浅谈BIM设计在体育建筑中的应用——以湘潭县一中体育馆为例

庞旭

湖南省建筑设计院有限公司 湖南 长沙 410011

1 建筑单体设计

湘潭县一中体育馆位于湘潭市湘潭县，项目地点位于湘潭县一中校区内，西北侧有湘潭县体育文化广场，东侧紧邻金霞山风景区。体育馆按“县校共用”设计，要求既能满足学校体育、音乐美术教学要求，同时能满足县内接待比赛、文化演出和会议的要求，做到“分开管理，合并使用”。

1.1 总平面设计

总平面布局首先注重平面的紧凑性和功能的合理性，体育馆分为主副馆两部分，主馆部分布置在北侧，靠近城市道路交叉口，便于展示体育馆的城市形象，副馆布置在南侧靠近教学区，日常教学中便于学生到达。

考虑到县校合用的功能要求，设有两个主入口，其中社会主入口面向贵竹北路，利用道路与基地的高差，举行社会活动时，外来人员可以直接进入主馆观众厅，大量的观众并不直接进入校园，减少了活动期间观众对校园内部干扰，有利于体育馆承办校外大型活动。学校内部主入口位于体育馆西侧，与体育场相对，便于学校开展体育教学活动。

1.2 功能布局

体育馆功能布局按“县校共用，以校为主”的思路进行设计。针对学校使用频率比比赛频率更多的特点，在保证比赛基本要求的情况下适当加大体育教学用房面积。

主比赛馆中心比赛场地尺寸为36.2×28.2米，可用于篮球、排球、羽毛球、乒乓球等多项比赛。

一层利用看台下空间设置了校体育教学用房，比赛运动员区、竞赛管理用房等功能用房，根据使用频率，体育教学用房布置在采光通风良好的西南两侧，而将使用频率较少的比赛管理用房、服务用房布置在内侧，运动员用房布置在东侧。

体育馆二层为观众活动区，观众可由北侧和西侧的大台阶以及东侧大平台的入口进入入口大厅，再进入座席区。检录设置在运动员区的南侧，方便赛事使用。主场周边设置大型环状的疏散平台，平台周边设置卫生间、小卖部、饮水处等服务用房。

观众厅共有观众席3240座。普通观众席按丙级体育馆标准采用无背方凳，座宽0.5m排距0.75m。观众厅视线设计视点取篮球场边线距地面0m处，视线升高差取0.12m，逐排升起。正对比赛馆的座位数为2488，占总席位的70%，绝大部分座位均有良好视线。

比赛馆南侧设有舞台，主舞台宽20m，进深18m，两侧设有10宽的侧台，围绕舞台一层布置有化妆间、道具间、演员休息室、贵宾休息室可以满足演出、会议的功能要求。二层、三层四层布置了与演出相关的音乐教室、排练厅、琴房等音乐教学用房。

训练馆场地包括一片篮球场，三片羽毛球场。夹层处设有部分辅助用房。训练馆和比赛馆通过连廊联系。

1.3 建筑形式

通过对湘潭县一中文化的梳理与对基地周边金霞山环境的提炼，我们提出了“湘水流金续70年辉煌” 的设计立意。建筑的整体造型如一个大型的7字，象征着学校建校70周年的辉煌历史。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。建筑与基地旁金霞山形成山水呼应，也使得建筑与环境产生和谐的对话。

图1 透视图

建筑造型采用整体切割的手法，大气却又不失生动。在大的体块形体中，通过局部的穿插，凹凸，使得整个建筑灵动起来。整个建筑外表皮以白色铝材为主，建筑局部穿插深蓝色玻璃幕墙，虚实结合。建筑风格体现时代感、整体性和文化气质。方案平面方整，体型简约端庄。建筑立面设计朴素大方，富有韵律感。采用白色，深蓝色结合色调，体现文体建筑的运动与优雅，也呼应整个校园建筑的色调，融入其中，形成明快简约生动、富有现代感的气氛。（图1 透视图）。

1.4 流线设计

（1）学校日常教学流线

学生和老师由西侧三个入口进入各体育活动房间，由大踏步进入观众厅和训练馆。

南侧一层局部架空设有出入口，服务琴房、排练厅等音乐美术教学用房。

（2）校外赛时流线

运动员流线：运动员可通过一层东侧入口经检录进入比赛场。

裁判及竞赛管理人员流线：由一层东北侧门厅进入比赛场。

贵宾流线：由东南侧门厅可直达贵宾席。

观众流线：在4.5标高处由东侧入口直接从贵竹北路进入观众门厅。

（3）校外会议、演出流线

演员流线：由西侧演员入口进入主台。

会议领导流线：北侧入口进入主席台。

观众流线：观众由东侧二层主入口广场以及建筑北侧和西侧的大踏步进入二层的室外疏散平台，进入观众门厅，由此进入看台。

残疾观众流线：残疾观众通过东侧二层主入口广场的无障碍升降平台或建筑西侧的无障碍坡道进入，经由观众门厅进入比赛场地内的场边无障碍专座。

1.5 疏散设计

对于大型比赛场馆、人员密集场所建筑来说，安全疏散是核心问题。在本项目中，根据规范要求复核疏散宽度和疏散时间。主赛场为三层通高的空间，具有3240座观众席，单独设为一个防火分区，设有6个出入口通向室外。比赛场地共设有4个出入口通向室外，疏散总宽度为7.6米。

