论全民健身理念下的叠合空间型综合运动馆设计*

刘 伟 吕嘉怡 张志浩

(长安大学建筑学院, 西安 710064)

0 引 言

近年来,健康的现代生活方式促进了全民健身运动的广泛兴起,国家已将其作为重要的民生国策之一,从而促使更为广泛的体育设施得以建设,使其功能定位从竞技体育转为大众体育,使其主要宗旨由“全民健身”成为“全民健康”。这种需求推动着传统的独立、单一功能的竞技性场馆更多地转型为可承载多种大众体育健身活动的综合体建筑,其尺度亲民,以公益性及服务性为导向。

其中,在竖向和高度上进行空间叠合成为一种新的构型方式,其摒弃以往空间单一且尺度过大的大跨度空间,充分利用竖向高度和剖面的层叠,使建筑体量极大缩小,并为多种功能和空间的组合创造了更多的灵活性和可行性。适宜尺度的叠合型建筑形态易于在城市中构建,更符合于邻近社区及多点布局,可满足优化和完善基层公共体育设施网络的要求。此类建筑从物化层面体现出了集约高效与技艺的结合,也以广泛的受众人群促进着体育、文化、娱乐等多方面产业的良性发展,为城市大众参与创建了更多的空间载体(图1)。

图1 全民健身理念下的叠合型体育设施发展趋势

1 “叠合空间型”体育设施特征

1.1 体育综合体

显而易见,空间单一、庞大臃肿的孤岛式体育场馆已难以满足全民健身热潮所带来的设施需求,城市活力的激发也仰赖于人们的交流和活动。新一批的体育设施趋向于更加融入城市肌理和日常生活,集体育、休闲、娱乐、购物、交往于一体的“体育综合体”应时代而生,成为市民社会生活的公共场所;同时注入文化和体育双重基因的文体中心也愈发社区化,其功能内容虽较为复杂,但也重视公共空间的塑造和集约高效的布局。[1-2]相对而言,综合运动馆更为关注大众青睐的运动内容。这些新颖的公共建筑都彰显出集约、整合、多元的共性,设计者往往根据全民健身及相应文化活动的内容设定,在城市紧凑的用地实现大空间与大空间的叠合并置。

如深圳粤海文体中心的设计因占地面积受限而不可避免地走向了立体化。设计者首先从公共空间塑造的理念出发,在场地中为市民提供一个立体化、公共开放的街区公园,并将不同的运动“盒子”在竖向进行叠加,由此形成了若干相互连通的空中活动平台,在不同高度都尽可能为使用者提供丰富的城市景观及互动体验。在此基础上,进一步打破水平各层之间的空间界限,置入灵活使用的综合功能。这种立体化的图底关系使平台层成为激发都市活力的空中城市客厅,在高密度的城市环境中塑造出一个立体化的文体建筑。[3]

在这座地下三层,地上十二层的小型“竖向城市”中,设计者设置了游泳池、羽毛球场、健身房、屋顶网球场等运动空间,并将社区服务中心、图书馆、咖啡馆等功能整合其中。全民健身与社会服务以高度进行分区,在保证各类场馆功能独立运营的基础上,利用便利的竖向交通体系与多个架空平台促进各功能空间的交互。规律的柱网作为上方大跨度空间桁架的支撑,保证了结构上的合理。钢结构悬挂扶梯为使用者提供便利且有趣的路径,自身也成为造型的一部分,并结合时尚的半透明表皮材料呈现出简约明快的造型特征 (图2) 。

1—地下停车场; 2—前厅; 3—售票信息台; 4—黑匣子剧场;5—书吧; 6—社会健康中心; 7—社区服务中心; 8—阅览区;9—阅读平台; 10—室外运动场地; 11—更衣室; 12—后勤办公;13—信息服务台; 14—儿童游泳池; 15—25 m游泳池; 16—青少年游泳池; 17—多功能活动室; 18—平台咖啡馆; 19—观景平台;20—羽毛球场; 21—综合教室; 22—水吧;23—健身房; 24—屋顶网球场。

