全专业性能化融合的体育建筑整体设计策略

孙彦亮

1 全专业性能化融合的整体设计策略

1.1 基于整体理念的全专业性能化融合

总体来说我国建筑业相对粗放和碎片化，作坊式的设计与建造模式往往无法应对较为大型和复杂的项目。因此，笔者及所在团队从设计开始就在思考与探索适应于体育场馆等复杂建筑需求的科学设计方法。

基于复杂科学思维形成的世界观认为，世界被当成一个不可分割、动态的整体，它的组成部分之间本质上是相互作用的。基于复杂科学思维的整体设计观认为，建筑各个系统既有独立性和边界，同时也存在着相互关联和整体性。体育建筑作为一个复杂的建筑系统，应该是一个有机的整体。基于整体理念的理性设计，需要从建筑整体性来探究影响各技术专业的构成要素，用系统化的思想统筹各专业在建筑整体性能方面的出色表现。全专业性能化融合的建筑实践特点是建筑专业全面地与结构、机电设备等专业协同整合设计，最终实现在建筑效果、绿色节能、功能实现等多方面设计目标的统一协同。

1.2 基于理解互信的各专业创作参与

全专业性能化融合的整体设计需要建筑师与结构工程师、机电工程师等在设计的开始阶段就针对设计目标量身打造一套完整的设计策略。在设计的推进过程中，建筑师需要结合自己的设计理念和各专业工程师充分沟通，以实现设计构想。

在体育建筑的设计中，多专业的沟通包括如何通过结构形式实现建筑和结构的统一，以及在此基础上主要机电管线的设置规则等。全专业性能化融合的设计思路将超越单一的专业视角，平衡不同专业的设计目标，实现建筑性能最优化。

1.3 全专业性能化融合的整体设计策略

对于体育建筑来说，结构是建筑的骨骼，结构技术时刻影响着建筑形式。结构设计作为建筑创作的一部分，在实现建筑之美的同时，也展示了自身的结构之美。

为了改善建筑的空间品质和舒适度，建筑设备系统应运而生。设备系统是现代体育建筑的必要组成，设备构件也是建筑空间的重要组成部分。因此，在设计过程中应充分考虑设备对建筑空间的影响。

建筑师主导的全专业性能化融合设计，以建筑功能布局优化和空间品质全面提升为出发点，从整体设计的角度对各专业提出具体的技术要求和建议。最终将建筑师的美学观念渗透到结构形式和机电管线的排布设计中，从而使结构构件和机电设备不再成为建筑空间的视觉障碍，而是和建筑形成有机整体。

本文通过笔者作为工程主持人或专业负责人参与的萨摩亚太平洋运动会综合体育馆、五棵松冰上运动中心及白俄罗斯国际标准游泳馆三个体育建筑设计实践，探讨设计中如何超越单一专业视角，以基于建筑整体概念的理性原则，把握好设计总体目标及各专业要求间的平衡，诠释全专业性能化融合的整体设计理念。

2 设计实践

2.1 有限条件下的整体设计策略——萨摩亚太平洋运动会综合体育馆

（1）建筑概况

2019年7月7日—20日，第16届太平洋岛国运动会在萨摩亚成功举办。萨摩亚太平洋运动会综合体育馆（以下简称“综合体育馆”）承担了此次运动会大部分室内项目的比赛（图1）。

援外项目大多位于欠发达国家和地区，当地的经济社会发展水平、生活习惯及自然气候都同国内有很大差别，因此援外项目不能简单照搬国内的建设标准和习惯做法，而是要充分结合当地的实际情况和需求，在有限的条件下建设实施。

（2）地域建筑形态与适宜绿色设计

萨摩亚地处赤道地区，气候炎热，降雨频繁，各个岛屿植被茂密，蚊虫繁盛。当地的传统建筑主要为干栏式，称为“法雷”。“法雷”屋面坡度较大，利于排水，重视遮阳通风，能够很好地适应当地不同的地形，同时能够有效隔绝潮湿气候，避免地面有害蚊虫对日常生活的影响。

