全專業(yè)性能化融合的體育建筑整體設(shè)計策略

孫彥亮

1 全專業(yè)性能化融合的整體設(shè)計策略

1.1 基于整體理念的全專業(yè)性能化融合

總體來說我國建筑業(yè)相對粗放和碎片化，作坊式的設(shè)計與建造模式往往無法應(yīng)對較為大型和復(fù)雜的項目。因此，筆者及所在團隊從設(shè)計開始就在思考與探索適應(yīng)于體育場館等復(fù)雜建筑需求的科學(xué)設(shè)計方法。

基于復(fù)雜科學(xué)思維形成的世界觀認(rèn)為，世界被當(dāng)成一個不可分割、動態(tài)的整體，它的組成部分之間本質(zhì)上是相互作用的?；趶?fù)雜科學(xué)思維的整體設(shè)計觀認(rèn)為，建筑各個系統(tǒng)既有獨立性和邊界，同時也存在著相互關(guān)聯(lián)和整體性。體育建筑作為一個復(fù)雜的建筑系統(tǒng)，應(yīng)該是一個有機的整體?；谡w理念的理性設(shè)計，需要從建筑整體性來探究影響各技術(shù)專業(yè)的構(gòu)成要素，用系統(tǒng)化的思想統(tǒng)籌各專業(yè)在建筑整體性能方面的出色表現(xiàn)。全專業(yè)性能化融合的建筑實踐特點是建筑專業(yè)全面地與結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備等專業(yè)協(xié)同整合設(shè)計，最終實現(xiàn)在建筑效果、綠色節(jié)能、功能實現(xiàn)等多方面設(shè)計目標(biāo)的統(tǒng)一協(xié)同。

1.2 基于理解互信的各專業(yè)創(chuàng)作參與

全專業(yè)性能化融合的整體設(shè)計需要建筑師與結(jié)構(gòu)工程師、機電工程師等在設(shè)計的開始階段就針對設(shè)計目標(biāo)量身打造一套完整的設(shè)計策略。在設(shè)計的推進(jìn)過程中，建筑師需要結(jié)合自己的設(shè)計理念和各專業(yè)工程師充分溝通，以實現(xiàn)設(shè)計構(gòu)想。

在體育建筑的設(shè)計中，多專業(yè)的溝通包括如何通過結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)建筑和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，以及在此基礎(chǔ)上主要機電管線的設(shè)置規(guī)則等。全專業(yè)性能化融合的設(shè)計思路將超越單一的專業(yè)視角，平衡不同專業(yè)的設(shè)計目標(biāo)，實現(xiàn)建筑性能最優(yōu)化。

1.3 全專業(yè)性能化融合的整體設(shè)計策略

對于體育建筑來說，結(jié)構(gòu)是建筑的骨骼，結(jié)構(gòu)技術(shù)時刻影響著建筑形式。結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑創(chuàng)作的一部分，在實現(xiàn)建筑之美的同時，也展示了自身的結(jié)構(gòu)之美。

為了改善建筑的空間品質(zhì)和舒適度，建筑設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)運而生。設(shè)備系統(tǒng)是現(xiàn)代體育建筑的必要組成，設(shè)備構(gòu)件也是建筑空間的重要組成部分。因此，在設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮設(shè)備對建筑空間的影響。

建筑師主導(dǎo)的全專業(yè)性能化融合設(shè)計，以建筑功能布局優(yōu)化和空間品質(zhì)全面提升為出發(fā)點，從整體設(shè)計的角度對各專業(yè)提出具體的技術(shù)要求和建議。最終將建筑師的美學(xué)觀念滲透到結(jié)構(gòu)形式和機電管線的排布設(shè)計中，從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機電設(shè)備不再成為建筑空間的視覺障礙，而是和建筑形成有機整體。

