“平疫結(jié)合”理念下體育館庇護(hù)單元模塊化設(shè)計(jì)策略研究＊

張博 張龍巍 陳宇 王超

隨著新冠疫情的常態(tài)化發(fā)展，國家致力于提升對突發(fā)公共衛(wèi)生事件的應(yīng)急處理能力[1]。體育館作為城市建設(shè)的重要組成部分，具有規(guī)模龐大、空間開闊、改造靈活等特點(diǎn)。在新冠疫情防控中，武漢體育中心和洪山體育館等體育建筑，通過臨時(shí)性改造提供了大量患者收治場所，對疫情防控作出了突出貢獻(xiàn)[2]。可見，體育館建筑設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮“平疫結(jié)合”理念[3-4]，即平時(shí)作為群眾競技訓(xùn)練、休閑健身的活動空間，疫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆涓綦x、收治病患功能的臨時(shí)庇護(hù)場所，解決因醫(yī)療資源不足導(dǎo)致患者無處醫(yī)治的問題。探索性構(gòu)建“平疫結(jié)合”理念下的體育館建筑，使其在體育競技與疫情防控兩種角色間快速轉(zhuǎn)換，能夠充分利用社會資源，提高城市應(yīng)對突發(fā)公共衛(wèi)生事件的能力。

在疫情爆發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期，體育館作為病患收治場所雖貢獻(xiàn)卓著，但實(shí)際操作中仍有以下環(huán)節(jié)亟待優(yōu)化[5-6]。第一，施工建設(shè)方面，在突發(fā)疫情的緊急狀態(tài)下，建設(shè)物資運(yùn)輸與施工效率尚可進(jìn)一步提升；第二，建造模式方面，直接在墻面鉆孔、地面挖槽來增加隔墻、固定設(shè)備的建造方式，可能對原有墻體、地面造成破壞；第三，空間分隔方面，由于患者年齡、性別、病情的差異，對空間的需求也大相徑庭，通用的改造模式難以應(yīng)對個(gè)性化需要；第四，設(shè)備配置方面，以往的改造常將電纜線路明設(shè)，不僅存在安全隱患，也影響環(huán)境質(zhì)量；第五，可持續(xù)方面，新增設(shè)施在疫情后被拆除，因難以重復(fù)利用而造成資源浪費(fèi)，構(gòu)件存放還將占據(jù)一定的儲藏空間。

運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法可有效解決上述問題。其一，模塊化構(gòu)件由工廠預(yù)制，再于現(xiàn)場組裝，相對傳統(tǒng)方式施工速度更快、受環(huán)境影響更小；其二，依據(jù)既定模數(shù)在建筑固定位置預(yù)留孔槽、預(yù)埋構(gòu)件，能夠減少模塊化構(gòu)件在安裝時(shí)對建筑本體的破壞；其三，模塊化構(gòu)件可以根據(jù)實(shí)際情況靈活組裝，滿足使用者的多樣化需求；其四，通過模塊化設(shè)計(jì)可以將設(shè)備管線分類整合收納，營造安全整潔的使用空間；其五，模塊化構(gòu)件可快速拆卸、重復(fù)利用，能夠提升體系的可持續(xù)效能。因此，模塊化設(shè)計(jì)方法能夠在體育館設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。

基于以上論點(diǎn)，本文提出一種適用于體育館“平疫結(jié)合”設(shè)計(jì)的構(gòu)件體系——庇護(hù)單元模塊體系（圖1），并在此基礎(chǔ)上研究該體系的模數(shù)化整合、功能性復(fù)合、標(biāo)準(zhǔn)化組合設(shè)計(jì)策略。庇護(hù)單元通過模數(shù)化布局組合成多種空間模式，應(yīng)用于不同規(guī)模的體育館建筑。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件和榫卯式結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換，以滿足平時(shí)與疫時(shí)的不同使用需求，提升使用效率，減少改建損耗。以下將分別闡述模塊化庇護(hù)單元的空間組合布局、功能轉(zhuǎn)換機(jī)制和建造組裝方法。

1 庇護(hù)單元的模數(shù)化空間組合

體育館“平疫結(jié)合”設(shè)計(jì)的核心是室內(nèi)運(yùn)動場地的規(guī)劃布局。將大空間運(yùn)動場地劃分為遵循特定模數(shù)的庇護(hù)單元，按照不同的使用需求靈活排列組合，提升空間多樣性。

運(yùn)動場地引入標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)輔助規(guī)劃布局，一方面為基本庇護(hù)單元的尺寸提供依據(jù)，另一方面方便在大型場地中精準(zhǔn)定位預(yù)埋節(jié)點(diǎn)。本文以600mm為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基本庇護(hù)單元。首先，此標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)兼容各項(xiàng)專業(yè)運(yùn)動場地尺寸，為今后的更改、擴(kuò)充提供參考；其次，便于應(yīng)急改造時(shí)衡量床位間距、疏散寬度等尺度，進(jìn)一步提升建造效率；最后，符合人體工學(xué)尺度，能夠營造出實(shí)用、舒適、高效的空間。由此標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拓展出33m×51m、42m×60m、42m×72m三種典型尺寸場地，按此模數(shù)劃分功能場地布置，并將基本庇護(hù)單元在三種場地中組合排列，形成庇護(hù)功能組團(tuán)（圖2）。

