風(fēng)環(huán)境和結(jié)構(gòu)性能導(dǎo)向的半封閉網(wǎng)球場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

史立剛，楊朝靜，崔玉

0 引言

隨著健康中國戰(zhàn)略和《體育強(qiáng)國建設(shè)綱要》的相繼實(shí)施，體育建筑、尤其是易受自然氣候影響的半室外體育設(shè)施的環(huán)境性能需求升級(jí)換代。作為網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的空間載體，由坐席罩棚界定的半封閉網(wǎng)球場(chǎng)風(fēng)環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)員體能、比賽進(jìn)程、比賽公平性及觀眾舒適度等影響頗大。由于半封閉網(wǎng)球場(chǎng)體型較小，其罩棚結(jié)構(gòu)選型的范圍較大，且直接受自然氣流的作用，流場(chǎng)空間復(fù)雜[1]，環(huán)境與結(jié)構(gòu)性能問題相互交織，因此其結(jié)構(gòu)選型和建筑空間形態(tài)的多目標(biāo)優(yōu)化成為建筑設(shè)計(jì)精細(xì)化發(fā)展的瓶頸問題。本文擬通過典型半封閉網(wǎng)球場(chǎng)模型風(fēng)環(huán)境和結(jié)構(gòu)性能數(shù)值模擬以及可視化分析，借鑒層次分析法，提出半封閉網(wǎng)球場(chǎng)風(fēng)環(huán)境和結(jié)構(gòu)性能的多目標(biāo)優(yōu)化策略。

1 半封閉網(wǎng)球場(chǎng)風(fēng)環(huán)境及結(jié)構(gòu)評(píng)估準(zhǔn)則

1.1 半封閉網(wǎng)球場(chǎng)風(fēng)環(huán)境評(píng)估準(zhǔn)則的確定

本文于2018年10月25–28日、2019年10月4–9日、11月30日–12月2日分別在天津市和北京市進(jìn)行了3次室外體育場(chǎng)地調(diào)研，對(duì)在室外運(yùn)動(dòng)、休閑和觀賽的活動(dòng)人群進(jìn)行室外風(fēng)環(huán)境舒適度實(shí)地問卷調(diào)查。問卷內(nèi)容包括主觀問答和測(cè)量兩部分：前者為被調(diào)查者對(duì)周圍環(huán)境舒適度的5級(jí)李克特量表的感知反饋，后者為調(diào)查者對(duì)室外氣候進(jìn)行風(fēng)速、溫度等的實(shí)時(shí)記錄。共發(fā)放1400份調(diào)查問卷，收回有效問卷1306份，有效率為93.29%。對(duì)有效問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行可信度分析，其克朗巴哈系數(shù)值為0.902，呈現(xiàn)較高可信度，且內(nèi)部一致性良好。

1 網(wǎng)球賽程溫度

2 人體吹風(fēng)舒適度投票

筆者統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外105類專業(yè)網(wǎng)球公開賽舉辦時(shí)的溫度，約86.9%在10℃～30℃之間（圖1）。本文3次室外調(diào)研的平均溫度為13.5℃，處于賽程溫度范圍內(nèi)較低的溫度區(qū)間。因此本文僅以調(diào)研數(shù)據(jù)中處于賽程溫度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，挖掘風(fēng)速與運(yùn)動(dòng)員和觀眾人體舒適度的關(guān)系，從而得到網(wǎng)球賽程環(huán)境下的風(fēng)環(huán)境評(píng)估指標(biāo)。

（1）觀眾區(qū)風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)

觀眾熱舒適度由溫度、濕度、風(fēng)速、日照輻射以及人體新陳代謝率和衣阻綜合影響，其中溫度具有決定意義。通過平均熱感覺指標(biāo)（PMV）計(jì)算的公式1可知：在小于32℃的情況下，人體對(duì)低溫的容忍度大于對(duì)風(fēng)的容忍度，溫度越低，人體對(duì)風(fēng)的感知能力越強(qiáng)，即更為敏感。鑒于專業(yè)網(wǎng)球比賽時(shí)的溫度范圍適中，因此風(fēng)速成為影響觀眾和運(yùn)動(dòng)員舒適度的關(guān)鍵。

