基于生態(tài)化理念與策略的深圳壩光體育中心概念設(shè)計研究

丁典 羅鵬 袁路

摘要：基于生態(tài)化理念與策略探討體育建筑的設(shè)計方法。綜合生態(tài)學理論與體育建筑特點，分析體育建筑設(shè)計中的生態(tài)化理念與生態(tài)化策略。從環(huán)境因素出發(fā)，強調(diào)人與自然的合作共生關(guān)系，基于界面生態(tài)化設(shè)計、能源生態(tài)化利用、空間生態(tài)化布局等角度進行具體設(shè)計研究。完成深圳壩光體育中心的生態(tài)化設(shè)計。為體育建筑的生態(tài)化設(shè)計提供理論基礎(chǔ)與案例參考。

關(guān)鍵詞：體育建筑設(shè)計 生態(tài)化理念 生態(tài)化策略 壩光體育中心

中圖分類號：TU245.2 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2020）02-0032-04

引言

隨著節(jié)能環(huán)保觀念和可持續(xù)發(fā)展意識的不斷增強，捕捉與傳達建筑的生態(tài)潛質(zhì)，已成為當代體育建筑創(chuàng)作的主要方向之一[1]。建筑的生態(tài)化設(shè)計需要在前期綜合考慮與設(shè)計相關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題，從概念開發(fā)階段就引進生態(tài)要素，并與傳統(tǒng)的建造要素如成本、質(zhì)量、技術(shù)可行性、經(jīng)濟有效性等進行綜合考慮，在設(shè)計中將生態(tài)環(huán)境特性看作是提高建筑競爭力的一個重要途徑[2]。體育建筑因為直接關(guān)乎人們的運動與健康，設(shè)計創(chuàng)作更應(yīng)融入生態(tài)化理念，強調(diào)人與自然的合作共生關(guān)系。

一、體育建筑的生態(tài)化理念

英國著名生態(tài)學家Aulay Mackenize指出，生態(tài)學是研究有機體與其環(huán)境相互作用的科學?！碍h(huán)境”是指物理環(huán)境（溫度、水、風等）和生物環(huán)境（對有機體的、來自其他有機體的任何影響）的結(jié)合體[3]。生態(tài)建筑學以人類棲息的建筑為研究主體，關(guān)注建筑所處環(huán)境與人類活動之間的相互作用關(guān)系。體育建筑生態(tài)設(shè)計，就是將建筑融于自然，保持地方和區(qū)域的生態(tài)環(huán)境特色，利用生態(tài)建筑設(shè)計手法與技術(shù)實現(xiàn)建筑的節(jié)能環(huán)保，為運動的人們提供適宜而健康的環(huán)境。生態(tài)建筑設(shè)計的總體目標看似普通，即建筑物光線充足、冬暖夏涼、健康舒適、節(jié)省能源、經(jīng)久實用，促進人與自然的健康發(fā)展，但是要真正貫徹落實并不容易?，F(xiàn)代社會自然環(huán)境脆弱，土地資源寶貴，各種能源緊缺，而體育建筑受限于競技訓(xùn)練與觀演集會的需求，具有空間大、能耗高的基本特征。研究體育建筑的生態(tài)設(shè)計，一方面契合了節(jié)能減排的公共建筑設(shè)計主題，另一方面也通過設(shè)計這個媒介向大眾傳播綠色建筑與可持續(xù)的發(fā)展觀念[4]?；谏鷳B(tài)設(shè)計的體育建筑應(yīng)該是在全壽命期內(nèi)最大限度地節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效地使用空間的建筑[5]。

二、體育建筑的生態(tài)化策略

（一）界面的生態(tài)化設(shè)計。體育建筑的界面又手于周邊環(huán)境的控制和利用具有重要的價值。通過體育館屋頂界面與側(cè)界面形態(tài)開窗的設(shè)計以及圍護結(jié)構(gòu)材質(zhì)的合理選擇，可以達成建筑對于氣候環(huán)境的積極響應(yīng)，主要包括自然采光、防止運動場地眩光、冬季抗寒保溫、夏季通風防曬、降噪隔音等功能。通過雙層屋面及雙層幕墻等可變界面的合理設(shè)計，可以在體育館內(nèi)外部產(chǎn)生風壓差與熱壓差，形成氣流的流動循環(huán)，以被動式手段滿足溫度、濕度等室內(nèi)物理環(huán)境需求。透明幕墻也常見于體育建筑設(shè)計中，有利于采光、視線通透與塑造建筑外形效果，其在保溫隔熱與遮陽方面的弊端可以通過玻璃著色、陶瓷釉料覆膜、增加空腔等多種方式改善。此外，綜合應(yīng)變也十分重要，界面設(shè)計要在隔熱、通風等基本功能之間尋求平衡，最終實現(xiàn)設(shè)計性能的最優(yōu)化。

