高效綠色的全運會場館設計研究

王逸瑋，李書寧，李岳巖

(西安建筑科技大學 建筑學院，陜西 西安 710055)

近年來，隨著我國體育事業(yè)的不斷進步和全民健身活動的開展，體育場館的建設數(shù)量和規(guī)模有了大幅的提高和擴展，體育場館建設形勢更加的多元化和規(guī)?；?眾多學者對于體育館的設計做出了大量的研究：國內(nèi)早期對于體育館建筑的研究具有一定的局限性，主要的研究范圍集中在體育建筑的功能布局、建筑空間、建筑技藝、建筑結構選型以及建筑造型等方面，例如，梅季魁[1]提出體育館設計應該以動態(tài)開放的空間結構適應人們動態(tài)的活動需求，拓展了體育建筑與人的需求性相關的設計理論.馬國馨[2]對體育建筑的社會化產(chǎn)業(yè)化進行了深入研究，并對體育館的運行和使用狀況進行了分析論證，為體育建筑設計提供依據(jù).羅鵬[3]從建筑功能的角度入手，研究體育館功能空間的綜合性與靈活性轉換的問題.

同時，研究學者對于體育館所處地域與體育館建筑的關系進行了研究，林昆[4]從體育館建筑的規(guī)模，功能，投資，技術與所處環(huán)境等角度展開劃分工作，提升了體育館建筑建設的前瞻性與可持續(xù)性.同濟大學的樂音[5]則嘗試從基于生態(tài)視角進行地域化設計，提升建筑與地域生態(tài)層面的關聯(lián)性.華南理工大學孫一民[6]提出基于城市的體育建筑設計理念；可持續(xù)的體育建筑設計策略.

國外的發(fā)達國家的體育館建設起步較早，對體育館的建筑的規(guī)劃，空間，技術，結構都有著較為深入的探究.例如科特西格爾[7]的《現(xiàn)代建筑的結構與造型》中也探討了體育館建筑結構與建筑造型之間的關聯(lián)性；日本如服部紀和[8]編寫的《體育設施》，收集了大量不同體育設施及規(guī)模的代表性案例，對不同具有代表性的體育館設計的各個方面加以詳細闡述與總結，概括出現(xiàn)代體育設施的設計現(xiàn)代理念及其發(fā)展趨勢.而在體育館與城市的關系中，奈爾維[9]的《建筑的藝術與技術》以羅馬小體育宮設計為例，從建筑技術與藝術的角度，探究二者的關聯(lián)性.LeoVandenberg[10]在《Sports and city marketing in European cities》中對大型體育場館與城市環(huán)境進行了案例分析與研究，認為體育館能夠體現(xiàn)一個城市的形象，同時推動城市公共環(huán)境的發(fā)展，具有宣傳作用，城市經(jīng)濟文化發(fā)展離不開體育運動設施的建設.而近年來，隨著綠色建筑概念的興起，國外也將體育館與綠色建筑結合，2006年德國世界杯提出了“碳中和”概念，2012年倫敦奧運會的“倫敦碗”，模塊化的設計，賽時賽后均將建筑進行了充分利用.

基于此，本文以渭南師范體育館設計為例，研究了西北地區(qū)的高校體育館建筑可持續(xù)設計方式，為未來西北地區(qū)高校體育館建筑設計提供借鑒.

1 項目概況

渭南師范大學體育館位于渭南師范學院朝陽校區(qū)西北角，整體占地2.18 hm2(32.8畝)，場地呈矩形.主要用于舉辦第14屆全運會女子籃球比賽等賽事，同時兼具學校體育教學，訓練，集會等功能，平時，該體育館主要為渭南師范學院日常的體育教學和訓練服務，包含有多種訓練用房，如乒乓球訓練館，籃球館訓練館，羽毛球訓練館，排球訓練館，健身房，體質測試室和舞蹈，體操，健美操，武術等訓練場館，以及配套的衛(wèi)生間，淋浴間，教室和休息室等.閑暇時可面向社會公眾開放，促進全民健身體育運動的開展，擴大學校的社會影響力.

2 體育館的規(guī)劃設計

2.1 規(guī)劃設計

渭南師范學院體育館的設計按照渭南市的規(guī)劃要求，遵循現(xiàn)有的城市肌理，使建筑融入城市環(huán)境.設計從強化城市公共空間，提升城市節(jié)點活力入手，希望在舉辦大型賽事時，有更多的城市人群參與.建筑結合校園的整體環(huán)境，運用綠色建筑理念進行設計，使其成為區(qū)域文脈的標識和城市名片.

渭南師范學院體育館位于渭南師范學院校園西側，東臨校園運動場，南臨逸夫樓實驗樓，北臨渭南市體育館，西臨渭清路，以城市綠帶相隔.