综合体育馆采用本土生产的低能耗与可再生材料，体现当地的传统文化特色。设计根据气候条件及使用习惯，借鉴“法雷”的建筑形式，采用利于自然通风的半开敞式设计。萨摩亚当地降雨频繁，建筑屋顶在山墙面观众平台处适当出挑，起到遮阳挡雨的作用，同时结合建筑主入口形成圆形的意象，与“法雷”端部圆形的形式产生关联。百叶、外露的钢结构及比赛大厅顶面喷涂木色氟碳，还原了当地木构建筑温馨怡人的环境氛围。

设计充分考虑当地的气候条件和运营条件，充分利用自然通风采光，既有效降低能耗，又能减少日常运营的负担。综合体育馆在比赛大厅两侧底部及山墙处设置通风百叶，满足建筑日常的通风需求。在赛后运营期间活动百叶可以全部打开，使比赛大厅成为半开敞的活动空间。综合体育馆大厅两侧设置高侧窗，赛后只需要少量照明便可达到训练、会议和健身等功能的照度要求。

（3）有限条件下的整体空间优化

在综合体育馆的设计中，结合项目特点在有限条件下进行了全专业性能化融合实践，打造了一套完整的建筑与结构、机电整合策略。设计过程中经过不同屋面结构形式的比选，选用了便于现场组装的钢桁架结构形式，根据桁架的杆件截面尺寸及空间形式，将通风管道和检修马道同时设置在桁架间的中空位置，解决了体育场馆室内效果和功能舒适度要求之间的矛盾，在有限的条件下高效地实现了建筑性能最优化（图2-4）。

2.2 高性能目标的整体设计策略——五棵松冰上运动中心

（1）建筑概况

五棵松冰上运动中心为2022年北京冬奥会的冰球训练馆，项目位于北京五棵松文化体育中心的东南角，紧邻长安街。建筑面积38 400m，内含一块标准的冰球比赛场，一块标准训练场，除此之外还包括剧场、比赛配套服务、体育文化互动体验等功能设施（图5）。

五棵松冰上运动中心按超低能耗标准设计和建造，已获得中国绿色建筑三星设计标识，是目前全国最大的超低能耗体育场馆。

（2）“冰菱花”的设计建构

五棵松冰上运动中心立面以格栅45°斜向交叉构件表现出“冰菱花”的设计意象，立面内侧的结构构件与冰菱花形态的幕墙格栅构件部分重合，让使用者由内到外均可感受到冰雪意象。建筑采用斜向交叉的巨型桁架结构体系，与冰菱花格栅形态同构，建筑、结构的边界越来越模糊。在冰菱花符号与桁架结构的同构关系中，通过整体协同设计呈现出高品质的空间效果。

（3）高性能目标的全专业协同设计

出于商业运营及体育产业充分融合的考虑，在地下2层冰场上方设置了包括剧场、体育文化互动体验中心等文化娱乐配套设施，虽为建筑的赛后运营提供了更多契机，但对于设计的挑战却是巨大的。建筑位于长安街延长线，有严格的限高要求，为了实现不同功能的叠加，常规的设计将会突破建筑限高。设计将大跨度的训练场地置于建筑下部，其他使用功能设置于建筑上部。南、北冰场上空各布置八榀巨型斜向交叉钢桁架，满足了地下2层体育运动场地的大跨度空间需求。

钢桁架结构在地上部分只占用建筑空间的分割区域，结构高度不占用建筑空间，在有效降低建筑净高和不同功能空间叠加的前提下实现大空间的功能需求。通过各专业的协同设计，完美地克服了建筑功能和苛刻限制条件之间的矛盾（图6）。