（1）疏散宽度：根据《体育建筑设计规范》JGJ31-2003中表4.3.8的要求，对平坡地面的门和走道的疏散宽度指标应取0.43米/100人，楼梯的疏散宽度指标应取0.50米/100人；

所需看台出口总宽度：3240/100×0.43=13.9M；设计中出口总宽度：2×2.5+4*3.2=17.8＞13.9M；全部观众疏散至室外地面所需安全楼梯宽度：3240/100×0.5=16.2M，

现设计中楼梯总宽度：1.4×2+16.4+11.3+13.6=27.7＞16.2M；满足体育建筑设计规范0.5M/百人的疏散要求。

（2）疏散时间：控制疏散时间—指看台区域观众从看台出口全部疏散出去的允许最长时间，我国体育建筑设计规范条文说明为体育馆3-4分钟。

取最不利看台区域的北侧看台进行计算。其中，疏散人数最多的出入口所需疏散观众人数为650人。按《体育建筑规范》要求，室内看台平坡地面每百人疏散宽度为0.43M，阶梯、楼梯为每百人0.50M。

该看台区域所需总疏散宽度应大于等于：650/100×0.43=2.79M；

所需楼梯间总疏散宽度应大于等于：

650/100×0.5=3.25M。

现设计该处看台疏散口最小宽度为3.2M，可容纳6股人流。室外疏散台阶最小宽度为：16.4M，可容纳30股人流。

看台观众的疏散时间为650/（6×43）＝2.51min＜4min

2 BIM设计的运用

该项目造型独特，结构复杂，为单曲面屋盖系统，采用大跨度屋面空间网架，同时屋面限高24米。异形建筑如何施工，以及复杂形建筑内部设备综合管网与网架不发生冲突并保证建筑内部空间经济有效的使用是本项目的两大难题。一般来说，建筑在施工时按照平面图纸搭建即可，而由于体育馆造型复杂，施工难度大，特别是外立面幕墙的划分，在施工前必须要借助BIM的三维模型，根据模型能看出放大后的每个细节，包括幕墙分格尺寸、百叶的位置、构件尺寸等等。由于受造型限制，管线的施工也必须在BIM模型里面进行排布，之后再现场施工，这样才能确保施工的质量并避免反复更改。通过全专业建立的revit模型，整合在一起，解决了体育馆的复杂造型；利用BIM手段解决传统的二维设计手段较难解决的复杂区域管线综合问题。在BIM打造的可视化平台中解决了多专业协调问题，如复杂外立面幕墙，钢结构，内装空间等，并对其进行了合理的分配。如此一来，体育馆项目的两大难题迎刃而解。

通常设计过程中，针对大型比赛场馆、人员密集场所建筑安全疏散设计的合理性、正确性,只能进行平面设计，仅通过疏散速度、疏散宽度计算疏散时间，对于疏散路径和人员构成都不能定量分析，无法验证设计结果的科学性。通过基于BIM打造的可视化平台，选择pathfinder软件进行消防疏散分析，能够设定人员类型和各人员占比、行走速度以及行为模式，以图表和视频的方式展示模拟的结果。动态视频可以清晰的看到人员疏散的路径和疏散过程；图表可以梳理出疏散口设置和疏散宽度的合理性。本项目经过分析模拟，清晰地得出每个疏散门的疏散密度、疏散人数和总体的疏散时间。由于北向看台观众过多，后排座椅人员不能有效地往疏散口运动，处于等待状态，影响疏散时间，为了解决这个问题，我们将北向看台纵走道的尽端加宽成喇叭口，将结果进行比对，发现在每个疏散门的疏散人数不变的情况下，因等待时间缩短而使疏散时间缩短了30秒。在最终的设计中，我们采用了这个优化设计。

基于BIM平台的消防疏散分析为大型公建的消防疏散设计提供支撑与技术验证，扩充了BIM的性能化分析的内容，为如何能更好地利用BIM进行各方面的探索提供了范例。

3 结束语

湘潭县一中体育馆是体育建筑的典型案例，从总平面设计、功能布局、造型设计、流线分析和疏散分析等方面做了细致考虑和详细设计，并在BIM设计运用方面做了一定的探讨。BIM从设计出发，通过模拟验证，再修正设计。BIM设计从多方面对平面二维设计图纸进行了补充。