建設標志性場館，提升場館利用率，拓展場館功能，在平時滿足學校教學，訓練，集會的功能，賽時可用于舉辦高水平賽事，空閑時可面對學生及社會公眾開放，用于全民的強身健體以及公益性展出[11].

2.2 方案

建筑布局遵循現(xiàn)有的校園空間格局，由于體育館與東側原有體育場相鄰，因此在兩者之間設計小廣場，形成學校的體育運動中心.校園東西向軸線依次貫穿田徑場，室外小廣場和體育館，共同成為校園東西景觀軸線上的一個重要片區(qū)，以開放的形式和寬闊，豐富的景觀和活動場地，提供給人們進行休息、交流和體育運動的場所.

圖1 渭南師范體育館總平面布局Fig.General layout of Weinan Normal University Gymnasium

體育館的設計按功能分為競賽館，教學訓練館，和已建成的田徑場，形成“兩館一場”的核心區(qū)域，成為校園的“體育運動中心”.流線型的屋面，體現(xiàn)體育運動的動感；舒展的形體使整體的形式顯得更加穩(wěn)重，大氣，現(xiàn)代而宏偉.

體育館的主體功能分為比賽區(qū)與訓練區(qū)兩部分，北側臨近主路，相對開闊，北向部分作為主體的比賽場館，與原渭南市體育館相呼應.建筑的整體平面布局呈并列式布局，建筑的比賽區(qū)與熱身區(qū)分置兩側，中間為運動員休息區(qū)，方便聯(lián)系，熱身區(qū)通過上下的兩個連廊與比賽區(qū)進行有效的聯(lián)系.這種方案布局形式使得總體布局相對緊湊，方便區(qū)域間活動的同時保留了比賽廳，訓練/熱身區(qū)域的完整大空間，有利于打造通用性空間，也與場地東側的體育場形成呼應，方便形成集散廣場，保證建筑中人流的疏散.

體育館功能以平時教學訓練和舉辦比賽為兩項主要功能，適宜的尺度及豐富的外部公共空間使建筑與周邊室外空間有了多層次，便利的聯(lián)系.為了滿足達到各個場館的便利性，人員快速疏散及賽時不同人員流線分離的要求，方案設計了多個建筑入口，兼顧不同使用時的要求.主要出入口設置在建筑的主立面，凸顯與其他疏散出入口的設計，競賽管和訓練館分別有出入口，使得流線清晰并且主次有別.

表1 場館功能與位置分布圖Tab.1 Function and location distribution map of stadiums

2.3 分析

2.3.1 功能適應性分析

由于高校體育館需要兼顧比賽與教學，課余活動，國內(nèi)的體育館普遍進行場館的多功能化考慮，為了保證建筑可以被充分利用，因此，在進行了建筑內(nèi)部功能排布的基礎上，對于比賽場地，訓練場地以及輔助用房等區(qū)域需要進行靈活的適應性設計.

先在比賽場地中，根據(jù)不同的體育活動所需要的場地大小及模數(shù)，將原先設定的主用于舉辦籃球比賽的比賽場地，其凈高與場地尺寸可同時滿足籃球，網(wǎng)球，羽毛球，排球等主流的球類運動，如現(xiàn)有的標準的籃球場地，在只考慮場地尺寸的兼容性條件下，也可以布置一個標準的排球場地，或是一個標準的室內(nèi)網(wǎng)球場地；4個標準羽毛球場地等比賽場地的布置，豐富了場地的功能選項，較大程度的考慮了場地的適應性條件.

其次對與比賽場地周邊的觀眾看臺，也進行了針對其使用空間設計的考慮：觀眾看臺下的空間大部分可以進行使用，但在凈高為2.5 m以下的空間并不能進行有效使用，若全部布置為固定看臺會使得空間被極大的浪費，因此為了爭取看臺下有更多的有效使用空間，一方面將固定看臺底部抬高至2.5 m，另一方面將凈高2.5 m以下的看臺區(qū)域由固定坐席換為活動坐席.這樣的布置可以有效的減少觀眾席占用的面積，在非賽時可將活動坐席區(qū)域進行拆除，擴大場地的使用面積，將場地用于容納更多的學生及群眾進行活動鍛煉，增加場館的使用率的同時也可以增加場館的經(jīng)濟效益.

由于需要增加建筑空間的利用效率，因此對于建筑中的附屬用房也需要進行靈活轉換，首先根據(jù)附屬用房的使用屬性分為賽時賽后無法進行功能轉化的不可空間與可以進行功能轉化得到可變空間.對于可變空間，需要進行充分利用，例如將賽時的貴賓室改為賽后的會議室等，針對不可變空間進行集中布置，并通過統(tǒng)一的模數(shù)進行設置，使其在方便管理的同時降低建造成本.

