淺談BIM設計在體育建筑中的應用
——以湘潭縣一中體育館為例

龐旭

湖南省建筑設計院有限公司 湖南 長沙 410011

1 建筑單體設計

湘潭縣一中體育館位于湘潭市湘潭縣，項目地點位于湘潭縣一中校區(qū)內(nèi)，西北側(cè)有湘潭縣體育文化廣場，東側(cè)緊鄰金霞山風景區(qū)。體育館按“縣校共用”設計，要求既能滿足學校體育、音樂美術教學要求，同時能滿足縣內(nèi)接待比賽、文化演出和會議的要求，做到“分開管理，合并使用”。

1.1 總平面設計

總平面布局首先注重平面的緊湊性和功能的合理性，體育館分為主副館兩部分，主館部分布置在北側(cè)，靠近城市道路交叉口，便于展示體育館的城市形象，副館布置在南側(cè)靠近教學區(qū)，日常教學中便于學生到達。

考慮到縣校合用的功能要求，設有兩個主入口，其中社會主入口面向貴竹北路，利用道路與基地的高差，舉行社會活動時，外來人員可以直接進入主館觀眾廳，大量的觀眾并不直接進入校園，減少了活動期間觀眾對校園內(nèi)部干擾，有利于體育館承辦校外大型活動。學校內(nèi)部主入口位于體育館西側(cè)，與體育場相對，便于學校開展體育教學活動。

1.2 功能布局

體育館功能布局按“縣校共用，以校為主”的思路進行設計。針對學校使用頻率比比賽頻率更多的特點，在保證比賽基本要求的情況下適當加大體育教學用房面積。

主比賽館中心比賽場地尺寸為36.2×28.2米，可用于籃球、排球、羽毛球、乒乓球等多項比賽。

一層利用看臺下空間設置了校體育教學用房，比賽運動員區(qū)、競賽管理用房等功能用房，根據(jù)使用頻率，體育教學用房布置在采光通風良好的西南兩側(cè)，而將使用頻率較少的比賽管理用房、服務用房布置在內(nèi)側(cè)，運動員用房布置在東側(cè)。

體育館二層為觀眾活動區(qū)，觀眾可由北側(cè)和西側(cè)的大臺階以及東側(cè)大平臺的入口進入入口大廳，再進入座席區(qū)。檢錄設置在運動員區(qū)的南側(cè)，方便賽事使用。主場周邊設置大型環(huán)狀的疏散平臺，平臺周邊設置衛(wèi)生間、小賣部、飲水處等服務用房。

觀眾廳共有觀眾席3240座。普通觀眾席按丙級體育館標準采用無背方凳，座寬0.5m排距0.75m。觀眾廳視線設計視點取籃球場邊線距地面0m處，視線升高差取0.12m，逐排升起。正對比賽館的座位數(shù)為2488，占總席位的70%，絕大部分座位均有良好視線。

比賽館南側(cè)設有舞臺，主舞臺寬20m，進深18m，兩側(cè)設有10寬的側(cè)臺，圍繞舞臺一層布置有化妝間、道具間、演員休息室、貴賓休息室可以滿足演出、會議的功能要求。二層、三層四層布置了與演出相關的音樂教室、排練廳、琴房等音樂教學用房。

訓練館場地包括一片籃球場，三片羽毛球場。夾層處設有部分輔助用房。訓練館和比賽館通過連廊聯(lián)系。

1.3 建筑形式

通過對湘潭縣一中文化的梳理與對基地周邊金霞山環(huán)境的提煉，我們提出了“湘水流金續(xù)70年輝煌” 的設計立意。建筑的整體造型如一個大型的7字，象征著學校建校70周年的輝煌歷史。建筑又如同一道大的波浪，就像金霞山下的湘江水奔涌向前永不停息。建筑與基地旁金霞山形成山水呼應，也使得建筑與環(huán)境產(chǎn)生和諧的對話。

圖1 透視圖

建筑造型采用整體切割的手法，大氣卻又不失生動。在大的體塊形體中，通過局部的穿插，凹凸，使得整個建筑靈動起來。整個建筑外表皮以白色鋁材為主，建筑局部穿插深藍色玻璃幕墻，虛實結(jié)合。建筑風格體現(xiàn)時代感、整體性和文化氣質(zhì)。方案平面方整，體型簡約端莊。建筑立面設計樸素大方，富有韻律感。采用白色，深藍色結(jié)合色調(diào)，體現(xiàn)文體建筑的運動與優(yōu)雅，也呼應整個校園建筑的色調(diào)，融入其中，形成明快簡約生動、富有現(xiàn)代感的氣氛。（圖1 透視圖）。

1.4 流線設計

（1）學校日常教學流線

學生和老師由西側(cè)三個入口進入各體育活動房間，由大踏步進入觀眾廳和訓練館。

南側(cè)一層局部架空設有出入口，服務琴房、排練廳等音樂美術教學用房。

（2）校外賽時流線

運動員流線：運動員可通過一層東側(cè)入口經(jīng)檢錄進入比賽場。

裁判及競賽管理人員流線：由一層東北側(cè)門廳進入比賽場。

貴賓流線：由東南側(cè)門廳可直達貴賓席。

觀眾流線：在4.5標高處由東側(cè)入口直接從貴竹北路進入觀眾門廳。

（3）校外會議、演出流線

演員流線：由西側(cè)演員入口進入主臺。

會議領導流線：北側(cè)入口進入主席臺。

觀眾流線：觀眾由東側(cè)二層主入口廣場以及建筑北側(cè)和西側(cè)的大踏步進入二層的室外疏散平臺，進入觀眾門廳，由此進入看臺。

殘疾觀眾流線：殘疾觀眾通過東側(cè)二層主入口廣場的無障礙升降平臺或建筑西側(cè)的無障礙坡道進入，經(jīng)由觀眾門廳進入比賽場地內(nèi)的場邊無障礙專座。