基于調(diào)研數(shù)據(jù)的二次整理，建立人體吹風(fēng)舒適度（CSV）與風(fēng)速（V）的評(píng)價(jià)模型：MCSV=a·V+b（圖2）。當(dāng)MCSV=0時(shí)，中性風(fēng)速為4.68m/s，擬合直線的斜率為0.62。根據(jù)回歸模型，在低溫環(huán)境下，當(dāng)1.45m/s≤v≤3.06m/s時(shí)，人體舒適度最好；當(dāng)0≤v＜1.45m/s時(shí)，人體舒適度較好；當(dāng)1.45＜v≤4.68m/s時(shí)，長時(shí)間戶外活動(dòng)不會(huì)受到太大影響；而當(dāng)v＞4.68m/s時(shí)，人們難以在室外進(jìn)行長時(shí)間活動(dòng)。最終得出賽程溫度范圍內(nèi)的舒適風(fēng)速范圍（表1）。

表1 半封閉網(wǎng)球場(chǎng)觀眾區(qū)吹風(fēng)感受舒適度風(fēng)速

（2）比賽區(qū)風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)

網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)源自室外，風(fēng)對(duì)網(wǎng)球的運(yùn)動(dòng)軌跡和比賽公平性影響頗大，而國際上對(duì)風(fēng)速尚無明確的規(guī)定。據(jù)國際網(wǎng)聯(lián)對(duì)多場(chǎng)次網(wǎng)球比賽的追蹤記錄，網(wǎng)球在碰撞前的最小運(yùn)動(dòng)速度為12.60m/s[2]。網(wǎng)球的運(yùn)動(dòng)屬于低速空氣動(dòng)力學(xué)，符合流體力學(xué)的研究范疇。網(wǎng)球在空中飛行時(shí)主要受空氣阻力、重力和風(fēng)力等同時(shí)作用。

網(wǎng)球的平均球速為12.60m/s時(shí)受到的風(fēng)阻為0.1764N，占重力的31.03%。當(dāng)網(wǎng)球受風(fēng)速影響且風(fēng)阻占重力的31.03%時(shí)，相對(duì)風(fēng)速為21.09m/s，此時(shí)的風(fēng)速為8.49m/s，可作為影響比賽區(qū)的最小風(fēng)速。

（3）風(fēng)環(huán)境評(píng)估準(zhǔn)則

綜合考慮觀眾區(qū)和比賽區(qū)，在滿足兩者共同的舒適度和比賽公平性的需求下，可得出我國網(wǎng)球比賽期間的風(fēng)環(huán)境評(píng)估準(zhǔn)則（表2）。

表2 半封閉網(wǎng)球場(chǎng)風(fēng)環(huán)境評(píng)估準(zhǔn)則

1.2 半封閉網(wǎng)球場(chǎng)罩棚結(jié)構(gòu)評(píng)估準(zhǔn)則的確定

本研究將罩棚設(shè)置在混凝土結(jié)構(gòu)柱上，僅將罩棚結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形受力情況作為評(píng)估對(duì)象。

網(wǎng)球場(chǎng)罩棚結(jié)構(gòu)評(píng)估的非結(jié)構(gòu)因素包括功能、材質(zhì)、施工水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等。本文的模擬方式主要適用于建筑設(shè)計(jì)方案與初步階段，該階段可決定的工程造價(jià)約占整個(gè)方案的70%～90%[3]。當(dāng)罩棚功能、材質(zhì)和施工技術(shù)水平相同且可滿足時(shí)，本文以用鋼量作為衡量罩棚技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的判據(jù)[4]。

網(wǎng)球場(chǎng)罩棚結(jié)構(gòu)評(píng)估的結(jié)構(gòu)因素包括撓度、應(yīng)力等，數(shù)值在滿足規(guī)范要求基礎(chǔ)上越小越優(yōu)（表3）。

表3 結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)參考指標(biāo)[5]

3 國內(nèi)外網(wǎng)球場(chǎng)容量分布

4 網(wǎng)球場(chǎng)界面示意圖

2 半封閉網(wǎng)球場(chǎng)性能模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)環(huán)境典型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拇_定

2.1.1 網(wǎng)球場(chǎng)典型模型的有效性選擇

根據(jù)國際網(wǎng)球場(chǎng)容量分類規(guī)則，專業(yè)網(wǎng)球場(chǎng)可分為特級(jí)（10,000座以上）、甲級(jí)（4000座以上）、乙級(jí)（2000座以上）和丙級(jí)（2000座以下）[6]。在筆者統(tǒng)計(jì)的國內(nèi)外既有104座專業(yè)網(wǎng)球場(chǎng)中，4000～10,000座甲級(jí)網(wǎng)球場(chǎng)占比最多，為46%；其中國內(nèi)37座專業(yè)網(wǎng)球場(chǎng)中，4000～6000座網(wǎng)球場(chǎng)占甲級(jí)網(wǎng)球場(chǎng)總量的90%（圖3）。綜合我國目前城市發(fā)展需求，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛_定為6000座網(wǎng)球場(chǎng)。