基本庇護(hù)單元可以形成用于收治病患的獨(dú)立單人間，其布置遵循一人、一床、一柜的原則，并配有干式消毒設(shè)施。基本庇護(hù)單元可轉(zhuǎn)換為更衣室、母嬰室、護(hù)士站或緩沖空間等輔助功能空間。更衣室、母嬰室保障患者隱私，使用可移動桌椅等便攜式設(shè)施布置陳設(shè)，增加空間的靈活性；護(hù)士站為醫(yī)護(hù)人員提供固定看護(hù)崗位，實(shí)現(xiàn)對患者的監(jiān)護(hù)管理；緩沖空間可同樣布置醫(yī)護(hù)人員工作陳設(shè)，同時(shí)滿足相應(yīng)醫(yī)療衛(wèi)生需求（圖3）。

庇護(hù)單元組團(tuán)由若干基本庇護(hù)單元組合而成，如雙人間由兩個(gè)基本庇護(hù)單元組成，通過上述建構(gòu)邏輯可組成多種空間形式，可根據(jù)實(shí)際情況、需求進(jìn)行組合搭配，如四人間、五人間、七人間和十人間。五人及以上房間可根據(jù)需要，利用一個(gè)基本庇護(hù)單元形成輔助功能空間；十人間內(nèi)患者較多，需配有看護(hù)崗位形成完整的功能組團(tuán)，并將兩側(cè)敞開便于人員出入及疏散。醫(yī)護(hù)工作區(qū)布置在場地中央，其中公共診區(qū)由兩個(gè)基本庇護(hù)單元構(gòu)成，兩端開敞，可供大流量的患者檢測；私密診區(qū)營造了一個(gè)更加安靜、衛(wèi)生的環(huán)境，可供專業(yè)治療、心理疏導(dǎo)等使用。

2 庇護(hù)單元的功能性復(fù)合設(shè)計(jì)

功能性復(fù)合設(shè)計(jì)是模塊化設(shè)計(jì)的重要手段，目的是充分利用結(jié)構(gòu)、材料將庇護(hù)單元轉(zhuǎn)換為臨時(shí)看臺，兼顧平時(shí)與疫時(shí)的功能。功能性復(fù)合設(shè)計(jì)使庇護(hù)單元具備靈活組合的能力，能夠形成功能轉(zhuǎn)換迅速、結(jié)構(gòu)合理的整體，符合當(dāng)今體育館建筑一館多用、一場多能的發(fā)展趨勢。

庇護(hù)單元模塊體系（圖4）可分為固定組件、支撐結(jié)構(gòu)（圖5）和圍護(hù)結(jié)構(gòu)三個(gè)層級。其中固定組件包括底部預(yù)埋連接件；支撐結(jié)構(gòu)包括主、次龍骨及連接件；圍護(hù)結(jié)構(gòu)由固定在次龍骨上的內(nèi)、外圍護(hù)面板組成。

庇護(hù)單元通過拆分與重組，轉(zhuǎn)換為供群眾觀賽、休息的臨時(shí)看臺（圖6）。標(biāo)椎化設(shè)計(jì)的看臺與庇護(hù)單元構(gòu)件可在同類型構(gòu)件間相互替換（表1）。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，首先保留基本庇護(hù)單元底層結(jié)構(gòu)，形成看臺雛形；然后用小尺度構(gòu)件構(gòu)建出逐級上升的“臺階”；最后為看臺增添橫梁、連接加固構(gòu)件以及座位面層。基于上述結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換步驟，平時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行組裝或收納，疫情發(fā)生時(shí)可迅速將臨時(shí)看臺轉(zhuǎn)換為臨時(shí)庇護(hù)單元（圖7）。通過庇護(hù)單元與觀眾看臺所需標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的數(shù)量對比，可為平疫模式的轉(zhuǎn)換提供一定量化參考依據(jù)（表2,3）。

基本庇護(hù)單元模塊體系由一種圍護(hù)構(gòu)件、兩種支撐構(gòu)件以及四種連接構(gòu)件組成，通過模塊化設(shè)計(jì)，可快速生產(chǎn)、組合、安裝，在不同情況下都能發(fā)揮作用。該體系具有結(jié)構(gòu)合理、構(gòu)造簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、安裝拆卸便捷、可反復(fù)利用、閑置率低等優(yōu)點(diǎn)，可以更好地適應(yīng)不同的功能需求和建造條件。

