn)各種具有標(biāo)志性的膜體場(chǎng)館，膜體結(jié)構(gòu)已被廣泛使用于各種建筑。在氣膜建筑日漸發(fā)展的過程當(dāng)中膜材料也在不斷更新?lián)Q代。20 世紀(jì)70年代由杜邦公司率先探索出ETFE 薄膜材料，而后由德國維克多福伊特克公司開始專門針對(duì)ETFE 膜材料進(jìn)行研究，并將其推廣使用。1963年，ASATI 公司時(shí)任的CEO Dan Fraioli 先生為一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)設(shè)計(jì)并主持建造了首個(gè)充氣式膜結(jié)構(gòu)篷頂，這一舉動(dòng)使得整個(gè)體育、休閑娛樂業(yè)對(duì)于充氣篷頂?shù)膹V泛用途有了更多認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有了數(shù)以千計(jì)的氣膜體育場(chǎng)正在為人們提供服務(wù)。通過查閱文獻(xiàn)來看雖然氣膜體育場(chǎng)看似像個(gè)大氣球一樣但事實(shí)上其符合規(guī)范的永久建筑。

三、氣膜建筑的特點(diǎn)

氣膜體育場(chǎng)館建筑有單層、雙層、氣肋式三種形式，充氣膜建筑一般需要長(zhǎng)期不間斷的能源供應(yīng)。低拱、大跨度建筑中的單層充氣膜結(jié)構(gòu)必須是封閉的空間，并保證一定的室內(nèi)外氣壓差。隨著充氣膜建筑分析理論和設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)的不斷成熟和完善，充氣膜建筑已從眾多的現(xiàn)代建筑形式中異軍突起，越發(fā)地受到人們的青睞，吸引著眾多的建筑、結(jié)構(gòu)工程師們來設(shè)計(jì)建造現(xiàn)代大中小型永久性或半永久性的充氣膜建筑。

(一)氣膜體育場(chǎng)館的外形。氣膜體育場(chǎng)的外形結(jié)構(gòu)要像一個(gè)信封一樣成一個(gè)整體，這樣才可以均攤整個(gè)房頂?shù)膲毫?，否則，如果整體結(jié)構(gòu)不能夠均攤壓力就會(huì)產(chǎn)生小的褶皺或者是壓力點(diǎn)，這將會(huì)成為整個(gè)場(chǎng)館的致命弱點(diǎn)。

(二)氣膜體育場(chǎng)館的結(jié)構(gòu)。從材料方面來看，皮膜場(chǎng)館運(yùn)用的材料跟所用張力抗拉結(jié)構(gòu)材料是一樣的，即合成纖維組織物如玻璃纖維或者是聚酯纖維，旨在防止紫外線或者風(fēng)沙侵蝕。同時(shí)根據(jù)場(chǎng)館用途的區(qū)分會(huì)對(duì)內(nèi)膜加以處理加工例如隔熱、隔音等。半透明的頂棚材料讓場(chǎng)館內(nèi)部白天不需要燈光。

(三)氣膜體育場(chǎng)館氣壓。在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中氣膜場(chǎng)館負(fù)載最主要的還是風(fēng)、頂部積雪和氣壓?？紤]到風(fēng)力和積雪主要是通過對(duì)頂部充氣結(jié)構(gòu)的相應(yīng)調(diào)整。現(xiàn)代氣膜場(chǎng)館的結(jié)構(gòu)都是由電腦直接控制，它會(huì)根據(jù)所承受的壓力來改變頂部充氣壓力。高質(zhì)量的頂棚結(jié)構(gòu)才能承受更強(qiáng)的風(fēng)雪。為了安全保障，頂棚的氣壓跟場(chǎng)館內(nèi)部的氣壓是相等的。對(duì)于皮膜場(chǎng)館來說幾乎很少出現(xiàn)緊急塌陷事件，除非是沒有看到報(bào)警信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致館頂?shù)某惺艹厝缓笾率固?/p>