另一座引人瞩目的叠合型体育设施——深圳简上体育综合体,已经在2022年建成并开放,其巨大的叠合形态被誉为“巨人的阶梯”,这一比喻形象地表达出该建筑在顺应场地条件和功能需求时所采取的形态策略。[4]其三个巨型体块的空间叠合,首先呼应场地周边的城市环境,塑造出了充足的城市公共空间和室外活动场地,给南侧学校退让出缓冲距离,在北侧形成有遮阴的室外广场。建筑体量错位叠加,大众可在巨大的体块之间健身、奔跑和休憩。场地内部变幻多彩的景观配置强化了运动活力的街区氛围,给人愉悦的运动体验。

设计者利用地形高差,将体量最大的综合馆和游泳馆嵌入地下,占据地下一、二层空间。羽毛球馆和网球馆体量大而集中,分别置于顶上的第四、五层,在上下大型场馆的三层,设置一些小型场馆,如跆拳道、击剑、乒乓球、舞蹈和健身等场馆。在游泳馆及多功能馆体量之间退让出下沉入口广场,形成半开放的共享空间。为了达成巨大跨度空间的叠合,这座形态错动的体育综合体采用了“剪力墙核心筒+钢桁架伸臂+外围腰桁架”的主体结构,并以“双向正交网架+钢筋桁架楼承板”作为每一层大空间的承重楼板,成为结构技术创新和应用的典范(图3)。

1.2 校园共享活动设施

与城市中的体育馆相比,高校体育馆有着更为明晰的服务人群定位,但很多新校区的体育馆都有位置过远,功能单一且难以转换等问题,学生对其甚至产生疏远而非青睐的使用感受。而许多高校的老校区用地紧张,又期待为师生创造新的运动容器,也将目光投向了集约化的体育综合体。由于国家已大力提倡高校体育设施向社会大众开放,以此促进全民健身运动的均衡发展,因此,越来越多的校园体育建筑也会像城市公共服务设施一样,以空间聚合或叠合的形态体现出更为高效的使用效率。

国外的校园设施更为开放,与城市及社会的边界较为模糊,提倡全民共享和社会性运维。很多中小型体育馆布局均衡,并不追求众多的看台数量和超尺度的规模,而与教育学习、信息交流以及餐饮休憩等功能进行了综合的空间构筑,从传统教育建筑成为共享服务设施。如OMA建筑事务所完成的布莱顿学院科学学院和体育学院设计打破了学科分类下的空间布局,将两个动静相异的学院结合在一座充满活力的建筑之中。设计者在狭长的地形内利用了地下层、通高中厅、坡道等一系列生动空间,为学生们提供了自主学习和自由运动的融合环境(图4)。

南丹麦大学学院的Cortex Park教育综合体中,建筑师也利用钢桁架结构将四个不同的教育和创新空间整合在同一座建筑当中,使学生、研究者和员工得以与共享的体育馆设施形成连接。体育馆设施“悬浮”在四个厚重的体量之上,为整个建筑赋予了通透而明亮的观感。当夜幕降临,被点亮的体育馆空间展示出融教育、研究和运动于一体的共享环境(图5)。[5]

图5 南丹麦大学的Cortex Park教育综合体

1.3 综合运动馆

粤海文体中心和简上体育综合体无疑是叠合空间的优秀案例,前者达12层高,而后者更是一座运用了9 000 t钢材的庞然大物。与它们相比,4～5层的叠合空间型综合运动馆的规模较小,其体量也与大量校园共享活动设施相近,在大部分城市及校园中更具普及性和经济性,适宜的空间尺度与叠合高度在匹配全民健身运动的同时也减少了不菲的造价和安全隐患。建筑以多点布局的形式置身于城市之中,良好地契合国家“15 min健身圈全覆盖”的规划愿景,对城市片区形成网格化的公共服务设施,遵循了节地高效和存量更新等可持续理念。同时,进行合理的商业策划达成此类公共建筑的可持续运维,以良性的市场行为促使体育与相关产业的紧密结合,以经济性和公益性共同激发城市活力。

西安小寨地区某“运动+商业”综合体,位于繁华商业区内,且紧邻两个学校老校区的教学区域,交通便利但用地狭长,原砖混式的格子商铺逐渐破落亟须改造。在设计之初与体育产业公司进行了项目的策划,将项目功能定义为商业区中的综合运动馆,面向社会和校园人群,尽量提供大众青睐的运动空间,并与体育用品售卖、潮流玩具、音像、小型超市等功能充分结合,提出了基于可持续运维的空间转换理念(图6)。

