基于生態化理念與策略的深圳壩光體育中心概念設計研究

丁典 羅鵬 袁路

摘要：基于生態化理念與策略探討體育建筑的設計方法。綜合生態學理論與體育建筑特點，分析體育建筑設計中的生態化理念與生態化策略。從環境因素出發，強調人與自然的合作共生關系，基于界面生態化設計、能源生態化利用、空間生態化布局等角度進行具體設計研究。完成深圳壩光體育中心的生態化設計。為體育建筑的生態化設計提供理論基礎與案例參考。

關鍵詞：體育建筑設計 生態化理念 生態化策略 壩光體育中心

中圖分類號：TU245.2 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2020）02-0032-04

引言

隨著節能環保觀念和可持續發展意識的不斷增強，捕捉與傳達建筑的生態潛質，已成為當代體育建筑創作的主要方向之一[1]。建筑的生態化設計需要在前期綜合考慮與設計相關的生態環境問題，從概念開發階段就引進生態要素，并與傳統的建造要素如成本、質量、技術可行性、經濟有效性等進行綜合考慮，在設計中將生態環境特性看作是提高建筑競爭力的一個重要途徑[2]。體育建筑因為直接關乎人們的運動與健康，設計創作更應融入生態化理念，強調人與自然的合作共生關系。

一、體育建筑的生態化理念

英國著名生態學家Aulay Mackenize指出，生態學是研究有機體與其環境相互作用的科學。“環境”是指物理環境（溫度、水、風等）和生物環境（對有機體的、來自其他有機體的任何影響）的結合體[3]。生態建筑學以人類棲息的建筑為研究主體，關注建筑所處環境與人類活動之間的相互作用關系。體育建筑生態設計，就是將建筑融于自然，保持地方和區域的生態環境特色，利用生態建筑設計手法與技術實現建筑的節能環保，為運動的人們提供適宜而健康的環境。生態建筑設計的總體目標看似普通，即建筑物光線充足、冬暖夏涼、健康舒適、節省能源、經久實用，促進人與自然的健康發展，但是要真正貫徹落實并不容易。現代社會自然環境脆弱，土地資源寶貴，各種能源緊缺，而體育建筑受限于競技訓練與觀演集會的需求，具有空間大、能耗高的基本特征。研究體育建筑的生態設計，一方面契合了節能減排的公共建筑設計主題，另一方面也通過設計這個媒介向大眾傳播綠色建筑與可持續的發展觀念[4]。基于生態設計的體育建筑應該是在全壽命期內最大限度地節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效地使用空間的建筑[5]。

二、體育建筑的生態化策略

（一）界面的生態化設計。體育建筑的界面又手于周邊環境的控制和利用具有重要的價值。通過體育館屋頂界面與側界面形態開窗的設計以及圍護結構材質的合理選擇，可以達成建筑對于氣候環境的積極響應，主要包括自然采光、防止運動場地眩光、冬季抗寒保溫、夏季通風防曬、降噪隔音等功能。通過雙層屋面及雙層幕墻等可變界面的合理設計，可以在體育館內外部產生風壓差與熱壓差，形成氣流的流動循環，以被動式手段滿足溫度、濕度等室內物理環境需求。透明幕墻也常見于體育建筑設計中，有利于采光、視線通透與塑造建筑外形效果，其在保溫隔熱與遮陽方面的弊端可以通過玻璃著色、陶瓷釉料覆膜、增加空腔等多種方式改善。此外，綜合應變也十分重要，界面設計要在隔熱、通風等基本功能之間尋求平衡，最終實現設計性能的最優化。

（二）能源的生態化利用。體育建筑能源使用中應當充分調動太陽能、風能、雨水、地熱等可再生自然資源，減少對石油、煤炭等不可再生資源的依賴，同時控制能源對周邊環境的污染。結合地域具體的氣候特征，通過總結太陽運行規律和風的形成規律，針對冬夏季太陽輻射得熱和主導風向變換，利用不同材料的蓄熱和隔熱性能，增加能源貯存效率，被動化減少能源使用。如亞特蘭大奧運會水上運動中心，以大量太陽能光電板和集熱器覆蓋了場館的能源消耗還有盈余[3];日本札幌穹頂通過設置可移動墻體建構“風道”來減少機械通風的能耗[6]。此外，建筑系統應當具備高能效的供暖、通風、制冷等主動設備，保證能源的轉化效率。

（三）空間的生態化布局。除了界面、能源等“硬性”的可衡量式的生態化手法，在體育建筑設計中相對“軟性”的是空間上的合理規劃與布局。場地環境、組群關系、建筑形態、單體空間組織等要素都會影響生態化設計的開展。如在夏熱冬暖地區，體育館比賽廳與訓練館之間常采用分離式的布置策略，以加強夏季的通風散熱效果。在夏熱冬冷地區，通過合理的外廊設計，使得比賽廳空間與外部環境之間形成隔層，冬季保溫夏季降溫[7]。而在嚴寒地區，冬季的保溫更為重要，從體形系數的角度考慮，近圓形的建筑平面對生態節能更為有利，可以盡量多地選擇圓形建筑平面。在體育建筑設計中，因地制宜布局空間是生態化策略重要的一環。