1.5 疏散設計

對于大型比賽場館、人員密集場所建筑來說，安全疏散是核心問題。在本項目中，根據(jù)規(guī)范要求復核疏散寬度和疏散時間。主賽場為三層通高的空間，具有3240座觀眾席，單獨設為一個防火分區(qū)，設有6個出入口通向室外。比賽場地共設有4個出入口通向室外，疏散總寬度為7.6米。

（1）疏散寬度：根據(jù)《體育建筑設計規(guī)范》JGJ31-2003中表4.3.8的要求，對平坡地面的門和走道的疏散寬度指標應取0.43米/100人，樓梯的疏散寬度指標應取0.50米/100人；

所需看臺出口總寬度：3240/100×0.43=13.9M；設計中出口總寬度：2×2.5+4*3.2=17.8＞13.9M；全部觀眾疏散至室外地面所需安全樓梯寬度：3240/100×0.5=16.2M，

現(xiàn)設計中樓梯總寬度：1.4×2+16.4+11.3+13.6=27.7＞16.2M；滿足體育建筑設計規(guī)范0.5M/百人的疏散要求。

（2）疏散時間：控制疏散時間—指看臺區(qū)域觀眾從看臺出口全部疏散出去的允許最長時間，我國體育建筑設計規(guī)范條文說明為體育館3-4分鐘。

取最不利看臺區(qū)域的北側(cè)看臺進行計算。其中，疏散人數(shù)最多的出入口所需疏散觀眾人數(shù)為650人。按《體育建筑規(guī)范》要求，室內(nèi)看臺平坡地面每百人疏散寬度為0.43M，階梯、樓梯為每百人0.50M。

該看臺區(qū)域所需總疏散寬度應大于等于：650/100×0.43=2.79M；

所需樓梯間總疏散寬度應大于等于：

650/100×0.5=3.25M。

現(xiàn)設計該處看臺疏散口最小寬度為3.2M，可容納6股人流。室外疏散臺階最小寬度為：16.4M，可容納30股人流。

看臺觀眾的疏散時間為650/（6×43）＝2.51min＜4min

2 BIM設計的運用

該項目造型獨特，結(jié)構復雜，為單曲面屋蓋系統(tǒng)，采用大跨度屋面空間網(wǎng)架，同時屋面限高24米。異形建筑如何施工，以及復雜形建筑內(nèi)部設備綜合管網(wǎng)與網(wǎng)架不發(fā)生沖突并保證建筑內(nèi)部空間經(jīng)濟有效的使用是本項目的兩大難題。一般來說，建筑在施工時按照平面圖紙搭建即可，而由于體育館造型復雜，施工難度大，特別是外立面幕墻的劃分，在施工前必須要借助BIM的三維模型，根據(jù)模型能看出放大后的每個細節(jié)，包括幕墻分格尺寸、百葉的位置、構件尺寸等等。由于受造型限制，管線的施工也必須在BIM模型里面進行排布，之后再現(xiàn)場施工，這樣才能確保施工的質(zhì)量并避免反復更改。通過全專業(yè)建立的revit模型，整合在一起，解決了體育館的復雜造型；利用BIM手段解決傳統(tǒng)的二維設計手段較難解決的復雜區(qū)域管線綜合問題。在BIM打造的可視化平臺中解決了多專業(yè)協(xié)調(diào)問題，如復雜外立面幕墻，鋼結(jié)構，內(nèi)裝空間等，并對其進行了合理的分配。如此一來，體育館項目的兩大難題迎刃而解。

通常設計過程中，針對大型比賽場館、人員密集場所建筑安全疏散設計的合理性、正確性,只能進行平面設計，僅通過疏散速度、疏散寬度計算疏散時間，對于疏散路徑和人員構成都不能定量分析，無法驗證設計結(jié)果的科學性。通過基于BIM打造的可視化平臺，選擇pathfinder軟件進行消防疏散分析，能夠設定人員類型和各人員占比、行走速度以及行為模式，以圖表和視頻的方式展示模擬的結(jié)果。動態(tài)視頻可以清晰的看到人員疏散的路徑和疏散過程；圖表可以梳理出疏散口設置和疏散寬度的合理性。本項目經(jīng)過分析模擬，清晰地得出每個疏散門的疏散密度、疏散人數(shù)和總體的疏散時間。由于北向看臺觀眾過多，后排座椅人員不能有效地往疏散口運動，處于等待狀態(tài)，影響疏散時間，為了解決這個問題，我們將北向看臺縱走道的盡端加寬成喇叭口，將結(jié)果進行比對，發(fā)現(xiàn)在每個疏散門的疏散人數(shù)不變的情況下，因等待時間縮短而使疏散時間縮短了30秒。在最終的設計中，我們采用了這個優(yōu)化設計。

基于BIM平臺的消防疏散分析為大型公建的消防疏散設計提供支撐與技術驗證，擴充了BIM的性能化分析的內(nèi)容，為如何能更好地利用BIM進行各方面的探索提供了范例。

3 結(jié)束語

湘潭縣一中體育館是體育建筑的典型案例，從總平面設計、功能布局、造型設計、流線分析和疏散分析等方面做了細致考慮和詳細設計，并在BIM設計運用方面做了一定的探討。BIM從設計出發(fā)，通過模擬驗證，再修正設計。BIM設計從多方面對平面二維設計圖紙進行了補充。