（二）能源的生態(tài)化利用。體育建筑能源使用中應(yīng)當充分調(diào)動太陽能、風能、雨水、地熱等可再生自然資源，減少對石油、煤炭等不可再生資源的依賴，同時控制能源對周邊環(huán)境的污染。結(jié)合地域具體的氣候特征，通過總結(jié)太陽運行規(guī)律和風的形成規(guī)律，針對冬夏季太陽輻射得熱和主導(dǎo)風向變換，利用不同材料的蓄熱和隔熱性能，增加能源貯存效率，被動化減少能源使用。如亞特蘭大奧運會水上運動中心，以大量太陽能光電板和集熱器覆蓋了場館的能源消耗還有盈余[3];日本札幌穹頂通過設(shè)置可移動墻體建構(gòu)“風道”來減少機械通風的能耗[6]。此外，建筑系統(tǒng)應(yīng)當具備高能效的供暖、通風、制冷等主動設(shè)備，保證能源的轉(zhuǎn)化效率。

（三）空間的生態(tài)化布局。除了界面、能源等“硬性”的可衡量式的生態(tài)化手法，在體育建筑設(shè)計中相對“軟性”的是空間上的合理規(guī)劃與布局。場地環(huán)境、組群關(guān)系、建筑形態(tài)、單體空間組織等要素都會影響生態(tài)化設(shè)計的開展。如在夏熱冬暖地區(qū)，體育館比賽廳與訓(xùn)練館之間常采用分離式的布置策略，以加強夏季的通風散熱效果。在夏熱冬冷地區(qū)，通過合理的外廊設(shè)計，使得比賽廳空間與外部環(huán)境之間形成隔層，冬季保溫夏季降溫[7]。而在嚴寒地區(qū)，冬季的保溫更為重要，從體形系數(shù)的角度考慮，近圓形的建筑平面對生態(tài)節(jié)能更為有利，可以盡量多地選擇圓形建筑平面。在體育建筑設(shè)計中，因地制宜布局空間是生態(tài)化策略重要的一環(huán)。

三、設(shè)計案例——深圳壩光體育中心概念設(shè)計

（一）項目背景

壩光片區(qū)地處深圳大鵬半島東北端，西南臨排牙山，東北與惠州大亞灣相接。片區(qū)三面環(huán)山，一面靠海，具有得天獨厚的生態(tài)與資源優(yōu)勢。占地面積約31.9平方公里，擁有16公里的沿海岸線，綠地覆蓋率達70%以上。平均氣溫22.5℃，平均風速2.5米每秒，氣候舒適度較高。2013年11月，深圳市政府將壩光片區(qū)確定為國際生物谷的核心啟動區(qū)，對其進行規(guī)劃建設(shè)，要求壩光片區(qū)盡可能保持濱海岸線的原生態(tài)邊界和風貌，維護岸線地帶的自然形態(tài)和生物群落的完整性。

（二）整體規(guī)劃

1.采用“一心兩翼三片區(qū)”的空間規(guī)劃結(jié)構(gòu)?！耙恍摹睘槌鞘醒永m(xù)至濱海區(qū)域的中心;“兩翼”為網(wǎng)球館和體育多功能綜合館組成的兩大運動核心;“三片區(qū)”分別為北側(cè)網(wǎng)球場外的健身場地區(qū)，東側(cè)的濱水休閑場地區(qū)，南側(cè)與壩光廣場結(jié)合的廣場休閑娛樂區(qū)。整體規(guī)劃布局如圖1。

2.采用“融景”與“借景”的景觀布局思想?！叭诰啊敝笇Ⅲw育中心消隱于自然環(huán)境之中。大面積利用屋面和平臺創(chuàng)造綠化和活動空間，解決基地內(nèi)部用地緊張的問題，優(yōu)化綠地率與建筑密度。在賽時交通組織中充分利用地形高差，將觀眾人流與特殊人員（貴賓、運動員、媒體記者、場館工作人員）的人流分層布置，避免交叉;在賽后交通組織中結(jié)合綿延的坡道與平臺，將地下廣場作為交通紐帶，形成立體的交通空間與觀景層次，將人流疏散融于綠色景觀之中?！敖杈啊敝笇I海景色盡可能引入體育中心內(nèi)部。在東西方向上，通過架空入口以及下沉處理，將兩側(cè)的景觀打通形成視線通廊;在南北方向上，將南側(cè)休閑娛樂區(qū)與壩光廣場結(jié)合，將北側(cè)健身場地與戲水平臺結(jié)合，形成建筑內(nèi)部空間與室外場地空間的對話，通過透明界面將外部景觀引入建筑之內(nèi)，最大化利用自然資源。