（1）平面形態(tài)：基于國內(nèi)外既有網(wǎng)球場(chǎng)調(diào)研，網(wǎng)球場(chǎng)的平面可分為方形和圓形兩種母體形態(tài)類型。

（2）界面通透率：根據(jù)典型模型，將網(wǎng)球場(chǎng)建筑分解為頂界面、內(nèi)界面和側(cè)界面（圖4）?；谖覈朗枭⒁蟮募s束，將內(nèi)界面通透率設(shè)置為3.5%；側(cè)界面通透率設(shè)置為3%；頂界面通透率（即罩棚連接處通透性）設(shè)置為25%、50%和75%（圖5）。

（3）罩棚形態(tài)：通過對(duì)國內(nèi)外網(wǎng)球場(chǎng)案例分析，四面貫通直面罩棚占比較大（圖6），受到設(shè)計(jì)者的青睞，因此本文將罩棚設(shè)置為四面貫通的直面上傾、平直和下傾罩棚。

因此本研究針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)變量，建立典型網(wǎng)球場(chǎng)空間模型（表4），通過正交實(shí)驗(yàn)法，進(jìn)行性能數(shù)值模擬。

表4 網(wǎng)球場(chǎng)物理模型（以平直罩棚為例）

2.1.2 數(shù)值計(jì)算模型的選擇

選擇Fluent17.0為數(shù)值求解軟件，網(wǎng)格處理軟件ICEM～CFD17.0?；赗ANS方法的Realizable模型作為研究半封閉網(wǎng)球場(chǎng)風(fēng)環(huán)境的湍流模型[7]。

（1）數(shù)值計(jì)算域模型的建立

國際相關(guān)組織對(duì)于計(jì)算域的確定有不同的規(guī)定[8-10]。本文最終在《建筑環(huán)境數(shù)值模擬技術(shù)規(guī)程（上海）》的基礎(chǔ)上結(jié)合模擬模型尺寸確定適用于本文的計(jì)算域尺寸（圖7）。方形網(wǎng)球場(chǎng)計(jì)算域?yàn)?04m×620m×130m，阻塞率2.04%；圓形網(wǎng)球場(chǎng)計(jì)算域?yàn)?12m×620m×130m，阻塞率2.40%。阻塞率均滿足小于3%的要求[11]。

（2）模擬網(wǎng)格無差異檢驗(yàn)

為消除網(wǎng)格質(zhì)量和數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果帶來的誤差，數(shù)值模擬時(shí)均需進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證。本文對(duì)圓形網(wǎng)球場(chǎng)采用3種不同數(shù)量的網(wǎng)格來驗(yàn)證，結(jié)果取觀眾區(qū)（1.2m標(biāo)高處）和比賽區(qū)流場(chǎng)進(jìn)行比較（表5）。隨著網(wǎng)格劃分精度的增加，網(wǎng)格總數(shù)不斷增加，3組方案的計(jì)算結(jié)果基本一致，則證明了網(wǎng)格無關(guān)性的要求?？紤]仿真精度和計(jì)算時(shí)間成本，選擇方案2的網(wǎng)格劃分方式進(jìn)行模擬。

5 網(wǎng)球場(chǎng)各界面通透率

表5 模擬網(wǎng)格劃分方案

6 罩棚形態(tài)

7 計(jì)算域尺寸

8 網(wǎng)球場(chǎng)結(jié)構(gòu)類型

（3）網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格精度確定

網(wǎng)格劃分質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文選擇方案2的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)計(jì)算域進(jìn)行劃分，最大尺寸單元為10m，壁面網(wǎng)格的最大尺寸單元為2～5m。最終得到的網(wǎng)格數(shù)量為方形網(wǎng)球場(chǎng)126.4萬、圓形網(wǎng)球場(chǎng)128.9萬。

2.2 罩棚結(jié)構(gòu)典型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拇_定

基于國內(nèi)外既有網(wǎng)球場(chǎng)結(jié)構(gòu)選型調(diào)研，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與桁架結(jié)構(gòu)是主要結(jié)構(gòu)形式（圖8）。鑒于我國網(wǎng)球場(chǎng)現(xiàn)狀和各結(jié)構(gòu)特征，本文將半封閉網(wǎng)球場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)置為四角錐空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和三角形空間桁架結(jié)構(gòu)。