對于建筑南側區(qū)域的訓練館來說，在滿足主要的運動功能要求后，需要盡量的運用復合設計來使得空間使用率最大化.例如緊挨訓練館的乒乓球館，在日常時其大空間可以布置乒乓球桌以作為乒乓球訓練使用，而在“賽時”由于休息區(qū)域的不足，可以將乒乓球館通過輕質板材進行分隔，靈活的根據(jù)賽時需要劃分為運動員休息區(qū)域，滿足“賽時”需求.同理，二層的體質測試室，健身館同樣也是大開間的設計，平時服務于學生的體質監(jiān)測與健身需求，在賽時，利用輕質板材將其部分區(qū)域分隔為新聞媒體區(qū)，滿足特定賽事的直播需求.三層的綜合體操館本身即是一個開放的大空間，為日常的體操，武術等項目的訓練場所，賽時則可作為比賽預留發(fā)展用房進行布置，為建筑后期的改造以及賽事需求預留了空間，滿足建筑的可持續(xù)發(fā)展理念.

圖2 一層平面圖Fig.2 First floor plan

圖3 二層平面圖Fig.3 Second floor plan

2.3.2 賽后利用及全民健身

渭南師范學院體育館的設計充分的考慮了大型賽事后場館的改造和日常運營，非賽時的體育場館不僅可以將體育館內(nèi)部的空間及器材免費提供于市民使用，同時結合人文理念，還可以將場館與策劃展覽相結合，將體育館作為展覽會的舉辦區(qū)域及展覽區(qū)域，努力推動全民健身的發(fā)展的同時，豐富城市人民的精神生活.

2.3.3 基于降低建筑能耗的建筑技術利用

綠色建筑是當今建筑發(fā)展的趨勢，近年來，國家對于綠色建筑的發(fā)展大力扶持，希望建設資源節(jié)約型社會.而渭南師范學院體育館響應了這種號召，選擇適宜建筑的理性營造，通過主被動結合的方式降低建筑的能耗，達到節(jié)約資源的目的.

圖4渭南師范體育館效果圖Fig.4 Effect Picture of Weinan Normal Gymnasium

2.3.4 平賽轉換的空間利用

在大型賽事活動舉辦時，應全面滿足體育賽事的需求，保障各種功能用房的使用要求和賽事的順利進行.由于需要兼顧比賽，教學，訓練和師生的課余活動，所以國內(nèi)高校的體育館普遍進行場館的多功能化考慮.為了保證建筑可以被充分利用，建筑內(nèi)部功能布局的基礎上，對于比賽場地，訓練場地以及輔助用房等區(qū)域進行了靈活的適應性設計，使體育館能夠高效的運行[12].

2.3.5 結構體系的選擇

體育館的屋頂結構對建筑的造型以及節(jié)能方面都有著重要的影響，不同于其他體育館建筑所采取的單一結構形式的結合方式，渭南師范學院體育館采用了鋼筋混凝土主體結構與空間鋼結構屋蓋的結合方式，體育館主體采用了鋼筋混凝土結構，滿足建筑的支撐要求，同時在屋頂設計鋼結構屋蓋，實現(xiàn)了建筑上方流動的屋蓋的形象.這種結構體系不僅滿足了建筑的形式與空間要求，也有效的控制了建筑的容積，降低了建筑的建造成本與能耗[13].

圖5 屋頂結構體系1Fig.5 Roof structure system 1

圖6 屋頂結構體系2Fig.6 Roof structure system 2

2.3.6 主動，被動式結合的節(jié)能措施

為了實現(xiàn)建筑的綠色高效的目標，渭南師范學院體育館從平面布局，建筑的自然通風采光，保溫材料的選擇，節(jié)能設備的優(yōu)化等方面入手，更多得依靠建筑自身的優(yōu)化設計所采用的被動式節(jié)能措施實現(xiàn)建筑的綠色節(jié)能的目標[14].

在鋼結構屋蓋設計的基礎上引入了天窗的設計，利用12條長條形帶狀天窗引入自然光源，同時增加了漫反射光罩，使得光源均勻漫反射到室內(nèi)，防止眩光.立面開窗從側面引入光線，通過屋頂與立面的開窗使得建筑在陽光充足的白天可以擁有良好的自然光照條件，足夠滿足日常的室內(nèi)訓練而無需借助人工照明.比賽期間也可降低對于人工光源的依賴程度，從而減少能源消耗并降低場館的日常使用成本[15].