（三）單體建筑設(shè)計

1.設(shè)計理念與方案生成

設(shè)計理念主要源于三個方面：

（1）形態(tài)的“整體性”。建筑形態(tài)從基地環(huán)境和景觀條件出發(fā)，整體造型沿海面展開，宛如向海展翅的羽翼，蓄勢飛翔，自由舒展，與海浪遙相呼應(yīng)。體育館、游泳館、網(wǎng)球館三個單體運動館聯(lián)動，沿海心路方向依次布置在如海浪般律動的綠色大屋蓋之下。由于建筑有15米限高要求，在建筑布局上將對高度要求較低的游泳館下沉處理，借助玻璃幕墻打開沿海界面。體育中心效果圖如圖2、3。

（2）空間的“參與性”。針對基地內(nèi)部用地緊張的問題，利用建筑不同高度的屋面和平臺，引入人流，創(chuàng)造多層次綠化及活動空間。通過坡道聯(lián)系地下、地面、屋面空間，創(chuàng)造綿延的漫步道和觀海景觀道，提升人與建筑的互動性，創(chuàng)造運動與休閑娛樂相結(jié)合的群眾性體育活動綜合體。建筑空間中的人群活動與海景、樹景的視線關(guān)系如圖4。

（3）氣候的“適應(yīng)性”。以性能為導(dǎo)向驅(qū)動體育中心積極回應(yīng)地域氣候，實現(xiàn)生態(tài)建筑理念。借助軟件模擬分析，盡可能爭取自然采光通風，同時壓低建筑高度，柔化建筑邊緣，削弱強風對于建筑的影響。此外，運用“海綿城市”的設(shè)計思想，貫徹生態(tài)設(shè)計技術(shù)，立體化、多層次收集雨水徑流。

方案的生成過程如下：首先，保證籃球館、游泳館、網(wǎng)球館三個場館的使用尺度需求，發(fā)現(xiàn)受限于基地面積，場館并排連接會阻隔陸地與海平面的連通性;其次，將游泳館旋轉(zhuǎn)90°并往地下方向下沉，把游泳館的屋頂平臺作為觀海平臺使用，獲得良好視野的同時改善場地的通風環(huán)境;再次，利用沉降和交錯創(chuàng)建多層次的平臺空間，使建筑在局限的場地內(nèi)獲得通透性和豐富性;最后，調(diào)整建筑的整體形態(tài)，使主入口和沿海平臺獲得更多的緩沖空間，而籃球館和網(wǎng)球館與廣場呼應(yīng)的立面面積更大，得到最終方案的形體基礎(chǔ)。體育中心形體與空間的生成過程如圖5。

2.空間布局

體育館總建筑面積為11589m²，建筑層數(shù)地上3層，地下1層，總坐席數(shù)2061個，其中固定坐席1478個，建筑采取空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。一層布置可容納2塊標準籃球場的比賽館。場地尺寸為38m×45m，可滿足籃球、排球、乒乓球、羽毛球等體育比賽的要求。布置盡可能多的活動坐席，兼顧文藝演出、會展、商品發(fā)布會等的需要。圍繞比賽館布置體育比賽的功能用房，共分為5個區(qū)：運動員區(qū)、新聞媒體區(qū)、貴賓區(qū)、競賽組織區(qū)和辦公區(qū);二層為觀眾服務(wù)區(qū);三層為觀眾坐席層，布置大屏幕控制室和評論席;地下層布置跆拳道訓(xùn)練館。游泳館總建筑面積6234m²，總坐席數(shù)210個。地下層布置可以容納25m×50m的標準比賽泳池。圍繞比賽場地布置功能用房，其中貴賓區(qū)和運動員區(qū)與體育館共享。觀眾由游泳館首層進入場地，在場館北側(cè)結(jié)合沿海景觀設(shè)計為觀海健身用房，因地制宜提供舒適宜人的鍛煉場所。網(wǎng)球館總建筑面積4034m²。首層布置可以容納2片標準網(wǎng)球比賽的場地。圍繞比賽場地布置功能用房，利用一側(cè)通高空間布置攀巖巖壁，提高建筑利用率，盡可能節(jié)約有限的資源，體現(xiàn)生態(tài)化設(shè)計理念。體育中心平面布置如圖6-9，東西向剖面如圖10。

體育館南側(cè)設(shè)置活動隔墻，可面向壩光廣場一側(cè)開放，結(jié)合廣場活動布置更多活動坐席。同時，將立體公園環(huán)繞建筑，充分發(fā)揮其休閑性，形成自然的外部市民健身步道，創(chuàng)造運動休閑活動空間。賽時外場與內(nèi)場聯(lián)系處作為觀眾廳，直接對觀眾服務(wù);賽后外場變?yōu)橥暾拇髲d，利于組織健身、舞蹈等集體活動以提高體育館在非賽時的利用率，如圖11、12。