本文通過筆者作為工程主持人或?qū)I(yè)負(fù)責(zé)人參與的薩摩亞太平洋運動會綜合體育館、五棵松冰上運動中心及白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館三個體育建筑設(shè)計實踐，探討設(shè)計中如何超越單一專業(yè)視角，以基于建筑整體概念的理性原則，把握好設(shè)計總體目標(biāo)及各專業(yè)要求間的平衡，詮釋全專業(yè)性能化融合的整體設(shè)計理念。

2 設(shè)計實踐

2.1 有限條件下的整體設(shè)計策略——薩摩亞太平洋運動會綜合體育館

（1）建筑概況

2019年7月7日—20日，第16屆太平洋島國運動會在薩摩亞成功舉辦。薩摩亞太平洋運動會綜合體育館（以下簡稱“綜合體育館”）承擔(dān)了此次運動會大部分室內(nèi)項目的比賽（圖1）。

援外項目大多位于欠發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟社會發(fā)展水平、生活習(xí)慣及自然氣候都同國內(nèi)有很大差別，因此援外項目不能簡單照搬國內(nèi)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣做法，而是要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況和需求，在有限的條件下建設(shè)實施。

（2）地域建筑形態(tài)與適宜綠色設(shè)計

薩摩亞地處赤道地區(qū)，氣候炎熱，降雨頻繁，各個島嶼植被茂密，蚊蟲繁盛。當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)建筑主要為干欄式，稱為“法雷”?！胺ɡ住蔽菝嫫露容^大，利于排水，重視遮陽通風(fēng)，能夠很好地適應(yīng)當(dāng)?shù)夭煌牡匦?，同時能夠有效隔絕潮濕氣候，避免地面有害蚊蟲對日常生活的影響。

綜合體育館采用本土生產(chǎn)的低能耗與可再生材料，體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)文化特色。設(shè)計根據(jù)氣候條件及使用習(xí)慣，借鑒“法雷”的建筑形式，采用利于自然通風(fēng)的半開敞式設(shè)計。薩摩亞當(dāng)?shù)亟涤觐l繁，建筑屋頂在山墻面觀眾平臺處適當(dāng)出挑，起到遮陽擋雨的作用，同時結(jié)合建筑主入口形成圓形的意象，與“法雷”端部圓形的形式產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。百葉、外露的鋼結(jié)構(gòu)及比賽大廳頂面噴涂木色氟碳，還原了當(dāng)?shù)啬緲?gòu)建筑溫馨怡人的環(huán)境氛圍。

設(shè)計充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和運營條件，充分利用自然通風(fēng)采光，既有效降低能耗，又能減少日常運營的負(fù)擔(dān)。綜合體育館在比賽大廳兩側(cè)底部及山墻處設(shè)置通風(fēng)百葉，滿足建筑日常的通風(fēng)需求。在賽后運營期間活動百葉可以全部打開，使比賽大廳成為半開敞的活動空間。綜合體育館大廳兩側(cè)設(shè)置高側(cè)窗，賽后只需要少量照明便可達(dá)到訓(xùn)練、會議和健身等功能的照度要求。

（3）有限條件下的整體空間優(yōu)化

在綜合體育館的設(shè)計中，結(jié)合項目特點在有限條件下進(jìn)行了全專業(yè)性能化融合實踐，打造了一套完整的建筑與結(jié)構(gòu)、機電整合策略。設(shè)計過程中經(jīng)過不同屋面結(jié)構(gòu)形式的比選，選用了便于現(xiàn)場組裝的鋼桁架結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)桁架的桿件截面尺寸及空間形式，將通風(fēng)管道和檢修馬道同時設(shè)置在桁架間的中空位置，解決了體育場館室內(nèi)效果和功能舒適度要求之間的矛盾，在有限的條件下高效地實現(xiàn)了建筑性能最優(yōu)化（圖2-4）。