圖7 屋頂結構體系2Fig.7 Roof structure system 2

建筑采用南北向的布置方式，契合了渭南地區(qū)的主導風向，場館的四周與屋頂設置有自然通風管窗，有效的將自然風通入室內(nèi)，促進室內(nèi)的空氣流通.同時，座椅下方也設置有排風口，促進了整體建筑內(nèi)部的空氣流通，使觀眾觀賽熱回收裝置，體驗更加舒適.籃球比賽廳，賽前熱身館空調(diào)采用組合式空調(diào)機組帶熱回收裝置，熱回收效率超60%，組合式空調(diào)機組可以實現(xiàn)過渡季節(jié)全新風.

表2 不同材質屋頂傳熱系數(shù)對比Tab.2 Comparison of heat transfer coefficient of different material roofs

圖8 屋頂結構體系2Fig.8 Roof structure system 2

渭南屬于寒冷地區(qū)，因此在進行墻體材料的選擇時模擬冬季的溫度使用狀況進行分析，在進行充分的對比試驗后得出加氣混凝土塊具有良好的熱工性能，擁有良好的保溫隔熱性能，最終建筑采用200厚加氣混凝土和60厚玻璃棉板的組合，使建筑墻體擁有了良好的保溫隔熱性能，節(jié)約了資源[16].

2.3.7 基于多種軟件的輔助設計

渭南師范學院體育館在設計中運用計算機輔助設計軟件sketchup對建筑的形體進行推敲，確定出最佳的建筑形態(tài)，同時使用流體熱力分析軟件phoenics對建筑的風性能進行整體評估，從而優(yōu)化建筑的形體設計.

圖9 墻壁自然通風管Fig.9 Wall natural ventilation pipe

圖10 保溫隔熱墻體Fig.10 Thermal insulation wall

2.3.8使用評價調(diào)研

在渭南師范學院體育館投入使用后，對于場館的使用者進行問卷調(diào)查，調(diào)研在場館的實際使用中，使用者對于場館總體布局的滿意度以及場館內(nèi)的功能適應性的滿意度進行數(shù)據(jù)整理與分析.可以看出在目前運行的階段，使用者對于場館的周邊的交通便利性以及建筑在校園中的可達性均有很高的評價.

在功能適應性方面，使用者對于建筑賽時的活動坐席，建筑功能布局等方面有著很高的評價；非賽時的建筑內(nèi)部比賽場地也有著較高的利用率，用以進行體育活動或展覽等文娛活動，拓展了場館的使用功能并提升了利用率.

同時，在經(jīng)過一段時間的使用后，甲方也對體育館給予了高度評價：場館在經(jīng)過了一段時間的比賽及對外開放的使用后，整體使用體驗良好，建筑整體布局緊湊，滿足了賽時運動員比賽需求以及觀眾的觀賽體驗，流線布置合理，方便運動員進行賽前準備以及媒體觀眾等有序入場.設置的賽后布置也提升了非賽時的場館使用率.例如公益活動的舉辦，市民體驗等活動也給學校帶來了更多的活力與機遇，也成為了學校與外界溝通的橋梁.場館的整體采光以及通風效果良好，并未出現(xiàn)夏季悶熱冬季寒冷的情況，獲得了使用者的一致好評.建筑造型現(xiàn)代簡約，體現(xiàn)出城市特點的同時與校園內(nèi)建筑相輔相成，作為學校的新地標建筑，帶動了周邊環(huán)境，體現(xiàn)出了學校蓬勃向上的精神.

圖10 功能適應性滿意Fig.10 Functional adaptability satisfaction

圖11 總體布局滿意度Fig.11 Overall layout satisfaction

3 結語

新時期下的體育館設計應該與所處地域相結合，通過開放場館等方式在形態(tài)和功能上與城市相融合.渭南師范學院體育館的建設地點位于高校，其建筑環(huán)境及使用人群類型相對比較固定，賽后的使用主要是日常的體育教學，訓練，集會和課余活動.在平賽結合上要處理好平面功能的轉換問題，既要滿足大型賽事的要求，又要保證平時使用的便利流暢，做到不浪費一間房間.

體育館功能的拓展化也是未來建筑發(fā)展趨勢的體現(xiàn)，在體育館使用體驗提升的基礎上，賽后體育館也可承擔更多的活動，這些活動的參與，也可提高場館的整體利用率[13].城市中的體育館建筑還應與城市相關聯(lián)的商業(yè)業(yè)態(tài)進行結合，并加入運動公園等元素帶動周邊，增強城市活力，從而實現(xiàn)場館及周邊共同的可持續(xù)發(fā)展[17].

降低建筑的能耗資源也是渭南師范學院體育館設計的重點，渭南師范學院體育館的設計采用被動式節(jié)能措施和主動式節(jié)能措施相結合的方式，主要通過建筑的平面布局，結構選型，自然光的運用，增加自然通風，建筑節(jié)能材料的選用和設備優(yōu)化等來減少建筑的能耗[18-19].以期對未來西北地區(qū)高校體育館建筑設計提供一定的借鑒意義.