大型體育場館設計研究與實踐

鄧洪波，馮 晶

（1.重慶杰地建筑設計有限公司，重慶 401123；2.重慶市設計院有限公司，重慶 400015）

1 項目背景

1.1 規劃條件

賽事中心項目位于城市新區，用地性質為A4體育用地；總用地面積19.86hm2，其中：專業足球場用地約15.9hm2，體育館用地約3.94hm2。

1.2 區位與環境

項目基地距離主城區中心約28km，四周均為城市道路所圍合，南、北、東三個方向道路中部均規劃有下穿道路；東面是快速路，規劃有軌道交通線并在基地東南角設有出站口，是主要的交通及人流來向；基地周邊規劃有多個公交站點，交通便捷。

基地東西寬約550m、南北寬約470m，位于規劃中的體育小鎮東端；小鎮規劃了“一軸、一心、一帶、四區”的空間格局，賽事中心是整個體育小鎮的東門戶和主要城市展示面，位置十分重要。

1.3 工程概況

本項目總建筑面積12.4萬m2（其中體育場9.45萬m2，體育館2.95萬m2）。地面建筑功能為體育場館，包括一座4.68萬座專業足球場、一座8000座體育館（籃球館），為甲級大型體育建筑（圖1）。

圖1 大型體育建筑整體鳥瞰圖

2 設計概念及原則

2.1 設計概念

“公園里漂浮的云”，這里包含了一個設計的故事。

正如杭州奧林匹克體育中心設計者說的“這個體育場外殼的幾何形狀取自于生長在杭州西湖岸邊的安詳的植物群圖解，旨在沿著快速發展的錢塘江濱江區域建造一個強烈的、獨一無二的建筑形象”[1]。

（1）公園意為將基地整體作為一座開放的休閑體育公園來打造。筑土為山，引水成湖，用山水呼應城市的風貌。綠色生態的體育公園為城市和周邊居民提供環境優美的休閑活動場所，融合多元體育產業和設施，使之成為充滿活力的區域核心，提升城市價值。

（2）“漂浮的云”包含輕質、邊界模糊、互聯共享三個含義。“輕質”意為建筑結構的輕盈與高效；“邊界模糊”意為建筑外邊界的開放性，陽光、空氣、景觀能夠自由流動，滲透融合；“互聯共享”是體育公園和場館的設計導向，讓開放、智能、共享的賽事中心成為城市活力的引擎（圖2）。

圖2 足球場鳥瞰圖

2.2 設計原則

（1）賽事中心遵循上位規劃，延續其結構脈絡和空間格局。

（2）平整場地，自然堆坡，消解土石方。

（3）結合軌道交通站點留出大面積觀眾集散場地，建筑退讓場地，與周邊城市環境構成和諧的關系。

（4）集散場地公園化，引入山水綠化，植入多種活動內容和設施，打造高差豐富、環境優美的休閑運動公園。

（5）訓練設施沿基地西北兩面布置，形成清晰的前后區布局。

（6）基地西、南、北三個方向分別設置不同的機動車出入口，流線清晰互不交叉。分區設置停車和賽時服務場地，滿足賽事組織要求，非賽時可轉換為社會公共停車場。

（7）立體規劃地下空間，下穿城市道路和建筑地下室分層設置并設車道連通，足球場和體育館地下連通成為一個整體，靈活高效利用。

（8）以觀眾全過程體驗感為設計導向，沿觀眾入場流線打造步行友好、儀式感強烈的球迷大道，足球場設計人行坡道作為為主要的豎向交通方式，觀眾通過坡道漫步進入看臺層，觀賽氛圍由外到內逐漸到達高潮。

（9）建筑通透的外表皮，讓風、陽光、景觀都能夠自然流動，室內外緊密聯系成為一個整體。

3 建筑設計

3.1 總圖及豎向設計

設計因地制宜，尊重原有地形，避免土石方大開挖。入口結合道路標高，良好接駁，充分發揮其人流引入性；打造公園式景觀，營造建筑與環境的有機融合。

基地西、南、北三個方向分別設置不同的機動車出入口，流線清晰互不交叉；分區設置停車和賽時服務場地，滿足賽事組織要求，非賽時可轉換為社會公共停車場。

在南側設置主要觀眾人行出入口，在西側設置運動員、技術官員、VIP出入口，在北側設置媒體出入口。

地下車庫出入口的設置與道路銜接良好，在南側道路與北側道路均設置車庫出入口；另在下穿道設置有兩處地下車庫出入口。

3.2 建筑單體設計（功能分析、平面布局、交通流線）

（1）運動員、貴賓、競賽官員、新聞媒體、競賽管理、酒店等主要功能出入口位于一層（半地下層），與基地各個交通出入口功能對應，流線清晰便捷，停車和電視轉播等功能場地可在賽時平時狀態靈活轉換。

（2）二層為觀眾入場層，觀眾看臺分為上、下兩個大區，下區通過入場層直接進入，上區通過入場層內均勻分布的坡道漫步至上部入場層，再通過各入口進入對應看臺區域。看臺分區之間設透明分隔屏障，下層看臺與比賽場地之間設防暴溝，滿足賽時管理和安保要求。

（3）各功能分區流線清晰并有效分隔管理。三層為貴賓區，設不同級別的貴賓包間和貴賓席，平時可結合酒店作為餐飲等商業經營。比賽場地、賽時轉播綜合區及后勤服務用房，平時也可作為商業和各類體育產業經營空間使用。

（4）體育場內各功能區域均成獨立系統，各區域通過門廳和內走廊、樓梯等相互連系、貫通形成整體，使各區域做到布局合理，分區明確，在不同時段能夠更好的使用，避免交叉干擾。