2.2 高性能目標(biāo)的整體設(shè)計策略——五棵松冰上運動中心

（1）建筑概況

五棵松冰上運動中心為2022年北京冬奧會的冰球訓(xùn)練館，項目位于北京五棵松文化體育中心的東南角，緊鄰長安街。建筑面積38 400m，內(nèi)含一塊標(biāo)準(zhǔn)的冰球比賽場，一塊標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練場，除此之外還包括劇場、比賽配套服務(wù)、體育文化互動體驗等功能設(shè)施（圖5）。

五棵松冰上運動中心按超低能耗標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和建造，已獲得中國綠色建筑三星設(shè)計標(biāo)識，是目前全國最大的超低能耗體育場館。

（2）“冰菱花”的設(shè)計建構(gòu)

五棵松冰上運動中心立面以格柵45°斜向交叉構(gòu)件表現(xiàn)出“冰菱花”的設(shè)計意象，立面內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與冰菱花形態(tài)的幕墻格柵構(gòu)件部分重合，讓使用者由內(nèi)到外均可感受到冰雪意象。建筑采用斜向交叉的巨型桁架結(jié)構(gòu)體系，與冰菱花格柵形態(tài)同構(gòu)，建筑、結(jié)構(gòu)的邊界越來越模糊。在冰菱花符號與桁架結(jié)構(gòu)的同構(gòu)關(guān)系中，通過整體協(xié)同設(shè)計呈現(xiàn)出高品質(zhì)的空間效果。

（3）高性能目標(biāo)的全專業(yè)協(xié)同設(shè)計

出于商業(yè)運營及體育產(chǎn)業(yè)充分融合的考慮，在地下2層冰場上方設(shè)置了包括劇場、體育文化互動體驗中心等文化娛樂配套設(shè)施，雖為建筑的賽后運營提供了更多契機，但對于設(shè)計的挑戰(zhàn)卻是巨大的。建筑位于長安街延長線，有嚴(yán)格的限高要求，為了實現(xiàn)不同功能的疊加，常規(guī)的設(shè)計將會突破建筑限高。設(shè)計將大跨度的訓(xùn)練場地置于建筑下部，其他使用功能設(shè)置于建筑上部。南、北冰場上空各布置八榀巨型斜向交叉鋼桁架，滿足了地下2層體育運動場地的大跨度空間需求。

鋼桁架結(jié)構(gòu)在地上部分只占用建筑空間的分割區(qū)域，結(jié)構(gòu)高度不占用建筑空間，在有效降低建筑凈高和不同功能空間疊加的前提下實現(xiàn)大空間的功能需求。通過各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，完美地克服了建筑功能和苛刻限制條件之間的矛盾（圖6）。

作為目前全國最大的超低能耗體育場館，五棵松冰上運動中心從“降低需求、提高能效、開源補強”三個維度進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計，充分預(yù)留設(shè)備機房及路由，將建筑師的美學(xué)觀念滲透到機電管線的排布設(shè)計中，使設(shè)備管線的擺放根據(jù)建筑模數(shù)整合布置，實現(xiàn)建筑空間的整潔美觀（圖7）。

2.3 彰顯地域文化的整體設(shè)計策略——白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館

（1）建筑概況

白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館項目占地5.59萬m，建筑面積約4萬m，可容納觀眾6 000人。游泳館各項參數(shù)設(shè)計符合國際泳聯(lián)（FINA）標(biāo)準(zhǔn)要求，可用于舉辦歐錦賽等各級別游泳、藝術(shù)游泳、水球、跳水等國際賽事。

1 綜合體育館建筑外觀

2 綜合體育館比賽大廳內(nèi)景

3 綜合體育館設(shè)計構(gòu)成分析

4 綜合體育館全專業(yè)性能化示意圖

5 五棵松冰上運動中心外景

白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館不僅僅是一座游泳中心，更是一座承載了國家榮耀、體育精神和人民健康的殿堂。項目建設(shè)用地緊鄰明斯克城市一環(huán)線，位置優(yōu)越，交通便利，每到華燈初上，游泳館就像一顆熠熠生輝的寶石鑲嵌在城市的項圈之上。