本文在3組18個(gè)風(fēng)環(huán)境模擬模型中選擇風(fēng)環(huán)境最優(yōu)的1組6個(gè)模型借助SAP2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬?；诰W(wǎng)架和桁架結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置，得到研究網(wǎng)球場(chǎng)罩棚結(jié)構(gòu)的受力分析模型（表6）。其中網(wǎng)架和桁架結(jié)構(gòu)的弦桿為200mm×16mm圓管，腹桿為150mm×12mm圓管；混凝土框架柱為800mm×800mm的矩形截面。網(wǎng)格尺寸約為2.8m，桁架跨度約為12m。罩棚主要結(jié)構(gòu)桿件用框架單元模擬，罩棚表皮則用薄殼單元模擬。

表6 結(jié)構(gòu)模擬模型的建立（以上傾罩棚網(wǎng)球場(chǎng)為例）

2.3 氣候條件的確定

基于我國各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和運(yùn)動(dòng)普及度，將研究地點(diǎn)確定在我國典型寒冷地區(qū)代表天津市，其室外環(huán)境氣候與人體舒適矛盾更尖銳，具有研究的必要性。經(jīng)1961–2010年間進(jìn)行的風(fēng)向風(fēng)速統(tǒng)計(jì)可知，天津市年平均風(fēng)速為2.0～4.0m/s，主要風(fēng)向?yàn)槲髂掀巷L(fēng)[12]。模擬選擇年平均風(fēng)速最大值4.0m/s為入口風(fēng)速，入口風(fēng)向?yàn)槟掀?2.5°。

2.4 風(fēng)荷載的確定

室外風(fēng)的等效靜力風(fēng)荷載的取值應(yīng)符合我國《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/50378的相關(guān)規(guī)定。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值如公式3：

式中，基本風(fēng)壓w0=0.50kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=0.65，風(fēng)荷載體型系數(shù)：上傾罩棚μs=1.4，平直罩棚μs=1.3，下傾罩棚μs=-1.4。

2.5 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5.1 風(fēng)環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于18種不同平面形態(tài)、頂界面通透率和罩棚剖面形態(tài)的網(wǎng)球場(chǎng)（表7、圖9）：（1）圓形平面網(wǎng)球場(chǎng)在最大風(fēng)速、平均風(fēng)速、風(fēng)速差值和風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差值上，均小于方形網(wǎng)球場(chǎng)，表明圓形網(wǎng)球場(chǎng)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境穩(wěn)定且風(fēng)速處于舒適和最優(yōu)狀態(tài)的風(fēng)速范圍更大；（2）在相同罩棚剖面形態(tài)下，隨著罩棚頂界面通透率的增加，最大風(fēng)速值、平均風(fēng)速值、風(fēng)速差值和風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差值均逐漸增大，表明頂界面通透率越大，網(wǎng)球場(chǎng)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境穩(wěn)定性越弱；（3）占據(jù)最優(yōu)風(fēng)速范圍比率最大的網(wǎng)球場(chǎng)為圓形平直75%頂界面通透率網(wǎng)球場(chǎng)。綜上所述，根據(jù)滿足觀眾舒適度（舒適：0≤V＜1.45m/s；最優(yōu)：1.45≤V＜3.06m/s；比賽公平性：V＜8.49m/s）的要求，圓形平直75%頂界面通透率網(wǎng)球場(chǎng)表現(xiàn)最優(yōu)，方形下傾75%頂界面通透率網(wǎng)球場(chǎng)表現(xiàn)最差。

表7 風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果

2.5.2 罩棚結(jié)構(gòu)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過模擬結(jié)果分析：（1）方形和圓形網(wǎng)球場(chǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)性能均優(yōu)于桁架結(jié)構(gòu)，但圓形網(wǎng)球場(chǎng)的兩種結(jié)構(gòu)性能差別不大；（2）無論什么罩棚形式，方形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)最優(yōu)，方形桁架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)最差；（3）圓形網(wǎng)球場(chǎng)在屋面變形、各桿件應(yīng)力方面表現(xiàn)優(yōu)于方形網(wǎng)球場(chǎng)（表8、圖10）。