（5）看臺整體設計追求垂直向度的經濟高效和水平向度的分布韻律。根據體育場4.68萬座的觀眾規模，設計首先確定較為高效的剖面形式，即東西視線良好的部位設分為上部和下部看臺，中間通過設置包廂層進行過渡。上部看臺采用中行式疏散原則，在看臺的中段區域設置觀眾休息區，既保證了觀眾到各個休息區的最短路徑，又保證了休息區服務空間的高效使用。看臺設計根據疏散時間、內場圍合感、觀眾行走舒適程度等方面統籌布置臺口，縱向過道與之相匹配，做到臺口和下部過道均勻布置，在內場形成有韻律的環形分布（圖3）。

圖3 足球場剖面圖

3.3 立面設計、材料及結構選型

足球場罩棚結構采用高效的輪輻式環索張拉結構體系，輕盈、通透，充滿結構美感和表現力。球場中央吊掛大型顯示屏，結合最先進的轉播技術，帶來最震撼的觀賽體驗。

體育館頂棚采用單層雙向正交索網結構體系，其用鋼量約為常規結構形式的25%，極致輕薄，結合屋面采用的ETFE膜結構，讓自然光可漫射進入賽場室內，帶來舒適節能的觀賽體驗。

4 結構設計

建筑體結構上的異曲同工、相仿的造型手法以及類似的材質選用刻畫出建筑群整體的簡潔感與秩序感[2]。結構設計遵循著秩序感，沿著“高效-規律-重復”的路徑，為看臺、體育場罩棚、體育館屋蓋尋求簡潔而理性的方案。

盡量采取高效的大跨度跨越方式，體育場罩棚采用輪輻式張拉整體結構體系，體育館屋蓋采用雙向單層張拉索網體系，充分發揮高強鋼材的抗拉性能，節省材料用量的同時，達到更輕盈的建筑效果。

盡量采用標準化可重復的結構單元，如歸類并重復出現的看臺混凝土結構、沿環向歸類標準化的體育場罩棚索桿單元、可歸類標準化的體育館單層雙向張拉索網體系等；提升構件標準化制作和施工的經濟性及便捷性。

體育場及體育館看臺，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，結合建筑功能布局在局部設置適量剪力墻抵抗地震作用及支撐屋蓋所必須的水平剛度。

4.1 體育場罩棚

體育場罩棚采用輪輻式張拉整體結構體系。該體系類似于自行車輪輻構造，由截面較薄的輪輞結構，大量輻條和一個中央輪軸組合而成。剛度很小的輪輞通過輻條的預張拉后，輪輞的剛度得到了極大的加強，并形成一個不需要外加錨固而自平衡的系統。對于大跨度屋頂來說，這種體系既充分發揮了高強拉索的材料性能，又不需要看臺結構提供過多的外錨固支撐，是一種非常高效的大跨度跨越體系，也是結構自重最輕、比較經濟的系統。

本項目的輪輻式張拉整體結構，采用兩個受拉內環、一個受壓內環組成，內外環之間由徑向索桁架連接。外環輪廓依照體育場整體造型，同看臺外輪廓，接近倒角矩形，內環接近橢圓形。罩棚外環長軸約200m，短軸約160m，內環長軸約115m，短軸約75m；布置40道徑向索桁架。

罩棚結構外形根據建筑找形控制點及相關條件確定，并采用參數化設計手段。采用Rhino軟件對建筑造型曲線進行處理，并通過Grasshopper在曲線的基礎上獲取結構線型模型，實現結構幾何模型參數化設計。利用Midas Gen和3D3S軟件對結構進行初步找形分析，獲取罩棚結構合理的預應力初始態，并在初始態的基礎上進行各工況荷載下的線性分析、非線性分析、整體穩定性分析及施工過程分析。

體育場罩棚屋面覆蓋PTFE膜材，PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材最大的特點是：重量輕、強度高、防火難燃、自潔性好、耐老化、透光率高，同時也滿足明亮輕盈的建筑效果。

4.2 體育館屋蓋

體育館屋蓋平面呈153m×108m的橢圓形，由環桁架、馬鞍形單層雙向正交索網組成，屋面短軸呈下懸拋物線形主要為承重索，長軸呈上拱拋物線形主要為穩定索。網格平面投影間距為4m，采用1570級髙釩封閉索。該結構體系可以實現低于傳統大跨結構（例如桁架或網架結構）的材料用量和更為輕盈的建筑效果。

確定環桁架最高最低點等標高、平面輪廓等條件，通過找形分析得到索網體系的初始態；并以初始態模型為基礎，進行后續的荷載態及施工過程分析。

5 結語

大型體育場館建筑設計，涉及多學科知識、專業特性鮮明、技術體系復雜、外延廣泛。通過賽事中心項目的設計實踐，從設計概念、總體規劃、平面布局、交通流線、立面設計、材料及結構選型等維度，對于大型體育場館設計策略進行深入探討，力圖在空間、形式、材料、結構等均有一定突破。

人們必須清楚地認識到，體育建筑的形態表現途徑應堅持適宜的“量體裁衣”和真實的“表里如一”，設計者應把握體育建筑功能空間所限定的幾何原型，忠實于其結構理性和符合邏輯的美學拓展，即可以自然地生成優化形體[3]。

大型體育場館作為現代都市中聚集大量人群的基礎設施及公共空間，既組織著公眾的生活，也影響著城市的空間布局，更作為地標符號進入公眾視野。體育建筑和城市的關聯是多維度的，與城市生長相互呼應，并與城市開發的關系越來越緊密。在新時代下，和城市的不同生活場景結合、為市民提供更多服務，是大型體育場館持續發展的前提；在承辦專業賽事的同時，也將承載更多元的功能。