三、設計案例——深圳壩光體育中心概念設計

（一）項目背景

壩光片區地處深圳大鵬半島東北端，西南臨排牙山，東北與惠州大亞灣相接。片區三面環山，一面靠海，具有得天獨厚的生態與資源優勢。占地面積約31.9平方公里，擁有16公里的沿海岸線，綠地覆蓋率達70%以上。平均氣溫22.5℃，平均風速2.5米每秒，氣候舒適度較高。2013年11月，深圳市政府將壩光片區確定為國際生物谷的核心啟動區，對其進行規劃建設，要求壩光片區盡可能保持濱海岸線的原生態邊界和風貌，維護岸線地帶的自然形態和生物群落的完整性。

（二）整體規劃

1.采用“一心兩翼三片區”的空間規劃結構。“一心”為城市延續至濱海區域的中心;“兩翼”為網球館和體育多功能綜合館組成的兩大運動核心;“三片區”分別為北側網球場外的健身場地區，東側的濱水休閑場地區，南側與壩光廣場結合的廣場休閑娛樂區。整體規劃布局如圖1。

2.采用“融景”與“借景”的景觀布局思想。“融景”指將體育中心消隱于自然環境之中。大面積利用屋面和平臺創造綠化和活動空間，解決基地內部用地緊張的問題，優化綠地率與建筑密度。在賽時交通組織中充分利用地形高差，將觀眾人流與特殊人員（貴賓、運動員、媒體記者、場館工作人員）的人流分層布置，避免交叉;在賽后交通組織中結合綿延的坡道與平臺，將地下廣場作為交通紐帶，形成立體的交通空間與觀景層次，將人流疏散融于綠色景觀之中。“借景”指將濱海景色盡可能引入體育中心內部。在東西方向上，通過架空入口以及下沉處理，將兩側的景觀打通形成視線通廊;在南北方向上，將南側休閑娛樂區與壩光廣場結合，將北側健身場地與戲水平臺結合，形成建筑內部空間與室外場地空間的對話，通過透明界面將外部景觀引入建筑之內，最大化利用自然資源。

（三）單體建筑設計

1.設計理念與方案生成

設計理念主要源于三個方面：

（1）形態的“整體性”。建筑形態從基地環境和景觀條件出發，整體造型沿海面展開，宛如向海展翅的羽翼，蓄勢飛翔，自由舒展，與海浪遙相呼應。體育館、游泳館、網球館三個單體運動館聯動，沿海心路方向依次布置在如海浪般律動的綠色大屋蓋之下。由于建筑有15米限高要求，在建筑布局上將對高度要求較低的游泳館下沉處理，借助玻璃幕墻打開沿海界面。體育中心效果圖如圖2、3。

（2）空間的“參與性”。針對基地內部用地緊張的問題，利用建筑不同高度的屋面和平臺，引入人流，創造多層次綠化及活動空間。通過坡道聯系地下、地面、屋面空間，創造綿延的漫步道和觀海景觀道，提升人與建筑的互動性，創造運動與休閑娛樂相結合的群眾性體育活動綜合體。建筑空間中的人群活動與海景、樹景的視線關系如圖4。

（3）氣候的“適應性”。以性能為導向驅動體育中心積極回應地域氣候，實現生態建筑理念。借助軟件模擬分析，盡可能爭取自然采光通風，同時壓低建筑高度，柔化建筑邊緣，削弱強風對于建筑的影響。此外，運用“海綿城市”的設計思想，貫徹生態設計技術，立體化、多層次收集雨水徑流。

方案的生成過程如下：首先，保證籃球館、游泳館、網球館三個場館的使用尺度需求，發現受限于基地面積，場館并排連接會阻隔陸地與海平面的連通性;其次，將游泳館旋轉90°并往地下方向下沉，把游泳館的屋頂平臺作為觀海平臺使用，獲得良好視野的同時改善場地的通風環境;再次，利用沉降和交錯創建多層次的平臺空間，使建筑在局限的場地內獲得通透性和豐富性;最后，調整建筑的整體形態，使主入口和沿海平臺獲得更多的緩沖空間，而籃球館和網球館與廣場呼應的立面面積更大，得到最終方案的形體基礎。體育中心形體與空間的生成過程如圖5。