图6 西安小寨“叠合型空间”综合运动馆

在具体的空间布置中,首先结合主入口,进行了下沉空间的塑造,为叠合空间的产生扩展了创作的图底,再利用了筒体和整体桁架结构将上层空间进行架空,尽量保证狭长地块中的通透性,从不同方向来吸引人流的穿越和交汇。在地下一层延续了部分原有零售商业功能,人们可以利用下沉广场和上部悬挑体块形成的公共空间自发地聚会和活动,也在竖向的高度上拓展出了更为多样的路径。在第二层至顶层及上人屋面则布置了健身房、标准篮球场、滑冰场、羽毛球场等完整的运动空间,为这个核心商业区域提供了可开展全民健身的优质场所,层叠的大空间也预设了灵活的功能转换(图7)。

a—四层; b—三层; c—二层; d—一层; e—地下室。

方案由于具备了较大的悬挑形态,因此在结构体系上参照了深圳简上综合体育馆的技术措施,运用了钢结构桁架及钢筋桁架楼承板等材料。从剖面上可以看出,此类建筑的空间尺度适宜,与城市更新中的受限用地更为契合,叠合的空间能够聚合和激发丰富的大众活动,亦能在城市中创建令人印象深刻的外部形态(图8)。

a—剖面透视; b—篮球馆透视; c—钢琴休息厅透视;d—滑冰场休息厅透视。

2 设计策略构筑

从上述实例可以看出:全民健身运动的“大众普及+活力持续”理念驱动着体育综合体的应运而生,其具有交通可达便利、造型整合新颖、空间场地丰富、结构体系精练鲜明的特征。而从城市品质提升及建筑精细化设计的角度而言,叠合空间型综合运动馆重视“竖向集约+共享适用”的设计策略主要体现于图9所示的几个方面。

2.1 活力场所塑造

体育综合体承载的是各类活动,作为城市中最富有活力的场所,这也是重塑城市公共空间的良好场所。从场地设计方面来看,由于叠合空间型的综合运动馆对高度及地下空间的深度挖掘,打破了传统大跨度建筑占地大的桎梏,从以往较为孤立的建筑设计深化至对城市空间的体验性。其创建的丰富空间不仅包含了专业的运动及文化功能,也尽量创建出更多的城市公共空间,在建筑界面的内外达成场所环境的亲近和共享。

因此,叠合式的体育设施在最大化利用场地的同时,也必须将创建公共空间作为首要的设计策略,如深圳龙华区大浪文体中心的设计理念即为“我们要创造的就是这样一个开放、平等的公共领域,达成活力场所的激发”[6](图10)。合理运用下沉、架空、悬挑、退台、上人屋顶等构型方式及空间界面,创建出了更为丰富的城市公共空间,在场地中创建立体化的图底关系,促进了与市民的行为互动,促使自发性全民健身活动在建筑内外的发生,还原了市民日常的使用、融入日常的环境和文化,也充分展现出共享、包容、进取的城市精神。

图10 深圳大浪文体中心

2.2 运动空间匹配

综合运动馆作为一种全民健身设施,必须对交通服务半径和受众人群、运动类型等进行分析及策划。虽然此类全民健身设施几乎已不再设置标准座席,将更多的使用面积给予了运动空间,但体育工艺的水准体现和标准运动场地的布置要求,依旧成为确定此类建筑中主体空间尺度的基础:首先依据标准化的运动场地尺寸,结合净高要求进行模数化的平面布局;再从平面组合进化为空间叠合,尽可能利用多层数来布置更多的运动场地,还可立体化地进行攀岩等运动空间的匹配。根据调研,90%以上的大众希望综合运动馆至少具备1～2个篮球全场场地、4个及以上的羽毛球场地、1个游泳池或滑冰场等。除此之外,备受群众青睐的健身房、乒乓球、击剑、台球等较小尺度的运动空间,都具有标准的场地尺寸。其中,JGJ 31—2019《体育建筑设计规范》对于日常健身使用的体育建筑场地尺寸进行了规定(表1),这也成为运动馆各层平面生成的基本依据。

为了契合调研反馈中大众所期盼的基本场地数量,并在相应场地中塑造体量和高度适宜的综合运动馆,提出以32 m×42 m的平面尺寸作为各层运动空间的匹配数据,结合合适的层高,此平面内可布置符合全民健身需求的篮球、羽毛球、游泳等场地,并进行部分功能的灵活转换(图11)。