3.生態(tài)技術(shù)設(shè)計

（1）通風設(shè)計。方案結(jié)合壩光當?shù)仫L環(huán)境進行Ecotect軟件模擬分析，分別模擬了標高1.00m、3.00m、6.00m、9.00m、12.00m和13.00m的6個高度段風速圖，觀察體育中心東西兩側(cè)的風速分布情況，如圖13所示。通過多次調(diào)整建筑形態(tài)獲得了理想的通風效果，體育中心面海方向設(shè)立通透觀海平臺，在提供良好海景的同時，有效保證建筑東西兩側(cè)的自然通風性能。建筑的屋面兩側(cè)挑高，中間壓低，使氣流在較低標高處即可產(chǎn)生對流，減弱對基地自然風環(huán)境的阻隔。沿曲線屋面設(shè)有跌落式的高側(cè)窗，進一步加強通風效果。

（2）采光設(shè)計。考慮到體育中心地處較為炎熱的氣候區(qū)，建筑立面的通透玻璃是造成能源消耗的主要問題[8]，因此方案的自然采光均經(jīng)過了額外的設(shè)計處理，主要來源于三種途徑。第一，在體育館的短邊設(shè)有較大面積的玻璃幕墻，同時輔以可變高度的活動結(jié)構(gòu)，借助內(nèi)嵌百葉適時調(diào)配光線，以滿足場地在不同時段的照度需求。當晴天陽光充沛時百葉可以完全落地，為室內(nèi)提供柔和光線并且避免眩光，當陰天時百葉收起，盡可能地補充室內(nèi)光照;第二，在體育館屋面設(shè)有多層次的側(cè)天窗，利用屋面弧度階梯式疊落，天窗在東西方向?qū)ΨQ分布，進一步增加觀眾看臺的自然光照明;第三，在體育館長邊使用具有透光構(gòu)造的穿孔鋁板包覆，通過不同大小的孔洞為環(huán)繞運動場地的輔助用房引入多角度的柔和光線，同時在外部立面上也具有統(tǒng)一的肌理效果。

（3）多層次海綿系統(tǒng)設(shè)計?；凇暗陀绊戦_發(fā)”（LID）的理念，在方案設(shè)計中將雨水大規(guī)模集中排放轉(zhuǎn)變?yōu)樾搅鞯膫鬟f?；丨h(huán)境中雨水徑流依次通過屋頂綠化、墻面綠化、地面綠化三大系統(tǒng)，基于種植的土壤和植物群落，層層凈化過濾，以生物媒介吸收和蒸發(fā)雨水，最終回收利用。屋頂綠化和墻體綠化具有“絕緣”功能，在夏季減緩太陽輻射的傳遞速度，在冬季削弱風荷載造成的影響。地面綠化系統(tǒng)中涵蓋了停車場、沿海堤岸、城市街道、綠地公園等多種類的海綿系統(tǒng)，如圖14所示，收集的雨水最終匯入地下儲水箱，應(yīng)對暴雨時可以防止城市內(nèi)澇，日常儲水經(jīng)過過濾處理后可以重復(fù)用于廁所沖洗與景觀灌溉?？傮w而言，雨水處理與多層次景觀平臺設(shè)計相結(jié)合，積極引入城市綠脈，并在場地中向橫向延伸、縱向滲透，形成一個立體化多層次的生態(tài)建筑系統(tǒng)。

（4）其他綠色建筑措施。方案采取多種主動式節(jié)能與被動式節(jié)能措施。使用柔性太陽能電池板覆蓋具有弧度的建筑屋頂，供給建筑系統(tǒng)部分運行能耗。依據(jù)基地環(huán)境的海風優(yōu)勢和文丘里管效應(yīng)，高側(cè)天窗在建筑內(nèi)部產(chǎn)生自然的風壓通風，而在夏季高溫情況下也有利于內(nèi)部的熱壓通風。基于建筑中具體位置的照度和熱輻射需求，分別采用low-e玻璃、防眩光玻璃、smartshade玻璃等新型節(jié)能玻璃技術(shù)，營造節(jié)能舒適的室內(nèi)光環(huán)境。

結(jié)論

建筑作為社會中最重要的能源使用主體之一，其可持續(xù)發(fā)展性越來越受到重視。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計手法，體育建筑的生態(tài)化設(shè)計強調(diào)了建筑與自然環(huán)境的交互作用，賦予建筑使用者良好體驗的同時被動化節(jié)約資源。在未來體育建筑的設(shè)計創(chuàng)新中建筑師應(yīng)當更加注重生態(tài)化理念與策略的實踐，以廣泛的視野來研究體育建筑與自然環(huán)境間的關(guān)系，從而更好地把控體育建筑的發(fā)展趨勢。

基金項目：國家自然科學基金面上項目支持，項目編號51678177。

參考文獻

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