2.空間布局

體育館總建筑面積為11589m²，建筑層數地上3層，地下1層，總坐席數2061個，其中固定坐席1478個，建筑采取空間網架結構。一層布置可容納2塊標準籃球場的比賽館。場地尺寸為38m×45m，可滿足籃球、排球、乒乓球、羽毛球等體育比賽的要求。布置盡可能多的活動坐席，兼顧文藝演出、會展、商品發布會等的需要。圍繞比賽館布置體育比賽的功能用房，共分為5個區：運動員區、新聞媒體區、貴賓區、競賽組織區和辦公區;二層為觀眾服務區;三層為觀眾坐席層，布置大屏幕控制室和評論席;地下層布置跆拳道訓練館。游泳館總建筑面積6234m²，總坐席數210個。地下層布置可以容納25m×50m的標準比賽泳池。圍繞比賽場地布置功能用房，其中貴賓區和運動員區與體育館共享。觀眾由游泳館首層進入場地，在場館北側結合沿海景觀設計為觀海健身用房，因地制宜提供舒適宜人的鍛煉場所。網球館總建筑面積4034m²。首層布置可以容納2片標準網球比賽的場地。圍繞比賽場地布置功能用房，利用一側通高空間布置攀巖巖壁，提高建筑利用率，盡可能節約有限的資源，體現生態化設計理念。體育中心平面布置如圖6-9，東西向剖面如圖10。

體育館南側設置活動隔墻，可面向壩光廣場一側開放，結合廣場活動布置更多活動坐席。同時，將立體公園環繞建筑，充分發揮其休閑性，形成自然的外部市民健身步道，創造運動休閑活動空間。賽時外場與內場聯系處作為觀眾廳，直接對觀眾服務;賽后外場變為完整的大廳，利于組織健身、舞蹈等集體活動以提高體育館在非賽時的利用率，如圖11、12。

3.生態技術設計

（1）通風設計。方案結合壩光當地風環境進行Ecotect軟件模擬分析，分別模擬了標高1.00m、3.00m、6.00m、9.00m、12.00m和13.00m的6個高度段風速圖，觀察體育中心東西兩側的風速分布情況，如圖13所示。通過多次調整建筑形態獲得了理想的通風效果，體育中心面海方向設立通透觀海平臺，在提供良好海景的同時，有效保證建筑東西兩側的自然通風性能。建筑的屋面兩側挑高，中間壓低，使氣流在較低標高處即可產生對流，減弱對基地自然風環境的阻隔。沿曲線屋面設有跌落式的高側窗，進一步加強通風效果。

（2）采光設計。考慮到體育中心地處較為炎熱的氣候區，建筑立面的通透玻璃是造成能源消耗的主要問題[8]，因此方案的自然采光均經過了額外的設計處理，主要來源于三種途徑。第一，在體育館的短邊設有較大面積的玻璃幕墻，同時輔以可變高度的活動結構，借助內嵌百葉適時調配光線，以滿足場地在不同時段的照度需求。當晴天陽光充沛時百葉可以完全落地，為室內提供柔和光線并且避免眩光，當陰天時百葉收起，盡可能地補充室內光照;第二，在體育館屋面設有多層次的側天窗，利用屋面弧度階梯式疊落，天窗在東西方向對稱分布，進一步增加觀眾看臺的自然光照明;第三，在體育館長邊使用具有透光構造的穿孔鋁板包覆，通過不同大小的孔洞為環繞運動場地的輔助用房引入多角度的柔和光線，同時在外部立面上也具有統一的肌理效果。

（3）多層次海綿系統設計。基于“低影響開發”（LID）的理念，在方案設計中將雨水大規模集中排放轉變為小徑流的傳遞。基地環境中雨水徑流依次通過屋頂綠化、墻面綠化、地面綠化三大系統，基于種植的土壤和植物群落，層層凈化過濾，以生物媒介吸收和蒸發雨水，最終回收利用。屋頂綠化和墻體綠化具有“絕緣”功能，在夏季減緩太陽輻射的傳遞速度，在冬季削弱風荷載造成的影響。地面綠化系統中涵蓋了停車場、沿海堤岸、城市街道、綠地公園等多種類的海綿系統，如圖14所示，收集的雨水最終匯入地下儲水箱，應對暴雨時可以防止城市內澇，日常儲水經過過濾處理后可以重復用于廁所沖洗與景觀灌溉。總體而言，雨水處理與多層次景觀平臺設計相結合，積極引入城市綠脈，并在場地中向橫向延伸、縱向滲透，形成一個立體化多層次的生態建筑系統。

（4）其他綠色建筑措施。方案采取多種主動式節能與被動式節能措施。使用柔性太陽能電池板覆蓋具有弧度的建筑屋頂，供給建筑系統部分運行能耗。依據基地環境的海風優勢和文丘里管效應，高側天窗在建筑內部產生自然的風壓通風，而在夏季高溫情況下也有利于內部的熱壓通風。基于建筑中具體位置的照度和熱輻射需求，分別采用low-e玻璃、防眩光玻璃、smartshade玻璃等新型節能玻璃技術，營造節能舒適的室內光環境。

結論

建筑作為社會中最重要的能源使用主體之一，其可持續發展性越來越受到重視。相比于傳統的設計手法，體育建筑的生態化設計強調了建筑與自然環境的交互作用，賦予建筑使用者良好體驗的同時被動化節約資源。在未來體育建筑的設計創新中建筑師應當更加注重生態化理念與策略的實踐，以廣泛的視野來研究體育建筑與自然環境間的關系，從而更好地把控體育建筑的發展趨勢。

基金項目：國家自然科學基金面上項目支持，項目編號51678177。

參考文獻

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