四、氣膜體育場(chǎng)館的優(yōu)劣性分析

(一)氣膜體育場(chǎng)館的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)體育場(chǎng)館的能耗還不及傳統(tǒng)場(chǎng)館的1/6，對(duì)于運(yùn)營成本來說減少了不少開支。用氣膜建筑做體育場(chǎng)館，只需要傳統(tǒng)建筑造價(jià)的不到一半甚至更少?？刹鹦?，快速的拆裝能力使氣膜建筑能搶占城市的剩余用地，并開拓新地源。外觀獨(dú)特、別致，氣膜建筑形式新穎，識(shí)別度高，在宣傳方面也能作出特殊貢獻(xiàn)。經(jīng)營模式多樣化。氣膜建筑內(nèi)部空間無阻隔，能靈活處理，方便后期經(jīng)營。氣膜建筑因?yàn)椴捎每諝庵?，利用壓力差作為支撐力，形成大跨度的空間結(jié)構(gòu)，完全不同于傳統(tǒng)建筑，避免了大興土木對(duì)環(huán)境的影響，另外其獨(dú)特的受力特點(diǎn)——向上的上揚(yáng)力，也使氣膜建筑對(duì)基礎(chǔ)的要求更低、擾動(dòng)更小。而且，其可遷移性也使氣膜建筑可以方便被拆除、遷走。在建造及遷移時(shí)都不會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾。另外氣膜建筑作為一種節(jié)能建筑，冬季采暖約為傳統(tǒng)建筑的1/3 ～1/4，夏季制冷約為傳統(tǒng)建筑的1/5 ～1/6。較低的能耗使其成為一種具有節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)的建筑系統(tǒng)。

氣膜建筑相對(duì)于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)存在以下優(yōu)勢(shì):氣膜建筑跨度大，由于膜材料相對(duì)較輕，資料顯示每平方米膜材料自重在3 公斤以下。氣膜建筑本身就是利用氣壓將頂棚撐起來所以避免了室內(nèi)的柱子和梁，這是傳統(tǒng)建筑所無法避免的，這就有利于提高體育場(chǎng)的使用率。節(jié)能環(huán)保，膜材料具有較高的熱反射和散熱效果，并且現(xiàn)在所用的透明膜對(duì)于陽光的輻射還是起了很大的阻隔效應(yīng)。具有更高的靈活性，膜體安裝簡(jiǎn)單方便，施工周期短。而且可以根據(jù)季節(jié)變化決定是否啟用氣膜體育館。同時(shí)氣膜體育館也可以與傳統(tǒng)建筑相互連接，只要在連接處做好密封設(shè)計(jì)。膜體材料有較高的抗紫外線、抗老化、高保色、寶光澤的性能，并且在保溫方面遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)建筑。

(二)氣膜體育場(chǎng)館的不足之處。能源系統(tǒng)的依賴性比較強(qiáng)。在霧霾嚴(yán)重的今天，很多戶外運(yùn)動(dòng)也會(huì)受到威脅，運(yùn)動(dòng)本身就是為了更加健康但是PM2．5 的侵襲讓人們對(duì)戶外運(yùn)動(dòng)的顧慮更加嚴(yán)重。然而在氣膜場(chǎng)館內(nèi)，通風(fēng)、循環(huán)、空氣的溫度、濕度、甚至含氧量、清潔度二氧化碳都能受到電腦的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在場(chǎng)館外側(cè)是氣膜體育場(chǎng)核心設(shè)備，這個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)維持室內(nèi)的壓力，送風(fēng)、過濾空氣、冬天供暖、夏天制冷這一切都得依賴這個(gè)氣膜體育場(chǎng)的“心臟”。在能源方面氣膜體育場(chǎng)比較依賴電力，因?yàn)橥獠康摹靶呐K”是氣膜體育場(chǎng)的核心，如果停止了電力的供應(yīng)，氣膜的充氣，室內(nèi)的氣溫，空氣的循環(huán)等等程序的運(yùn)作都會(huì)陷入一片混亂。若壓力不均衡或者膜體受到外力損壞會(huì)引起頂棚的塌陷。隔熱隔音效果沒有實(shí)體墻面那么完美，頂棚受限于負(fù)載率。相對(duì)于傳統(tǒng)體育場(chǎng)館沒有那么長(zhǎng)的使用壽命。

五、結(jié)語

作為時(shí)代與科技的產(chǎn)物，氣膜體育場(chǎng)在很大程度上解決了天氣對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，讓那些想運(yùn)動(dòng)的人們可以隨時(shí)做自己喜歡的事。但是新興事物的普及總是需要過程，需要大家的支持。同時(shí)氣膜體育場(chǎng)館也存在一些不足，需要更多的科學(xué)研究去促進(jìn)它技術(shù)和材料的發(fā)現(xiàn)。

［1］天津首座氣膜體育館響螺灣開建［J］．施工技術(shù)，2014，23:117

［2］北京一中學(xué)推出氣膜體育館應(yīng)對(duì)霧霾天氣［J］．天津中學(xué)生，2014，11:12

［3］王韶輝．氣膜建筑:撐起一片藍(lán)天［J］．新財(cái)經(jīng)，2014，2:94 ～96

［4］雪見．氣膜場(chǎng)館防霾新利器［N］．中國建設(shè)報(bào)，2015 -4 -20(005)

［5］趙申．約頓氣膜:神奇的防霾建筑［N］．中華建筑報(bào)，2014-8 -19(005)