表8 罩棚結(jié)構(gòu)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜上所述：結(jié)構(gòu)性能表現(xiàn)最優(yōu)的網(wǎng)球場(chǎng)為方形平直網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)球場(chǎng)，表現(xiàn)最差的網(wǎng)球場(chǎng)為方形上傾桁架結(jié)構(gòu)網(wǎng)球場(chǎng)。

9 全部網(wǎng)球場(chǎng)模型風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果分析

10 不同結(jié)構(gòu)網(wǎng)球場(chǎng)模型結(jié)構(gòu)性能模擬結(jié)果分析

3 多目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果及設(shè)計(jì)建議

半封閉網(wǎng)球場(chǎng)需要同時(shí)解決風(fēng)環(huán)境性能、結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟(jì)性3個(gè)相互矛盾的問題，因此需要利用多目標(biāo)優(yōu)化方法將不同目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡協(xié)調(diào)和處理達(dá)到整體相對(duì)最優(yōu)。鑒于層次分析法相比其他方法的優(yōu)勢(shì)，本文應(yīng)用其進(jìn)行半封閉網(wǎng)球場(chǎng)多目標(biāo)優(yōu)化[13]。

3.1 基于多目標(biāo)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

將決策的目標(biāo)設(shè)置為最高層，將考慮因素設(shè)置為準(zhǔn)則層，將決策對(duì)象設(shè)置為方案層來建立層次結(jié)構(gòu)模型（圖11）。

3.1.2 構(gòu)造判斷矩陣

考慮主觀因素對(duì)本文研究結(jié)果的影響，因此采用德爾菲法[14]對(duì)本行業(yè)中的12位建筑學(xué)專家進(jìn)行兩輪意見征詢。得到針對(duì)本文的目標(biāo)重要性排序如下：風(fēng)環(huán)境性能＞結(jié)構(gòu)性能＞技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。對(duì)產(chǎn)生該結(jié)果的原因進(jìn)行分析：（1）從建筑學(xué)環(huán)境需求角度：參與本次研究的專家均為建筑學(xué)專業(yè)，在對(duì)權(quán)重進(jìn)行判斷時(shí)多從建筑學(xué)角度出發(fā)，考慮建筑環(huán)境需求比重相對(duì)較大；（2）從空間形態(tài)對(duì)風(fēng)環(huán)境的供給側(cè)角度：建筑學(xué)專業(yè)對(duì)于建筑空間的控制力相對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，即通過建筑設(shè)計(jì)手段調(diào)控優(yōu)化風(fēng)環(huán)境的具有可操作性。

通過Saaty的1-9標(biāo)度法表征判斷矩陣的元素，前文調(diào)查問卷結(jié)果分析表明：風(fēng)環(huán)境性能比結(jié)構(gòu)性能重要得多，其相對(duì)于技術(shù)經(jīng)濟(jì)性重要一些，而結(jié)構(gòu)性能相比技術(shù)經(jīng)濟(jì)性重要一些（表9）。

表9 1-9標(biāo)度法元素

3.1.3 一致性檢驗(yàn)及賦權(quán)分析

判斷矩陣CR＜0.1，通過一致性檢驗(yàn)，可用其歸一化特征向量作為權(quán)向量。通過對(duì)上述矩陣經(jīng)歸一計(jì)算，得出風(fēng)環(huán)境性能、結(jié)構(gòu)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的權(quán)重分別為0.694、0.231、0.075。經(jīng)加權(quán)計(jì)算，數(shù)值越小性能越優(yōu)。由于風(fēng)環(huán)境模擬中，25%通透率網(wǎng)球場(chǎng)綜合表現(xiàn)最好，結(jié)構(gòu)模擬中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)綜合表現(xiàn)最好。因此對(duì)于多目標(biāo)優(yōu)化選取的方案為25%頂界面通透率的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的網(wǎng)球場(chǎng)，其變量為網(wǎng)球場(chǎng)平面與罩棚剖面形態(tài)。