1 平時(shí)與疫時(shí)場地布置

2 三種模數(shù)尺寸場地

3 基本庇護(hù)單元功能擴(kuò)展示意圖

表1 不同基本庇護(hù)單元組合方式

4 庇護(hù)單元整體

5 庇護(hù)單元結(jié)構(gòu)層

6 庇護(hù)單元拆解圖

7 看臺結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換步驟

表2 標(biāo)椎構(gòu)件示意

表3 平疫模式各構(gòu)件需求量對比

8 榫卯結(jié)構(gòu)組合方式

3 庇護(hù)單元的榫卯式連接方法

為實(shí)現(xiàn)庇護(hù)單元的快速裝卸和重復(fù)利用，單元節(jié)點(diǎn)采用榫卯式連接方法，與焊接、粘接相比，不但可以承受較高荷載，還具有較強(qiáng)的靈活性，使構(gòu)件能夠快速拆卸組合、重復(fù)利用，滿足功能轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)要求。建造者可通過一系列標(biāo)椎化構(gòu)件，拼接、替換不同功能的單元節(jié)點(diǎn)，以滿足使用者對于空間尺度、布局、私密性等方面的個(gè)性化需求。

在設(shè)計(jì)過程中，通過鋼構(gòu)件的交錯(cuò)、咬合實(shí)現(xiàn)榫卯連接，包括穿插、嵌入、套疊三種連接方式（圖8），并在關(guān)鍵處用螺栓固定。通過榫卯連接方式和簡潔的排布規(guī)律將標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件整合，使系統(tǒng)內(nèi)外荷載均勻分布，達(dá)到最佳的單元整體性。

通過榫卯方式將標(biāo)椎化構(gòu)件連接組合，賦予庇護(hù)單元各節(jié)點(diǎn)拆卸組合、重復(fù)利用的能力（表4）。固定節(jié)點(diǎn)中，預(yù)埋構(gòu)件將庇護(hù)單元錨固在原有建筑地坪的預(yù)留卡槽內(nèi)，既保證了庇護(hù)單元與地面連接的穩(wěn)定，又不必破壞原有建筑結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)中主龍骨轉(zhuǎn)角利用轉(zhuǎn)接件（庇護(hù)單元頂端四角的連接構(gòu)件）連接，凸出與凹進(jìn)的部分相互套疊，起到連接固定主龍骨的作用。庇護(hù)單元圍護(hù)面板固定于次龍骨上，次龍骨所受承載力傳至四根主龍骨，保證了整個(gè)庇護(hù)單元的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。轉(zhuǎn)角通過轉(zhuǎn)接件將水平主龍骨與垂直龍骨連接。墊片與主龍骨夾片的組合，可有效限制主體結(jié)構(gòu)向各個(gè)方向的扭動。次龍骨十字交叉連接組合，使體系各構(gòu)件之間互相配合、互相支撐，構(gòu)成能夠承受巨大荷載的整體。

庇護(hù)單元主龍骨為筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)為空腔，可暗埋電線等線路，滿足了基本生活需要。底部由場地內(nèi)預(yù)埋件固定，與地下預(yù)先敷設(shè)的管線口連通，能夠有效整合管線，節(jié)約空間（圖9）。圍護(hù)面板可替換為清潔臺、觀察窗、顯示器、燈具等模塊化構(gòu)件，安裝更換方便，滿足不同的功能需求。構(gòu)件拆卸后可集中收納，最大化節(jié)約儲藏空間，同時(shí)便于運(yùn)輸，可在不同城市間快速支援。

表4 各節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意

地面蓋板構(gòu)造示意

4 結(jié)語

本文基于“平疫結(jié)合”理念，從模塊化單元的組合布局模式、功能轉(zhuǎn)換機(jī)制和建造組裝方法三方面探討了體育館建筑的“平疫結(jié)合”設(shè)計(jì)策略。模數(shù)化的組合布局強(qiáng)調(diào)了庇護(hù)單元根據(jù)標(biāo)椎模數(shù)對場地進(jìn)行快速劃分，通過不同的組合形式來適應(yīng)復(fù)雜的空間尺度，滿足使用者多樣化的需求；庇護(hù)單元模塊體系的功能轉(zhuǎn)換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了庇護(hù)單元與臨時(shí)看臺的靈活切換，既能保證大眾體育活動的日常使用，又能在疫情時(shí)期為患者提供庇護(hù)場所；榫卯式的連接建造方法，賦予了庇護(hù)單元可快速裝卸和重復(fù)利用的能力，通過標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件間的穿插、嵌入、套疊，使庇護(hù)單元兼顧穩(wěn)定性與可變性，大大提升了體育館高大空間結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)變能力。

將“平疫結(jié)合”理念融入到體育館建筑設(shè)計(jì)中，能夠發(fā)揮體育館建筑改造韌性大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢。通過建筑功能的快速轉(zhuǎn)換，促進(jìn)城市應(yīng)急衛(wèi)生設(shè)施的完善，使體育館建筑不僅為市民提供健身、競技的運(yùn)動場所，更成為今后長期對抗疫情、維護(hù)城市健康安全的堅(jiān)實(shí)后盾。

圖片來源

1-9作者自繪

表格來源

1—4作者自繪