大型体育场馆设计研究与实践

邓洪波，冯 晶

（1.重庆杰地建筑设计有限公司，重庆 401123；2.重庆市设计院有限公司，重庆 400015）

1 项目背景

1.1 规划条件

赛事中心项目位于城市新区，用地性质为A4体育用地；总用地面积19.86hm2，其中：专业足球场用地约15.9hm2，体育馆用地约3.94hm2。

1.2 区位与环境

项目基地距离主城区中心约28km，四周均为城市道路所围合，南、北、东三个方向道路中部均规划有下穿道路；东面是快速路，规划有轨道交通线并在基地东南角设有出站口，是主要的交通及人流来向；基地周边规划有多个公交站点，交通便捷。

基地东西宽约550m、南北宽约470m，位于规划中的体育小镇东端；小镇规划了“一轴、一心、一带、四区”的空间格局，赛事中心是整个体育小镇的东门户和主要城市展示面，位置十分重要。

1.3 工程概况

本项目总建筑面积12.4万m2（其中体育场9.45万m2，体育馆2.95万m2）。地面建筑功能为体育场馆，包括一座4.68万座专业足球场、一座8000座体育馆（篮球馆），为甲级大型体育建筑（图1）。

图1 大型体育建筑整体鸟瞰图

2 设计概念及原则

2.1 设计概念

“公园里漂浮的云”，这里包含了一个设计的故事。

正如杭州奥林匹克体育中心设计者说的“这个体育场外壳的几何形状取自于生长在杭州西湖岸边的安详的植物群图解，旨在沿着快速发展的钱塘江滨江区域建造一个强烈的、独一无二的建筑形象”[1]。

（1）公园意为将基地整体作为一座开放的休闲体育公园来打造。筑土为山，引水成湖，用山水呼应城市的风貌。绿色生态的体育公园为城市和周边居民提供环境优美的休闲活动场所，融合多元体育产业和设施，使之成为充满活力的区域核心，提升城市价值。

（2）“漂浮的云”包含轻质、边界模糊、互联共享三个含义。“轻质”意为建筑结构的轻盈与高效；“边界模糊”意为建筑外边界的开放性，阳光、空气、景观能够自由流动，渗透融合；“互联共享”是体育公园和场馆的设计导向，让开放、智能、共享的赛事中心成为城市活力的引擎（图2）。

图2 足球场鸟瞰图

2.2 设计原则

（1）赛事中心遵循上位规划，延续其结构脉络和空间格局。

（2）平整场地，自然堆坡，消解土石方。

（3）结合轨道交通站点留出大面积观众集散场地，建筑退让场地，与周边城市环境构成和谐的关系。

（4）集散场地公园化，引入山水绿化，植入多种活动内容和设施，打造高差丰富、环境优美的休闲运动公园。

（5）训练设施沿基地西北两面布置，形成清晰的前后区布局。

（6）基地西、南、北三个方向分别设置不同的机动车出入口，流线清晰互不交叉。分区设置停车和赛时服务场地，满足赛事组织要求，非赛时可转换为社会公共停车场。

（7）立体规划地下空间，下穿城市道路和建筑地下室分层设置并设车道连通，足球场和体育馆地下连通成为一个整体，灵活高效利用。

（8）以观众全过程体验感为设计导向，沿观众入场流线打造步行友好、仪式感强烈的球迷大道，足球场设计人行坡道作为为主要的竖向交通方式，观众通过坡道漫步进入看台层，观赛氛围由外到内逐渐到达高潮。

（9）建筑通透的外表皮，让风、阳光、景观都能够自然流动，室内外紧密联系成为一个整体。

3 建筑设计

3.1 总图及竖向设计

设计因地制宜，尊重原有地形，避免土石方大开挖。入口结合道路标高，良好接驳，充分发挥其人流引入性；打造公园式景观，营造建筑与环境的有机融合。

基地西、南、北三个方向分别设置不同的机动车出入口，流线清晰互不交叉；分区设置停车和赛时服务场地，满足赛事组织要求，非赛时可转换为社会公共停车场。

在南侧设置主要观众人行出入口，在西侧设置运动员、技术官员、VIP出入口，在北侧设置媒体出入口。

地下车库出入口的设置与道路衔接良好，在南侧道路与北侧道路均设置车库出入口；另在下穿道设置有两处地下车库出入口。

3.2 建筑单体设计（功能分析、平面布局、交通流线）

（1）运动员、贵宾、竞赛官员、新闻媒体、竞赛管理、酒店等主要功能出入口位于一层（半地下层），与基地各个交通出入口功能对应，流线清晰便捷，停车和电视转播等功能场地可在赛时平时状态灵活转换。

（2）二层为观众入场层，观众看台分为上、下两个大区，下区通过入场层直接进入，上区通过入场层内均匀分布的坡道漫步至上部入场层，再通过各入口进入对应看台区域。看台分区之间设透明分隔屏障，下层看台与比赛场地之间设防暴沟，满足赛时管理和安保要求。

（3）各功能分区流线清晰并有效分隔管理。三层为贵宾区，设不同级别的贵宾包间和贵宾席，平时可结合酒店作为餐饮等商业经营。比赛场地、赛时转播综合区及后勤服务用房，平时也可作为商业和各类体育产业经营空间使用。

（4）体育场内各功能区域均成独立系统，各区域通过门厅和内走廊、楼梯等相互连系、贯通形成整体，使各区域做到布局合理，分区明确，在不同时段能够更好的使用，避免交叉干扰。