從定量的結(jié)果可以得出（表10）：（1）風(fēng)環(huán)境性能層面：圓形網(wǎng)球場(chǎng)和方形上傾罩棚網(wǎng)球場(chǎng)風(fēng)環(huán)境性能值為0，表示風(fēng)速均在舒適和最優(yōu)范圍內(nèi)，即具有較好風(fēng)環(huán)境性能表現(xiàn)；（2）結(jié)構(gòu)性能層面：圓形網(wǎng)球場(chǎng)相對(duì)方形網(wǎng)球場(chǎng)結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)較差。各網(wǎng)球場(chǎng)結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)最優(yōu)為方形平直罩棚網(wǎng)球場(chǎng)；（3）經(jīng)濟(jì)性層面：圓形網(wǎng)球場(chǎng)相對(duì)方形網(wǎng)球場(chǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性整體表現(xiàn)較差。方形平直罩棚網(wǎng)球場(chǎng)用鋼量最少，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳?；陲L(fēng)環(huán)境性能、結(jié)構(gòu)性能以及經(jīng)濟(jì)性的加權(quán)考量，方形上傾罩棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)球場(chǎng)表現(xiàn)最優(yōu)，圓形平直罩棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)球場(chǎng)表現(xiàn)最差。

表10 網(wǎng)球場(chǎng)多目標(biāo)分析結(jié)果

11 層次分析法結(jié)構(gòu)模型

12 廣州2010亞運(yùn)會(huì)網(wǎng)球場(chǎng)中心，根據(jù)參考文獻(xiàn)[15]改繪12a-廣州2010亞運(yùn)會(huì)網(wǎng)球中心12b-廣州2010亞運(yùn)會(huì)網(wǎng)球中心主賽場(chǎng)剖面

13 天津團(tuán)泊國際網(wǎng)球中心，根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]改繪13a-天津團(tuán)泊國際網(wǎng)球中心13b-天津團(tuán)泊國際網(wǎng)球中心剖面

3.2 網(wǎng)球場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

3.2.1 網(wǎng)球場(chǎng)平面

在新建網(wǎng)球場(chǎng)時(shí)，從風(fēng)環(huán)境性能角度，優(yōu)先選擇圓形平面；從結(jié)構(gòu)性能角度，優(yōu)先選擇方形平面；若同時(shí)考慮兩種性能，方形平面則更具優(yōu)先權(quán)。我國近15年新建的20座專業(yè)網(wǎng)球場(chǎng)中，圓形平面網(wǎng)球場(chǎng)為45%，方形平面網(wǎng)球場(chǎng)為55%，與本文模擬結(jié)果契合（表11）。

表11 我國專業(yè)網(wǎng)球場(chǎng)平面示意

3.2.2 網(wǎng)球場(chǎng)罩棚

從撓度和應(yīng)力角度，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比于桁架結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出更優(yōu)的結(jié)構(gòu)性能。基于風(fēng)環(huán)境和結(jié)構(gòu)性能綜合考慮，方形平直網(wǎng)架結(jié)構(gòu)罩棚表現(xiàn)最優(yōu)，圓形平直網(wǎng)架結(jié)構(gòu)罩棚表現(xiàn)最差。因此新建網(wǎng)球場(chǎng)從結(jié)構(gòu)性能角度結(jié)構(gòu)選型首選網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。對(duì)于有其他因素制約必須選擇桁架時(shí)，可以考慮圓形平面上傾罩棚的組合來削弱桁架結(jié)構(gòu)的不利性能表現(xiàn)。廣州2010亞運(yùn)會(huì)網(wǎng)球中心和天津團(tuán)泊湖國際網(wǎng)球中心均為圓形平面網(wǎng)球場(chǎng)（圖12、13），但分別為桁架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，表明圓形平面的網(wǎng)球場(chǎng)對(duì)于結(jié)構(gòu)的選擇包容性更大。

4 結(jié)語

鑒于我國網(wǎng)球場(chǎng)建設(shè)起步較晚、數(shù)量不足且設(shè)計(jì)粗放，本文以精細(xì)化設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，基于主客觀測(cè)試調(diào)研、風(fēng)環(huán)境與結(jié)構(gòu)性能的數(shù)值模擬和層次分析，提出半封閉網(wǎng)球場(chǎng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并建構(gòu)出針對(duì)風(fēng)環(huán)境和結(jié)構(gòu)選型的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略建議。在建筑學(xué)本體層面，建筑形態(tài)與諸多物理因素（建筑周邊環(huán)境、整體造型、空間形式等）相關(guān)，但在一定程度上受建筑師經(jīng)驗(yàn)研判的影響。半封閉網(wǎng)球場(chǎng)建設(shè)具有系統(tǒng)性和復(fù)雜性，具體設(shè)計(jì)尚需結(jié)合實(shí)際情況。由于篇幅限制，謹(jǐn)以本文拋磚引玉，期待更加系統(tǒng)的綜合研究推動(dòng)半封閉網(wǎng)球場(chǎng)設(shè)計(jì)的發(fā)展?！?/p>