（2）地域文化和民族精神關(guān)聯(lián)下的元素提取

大型標(biāo)志性公共體育建筑要集中體現(xiàn)所在區(qū)域的社會歷史文化審美取向和建筑象征。設(shè)計從當(dāng)?shù)靥赜械娜宋臍v史氛圍及傳統(tǒng)元素出發(fā)，努力體現(xiàn)地域傳統(tǒng)文化，注重表達(dá)時代精神。建筑主立面造型由白俄羅斯國旗上的民族紋飾提煉而成。紅色的菱形圖案作為造型與立面設(shè)計的母題，象征并展現(xiàn)著白俄羅斯的傳統(tǒng)精神與民族魅力。主立面由單個菱形單元復(fù)制而來，呈現(xiàn)出典雅端莊的韻律，五個菱形“手拉手”也象征著中白友誼（圖8,9）。

（3）結(jié)構(gòu)、空間、形式的整體實現(xiàn)

在白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館的設(shè)計中，既沒有片面追求建筑的造型而忽視空間的功能使用，也沒有違背建筑的結(jié)構(gòu)邏輯體系，而是實現(xiàn)了建筑形式與結(jié)構(gòu)邏輯、空間關(guān)系高度統(tǒng)一共生。

建筑師在創(chuàng)作過程中與各專業(yè)工程師緊密合作。結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了空間剛度大、整體性強、經(jīng)濟性好的三向交叉空間桁架，滿足了結(jié)構(gòu)承載力和剛度需要。屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、單元重復(fù)的特征能夠有效節(jié)省工期、節(jié)約造價，同時建筑的造型體現(xiàn)了當(dāng)?shù)匚幕卣?。而且折型屋面的高點恰好為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這樣可以在滿足空間凈高的前提下降低建筑高度，減小建筑體積，有效降低能耗。在觀眾廳區(qū)域，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的中空位置設(shè)置設(shè)備機房，充分利用建筑中的消極空間，提高空間效率。

為了展示結(jié)構(gòu)之美，結(jié)構(gòu)設(shè)計與幕墻設(shè)計、室內(nèi)設(shè)計、機電設(shè)計整體協(xié)同，將建筑形式、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、機電設(shè)備管線、設(shè)備末端和材料構(gòu)造進(jìn)行高度的設(shè)計整合。建筑表皮、室內(nèi)裝飾不再是簡單疊加，結(jié)構(gòu)骨架也不僅僅是為建筑提供支撐，在整體的設(shè)計策略中它們的界限變得模糊，充分展示出了建筑的整體之美（圖10）。

3 結(jié)語：基于整體建構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)

全專業(yè)性能化融合的整體設(shè)計策略要求建筑師站在建筑全局角度，跨越單一的專業(yè)領(lǐng)域邊界，從整體設(shè)計目標(biāo)出發(fā)對其他各個專業(yè)進(jìn)行整合設(shè)計，創(chuàng)造出高品質(zhì)的建筑作品，讓整體的技術(shù)營造呈現(xiàn)出建筑的精神價值，這是對當(dāng)代建筑中各專業(yè)各自為政和泛視覺化的直接抵抗，也是基于建筑自主性思考的建筑學(xué)科價值的回歸。

6 五棵松冰上運動中心結(jié)構(gòu)及整體設(shè)計示意圖

7 五棵松冰上運動中心冰球場地內(nèi)景

8 白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館透視圖

9 白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館造型由民族紋飾中提煉

10 白俄羅斯國際標(biāo)準(zhǔn)游泳館整體設(shè)計示意圖

1,2 Charles Netzler 攝影

3,4,6,7,9-11 北京市建筑設(shè)計研究院有限公司提供

5,8 張哲鵬攝影