图11 32 m×40 m尺寸的场地多功能布置模式 m

运动空间竖向叠合时,结合功能、流线、结构、设备等因素,可采用多种布局方式。不同运动空间对其在建筑的相对位置具有一定的要求,如地下一层可布置停车及对采光要求不高的运动空间,配套商业及较小空间可布置于底层,游泳馆也应尽量布置在建筑的底部易于水设备处理,但少数案例也耗费较多成本将其置于上部,打造为视线良好、环境优雅的舒适场所。而篮球、羽毛球等球类运动则布局较为多样,顶层可结合上人屋面等,设置成为高度适宜的共享空间(图12)。

图12 叠合式运动空间的几种排布方式

在进行建筑功能空间的叠合后,也可自然地对体块产生错动和相贯,这种对建筑体块进行的立体化塑形,营造出更为丰富有趣的空间使用体验。如设置下沉广场和室外大台阶等,可以合理利用建筑地下空间。建筑体块的水平错动则会营造出室外平台,将运动环境与自然气息相联系。竖向相贯的叠合体块中也会产生许多通高、错层、夹层等空间,可为建筑的功能设定拓展出更多可能性,也增添了空间氛围。合理的上人屋面设计可使综合运动馆增加更多的活动场地,也可设置景观功能,供使用者休憩观景。因而,由功能体块叠合产生的空间形态更为灵活和新颖,促使大众运动功能拓展为更为丰富的交流和活动(图13)。

图13 由功能体块叠合产生的空间形态

综合运动馆还应当满足不同年龄不同阶层群众的多样化需求,针对性地设置一些具有中等规模的活动空间,如棋牌室、太极拳馆、动感单车、攀岩、击剑等场馆,以吸引多元化的适用人群,以多样性的活动组织调动居民参与体育的积极性,达到普及群众体育的目的。此外,作为公共服务设施的一部分,还可结合智慧体育等热点及需求,具备体质监测、私教定制、教育培训、公益服务等活力及人性化空间,这是此类建筑作为公共设施和社会福利的重要体现,也是激发其自身运营能力的重要方式。

2.3 交通流线组织

作为一类叠合空间型的公共建筑,并且面向数量众多的使用人群,如何将大众安全快速舒适地引导至不同的运动空间,并充分考虑人流密集场所的安全疏散及防火要求,应在设计之初就重点考虑。

首先,由于运动人群数量较多,层叠的大空间内往往成为人流密集场所,在首层平面结合外部场地和功能分区,须尽量设置专属的出入口和缓冲空间,合理地将不同使用人群在首层即分流,并考虑无障碍等因素,配置数量适宜的电梯,严格根据防火标准及疏散要求布置疏散楼梯。同时,由于空间叠合产生的竖向形态,自动扶梯成为人们在不同高度中相互联系和转换的重要设备。其能够在串联上下交通流线的同时塑造出许多通高空间的场景感,自身的斜向外观特征也往往成为建筑造型的一部分(图14)。

图14 叠合空间型综合运动馆的几种交通组织方式

由于叠合形态中产生了通高空间或错动平台,可以运用叠合空间的概念来组织多样的交通流线。在一些交互空间处还可以利用大台阶、休憩草坡、人行坡道、健身步道、跑道等设计进行室内外高差上的处理,使得原先单调的交通路径化身为具备活动功能的共享空间。如在深圳龙岗区坪地文体中心的设计中,建筑师在紧凑用地中充分利用了高度上的体积,将体育中心与文化中心化身为两个相互交融的体块。在两者之间设置连续双环形坡道,既是从室外到室内及屋面的无障碍交通流线,也创造了一种自下而上漫游整个建筑的连续空间体验。通过人们的视线交汇和活动发生,富有趣味的交通空间更加激发了体育与文化功能的互动交融(图15)。

图15 连续双环形坡道创建了交通和共享空间

2.4 结构技术创新

成熟的网架、桁架、张弦梁等结构已为大跨度空间构筑了成熟的骨骼。传统体育馆的叠合形态多限用于二层,常用结构形式:下层为钢筋混凝土密肋梁+混凝土楼板,上层屋盖为钢结构+金属屋面(图16)。