作为目前全国最大的超低能耗体育场馆，五棵松冰上运动中心从“降低需求、提高能效、开源补强”三个维度进行建筑节能设计，充分预留设备机房及路由，将建筑师的美学观念渗透到机电管线的排布设计中，使设备管线的摆放根据建筑模数整合布置，实现建筑空间的整洁美观（图7）。

2.3 彰显地域文化的整体设计策略——白俄罗斯国际标准游泳馆

（1）建筑概况

白俄罗斯国际标准游泳馆项目占地5.59万m，建筑面积约4万m，可容纳观众6 000人。游泳馆各项参数设计符合国际泳联（FINA）标准要求，可用于举办欧锦赛等各级别游泳、艺术游泳、水球、跳水等国际赛事。

1 综合体育馆建筑外观

2 综合体育馆比赛大厅内景

3 综合体育馆设计构成分析

4 综合体育馆全专业性能化示意图

5 五棵松冰上运动中心外景

白俄罗斯国际标准游泳馆不仅仅是一座游泳中心，更是一座承载了国家荣耀、体育精神和人民健康的殿堂。项目建设用地紧邻明斯克城市一环线，位置优越，交通便利，每到华灯初上，游泳馆就像一颗熠熠生辉的宝石镶嵌在城市的项圈之上。

（2）地域文化和民族精神关联下的元素提取

大型标志性公共体育建筑要集中体现所在区域的社会历史文化审美取向和建筑象征。设计从当地特有的人文历史氛围及传统元素出发，努力体现地域传统文化，注重表达时代精神。建筑主立面造型由白俄罗斯国旗上的民族纹饰提炼而成。红色的菱形图案作为造型与立面设计的母题，象征并展现着白俄罗斯的传统精神与民族魅力。主立面由单个菱形单元复制而来，呈现出典雅端庄的韵律，五个菱形“手拉手”也象征着中白友谊（图8,9）。

（3）结构、空间、形式的整体实现

在白俄罗斯国际标准游泳馆的设计中，既没有片面追求建筑的造型而忽视空间的功能使用，也没有违背建筑的结构逻辑体系，而是实现了建筑形式与结构逻辑、空间关系高度统一共生。

建筑师在创作过程中与各专业工程师紧密合作。结构设计采用了空间刚度大、整体性强、经济性好的三向交叉空间桁架，满足了结构承载力和刚度需要。屋面结构标准化、单元重复的特征能够有效节省工期、节约造价，同时建筑的造型体现了当地文化特征。而且折型屋面的高点恰好为结构构件，这样可以在满足空间净高的前提下降低建筑高度，减小建筑体积，有效降低能耗。在观众厅区域，结合钢结构的中空位置设置设备机房，充分利用建筑中的消极空间，提高空间效率。

为了展示结构之美，结构设计与幕墙设计、室内设计、机电设计整体协同，将建筑形式、结构构件、机电设备管线、设备末端和材料构造进行高度的设计整合。建筑表皮、室内装饰不再是简单叠加，结构骨架也不仅仅是为建筑提供支撑，在整体的设计策略中它们的界限变得模糊，充分展示出了建筑的整体之美（图10）。

3 结语：基于整体建构的设计实现

全专业性能化融合的整体设计策略要求建筑师站在建筑全局角度，跨越单一的专业领域边界，从整体设计目标出发对其他各个专业进行整合设计，创造出高品质的建筑作品，让整体的技术营造呈现出建筑的精神价值，这是对当代建筑中各专业各自为政和泛视觉化的直接抵抗，也是基于建筑自主性思考的建筑学科价值的回归。

6 五棵松冰上运动中心结构及整体设计示意图

7 五棵松冰上运动中心冰球场地内景

8 白俄罗斯国际标准游泳馆透视图

9 白俄罗斯国际标准游泳馆造型由民族纹饰中提炼

10 白俄罗斯国际标准游泳馆整体设计示意图

1,2 Charles Netzler 摄影

3,4,6,7,9-11 北京市建筑设计研究院有限公司提供

5,8 张哲鹏摄影