（5）看台整体设计追求垂直向度的经济高效和水平向度的分布韵律。根据体育场4.68万座的观众规模，设计首先确定较为高效的剖面形式，即东西视线良好的部位设分为上部和下部看台，中间通过设置包厢层进行过渡。上部看台采用中行式疏散原则，在看台的中段区域设置观众休息区，既保证了观众到各个休息区的最短路径，又保证了休息区服务空间的高效使用。看台设计根据疏散时间、内场围合感、观众行走舒适程度等方面统筹布置台口，纵向过道与之相匹配，做到台口和下部过道均匀布置，在内场形成有韵律的环形分布（图3）。

图3 足球场剖面图

3.3 立面设计、材料及结构选型

足球场罩棚结构采用高效的轮辐式环索张拉结构体系，轻盈、通透，充满结构美感和表现力。球场中央吊挂大型显示屏，结合最先进的转播技术，带来最震撼的观赛体验。

体育馆顶棚采用单层双向正交索网结构体系，其用钢量约为常规结构形式的25%，极致轻薄，结合屋面采用的ETFE膜结构，让自然光可漫射进入赛场室内，带来舒适节能的观赛体验。

4 结构设计

建筑体结构上的异曲同工、相仿的造型手法以及类似的材质选用刻画出建筑群整体的简洁感与秩序感[2]。结构设计遵循着秩序感，沿着“高效-规律-重复”的路径，为看台、体育场罩棚、体育馆屋盖寻求简洁而理性的方案。

尽量采取高效的大跨度跨越方式，体育场罩棚采用轮辐式张拉整体结构体系，体育馆屋盖采用双向单层张拉索网体系，充分发挥高强钢材的抗拉性能，节省材料用量的同时，达到更轻盈的建筑效果。

尽量采用标准化可重复的结构单元，如归类并重复出现的看台混凝土结构、沿环向归类标准化的体育场罩棚索杆单元、可归类标准化的体育馆单层双向张拉索网体系等；提升构件标准化制作和施工的经济性及便捷性。

体育场及体育馆看台，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，结合建筑功能布局在局部设置适量剪力墙抵抗地震作用及支撑屋盖所必须的水平刚度。

4.1 体育场罩棚

体育场罩棚采用轮辐式张拉整体结构体系。该体系类似于自行车轮辐构造，由截面较薄的轮辋结构，大量辐条和一个中央轮轴组合而成。刚度很小的轮辋通过辐条的预张拉后，轮辋的刚度得到了极大的加强，并形成一个不需要外加锚固而自平衡的系统。对于大跨度屋顶来说，这种体系既充分发挥了高强拉索的材料性能，又不需要看台结构提供过多的外锚固支撑，是一种非常高效的大跨度跨越体系，也是结构自重最轻、比较经济的系统。

本项目的轮辐式张拉整体结构，采用两个受拉内环、一个受压内环组成，内外环之间由径向索桁架连接。外环轮廓依照体育场整体造型，同看台外轮廓，接近倒角矩形，内环接近椭圆形。罩棚外环长轴约200m，短轴约160m，内环长轴约115m，短轴约75m；布置40道径向索桁架。

罩棚结构外形根据建筑找形控制点及相关条件确定，并采用参数化设计手段。采用Rhino软件对建筑造型曲线进行处理，并通过Grasshopper在曲线的基础上获取结构线型模型，实现结构几何模型参数化设计。利用Midas Gen和3D3S软件对结构进行初步找形分析，获取罩棚结构合理的预应力初始态，并在初始态的基础上进行各工况荷载下的线性分析、非线性分析、整体稳定性分析及施工过程分析。

体育场罩棚屋面覆盖PTFE膜材，PTFE膜材是在超细玻璃纤维织物上涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。这种膜材最大的特点是：重量轻、强度高、防火难燃、自洁性好、耐老化、透光率高，同时也满足明亮轻盈的建筑效果。

4.2 体育馆屋盖

体育馆屋盖平面呈153m×108m的椭圆形，由环桁架、马鞍形单层双向正交索网组成，屋面短轴呈下悬抛物线形主要为承重索，长轴呈上拱抛物线形主要为稳定索。网格平面投影间距为4m，采用1570级髙钒封闭索。该结构体系可以实现低于传统大跨结构（例如桁架或网架结构）的材料用量和更为轻盈的建筑效果。

确定环桁架最高最低点等标高、平面轮廓等条件，通过找形分析得到索网体系的初始态；并以初始态模型为基础，进行后续的荷载态及施工过程分析。

5 结语

大型体育场馆建筑设计，涉及多学科知识、专业特性鲜明、技术体系复杂、外延广泛。通过赛事中心项目的设计实践，从设计概念、总体规划、平面布局、交通流线、立面设计、材料及结构选型等维度，对于大型体育场馆设计策略进行深入探讨，力图在空间、形式、材料、结构等均有一定突破。

人们必须清楚地认识到，体育建筑的形态表现途径应坚持适宜的“量体裁衣”和真实的“表里如一”，设计者应把握体育建筑功能空间所限定的几何原型，忠实于其结构理性和符合逻辑的美学拓展，即可以自然地生成优化形体[3]。

大型体育场馆作为现代都市中聚集大量人群的基础设施及公共空间，既组织着公众的生活，也影响着城市的空间布局，更作为地标符号进入公众视野。体育建筑和城市的关联是多维度的，与城市生长相互呼应，并与城市开发的关系越来越紧密。在新时代下，和城市的不同生活场景结合、为市民提供更多服务，是大型体育场馆持续发展的前提；在承办专业赛事的同时，也将承载更多元的功能。