图16 传统体育馆叠合大空间的常用结构体系

在此类成熟的结构体系运用之中,与顶层的屋盖相匹配的往往是金属屋面系统,如铝锰镁直立锁边屋面等,其构造还包括保温及防水等层次,其屋顶上难以承受大的荷载,不能满足多层叠合的体育综合体使用要求。因而,结构技术的创新和应用是保证体育建筑空间叠合的基础所在。

在更多层数的叠合空间型体育设施中,整体性的钢结构和桁架结构都得以广泛应用,如雄安容东综合运动馆以两个“运动盒子”构成,都包含了3～4层大空间的竖向层叠。[7]其在地下层运用了钢筋混凝土框架及隔震装置,在地面层则运用了大跨度钢框架结构,采用的H型钢强度高,可以节省10%～15%的材料成本,并且部分顶层以轻量化原则采用了张弦梁结构承载屋面,整体结构体系技术成熟,经济可行(图17)。

图17 雄安容东综合运动馆的结构体系

比较而言,简上综合体育馆的结构体系代表着更为先进的一种类型:“筒体+整体桁架”结构,采用空间钢桁架与核心筒支承的结构体系,该结构体系的优点主要体现在两个方面:一是在水平荷载作用下,筒体不仅可以单独抵抗外倾覆力矩,而且筒体与筒体间桁架可形成类似巨型框架的稳定作用,整体结构抵抗外倾覆力矩;二是通过筒体间的楼盖协调各筒体间的水平变形,故采用多筒体支承的桁架结构体系,使结构传力途径更为清晰明确。

西安小寨综合运动馆出于对结构实用性和上部空间大跨度悬挑的综合考量,结合了容东综合运动馆及简上体育综合体的结构体系。在底层及较小空间运用了常用的大跨度钢框架结构,局部以筒体结构支承上部悬挑体块,在最上层和篮球馆的大空间运用了整体桁架结构来包裹空间,并在楼面层使用“空间钢网架+钢筋桁架楼承板”来承担上方荷载。此类空间结构的结合运用不仅赋予建筑令人印象深刻的外部形态,也使得运动空间更为灵活(图18)。

图18 西安小寨综合运动馆的结构形式

西安小寨运动综合体的部分空间钢网架结构结合钢筋桁架楼承板构成了三层滑冰场上空的大跨度屋面体系。网架的平面尺寸为30 m×66 m,根据JGJ 7—91《网架结构设计与施工规程》规定,最终选取网格数为10×22,网格尺寸为3 m×3 m,网架高度为1.5 m。杆件选用Q235型钢。

对空间钢网架进行模拟计算及有限元网格分析,首先在Grasshopper软件中建立网架模型,之后在Karamba 3d参数化有限元分析插件下输入相应的参数值。根据荷载组合规定,按承载力极限状态进行荷载效应组合,分别计算出可变荷载和永久荷载的效应组合值并选取最不利条件对网架模型进行挠度模拟计算。

计算表明:网架中部布置核心筒和柱子部位位移变化较小,两端悬臂部分位移变化较大,挠度值均小于JGJ 7—91容许值。

钢结构桁架体系提供了稳固的支撑骨架,运动馆的立面材料和构造措施成为完整的表皮系统,在其上运用现代简约的超白低能耗玻璃、超高性能混凝土、穿孔铝板及铝合金格栅等材料,体现出当代体育建筑的明快风格,也保证了符合地域气候特征的构造层次,使叠合型体育设施的管线设备、给排水、消防安全等配套设施更为集约紧凑,大幅降低场馆建设成本支出。

3 结束语

在高度和竖向方面的集约和整合是构筑叠合空间型综合运动馆的关键技术所在,也清晰地表达出该类设计策略背后的生成逻辑。空间的合理层叠不仅可充分利用土地资源和集约优势,在合理的功能范围内形成适宜的高度和体量,也可避免庞大且不易转换的建筑空间所造成的能源浪费和运维困难。

叠合空间型综合运动馆高效集约的功能空间、精练得体的结构体系、现代简约的外部形态都契合于对城市设计和建筑创作的时代要求。该类设施不仅能为国民提供高质量的体育活动场地和良好的强身健体环境,还能以公共空间的营建为健康的社会公共生活方式塑造场所,成为激发活力的城市“舞台”。