孫彥亮

1 全專業(yè)性能化融合的整體設計策略

1.1 基于整體理念的全專業(yè)性能化融合

總體來說我國建筑業(yè)相對粗放和碎片化，作坊式的設計與建造模式往往無法應對較為大型和復雜的項目。因此，筆者及所在團隊從設計開始就在思考與探索適應于體育場館等復雜建筑需求的科學設計方法。

基于復雜科學思維形成的世界觀認為，世界被當成一個不可分割、動態(tài)的整體，它的組成部分之間本質(zhì)上是相互作用的?；趶碗s科學思維的整體設計觀認為，建筑各個系統(tǒng)既有獨立性和邊界，同時也存在著相互關聯(lián)和整體性。體育建筑作為一個復雜的建筑系統(tǒng)，應該是一個有機的整體?；谡w理念的理性設計，需要從建筑整體性來探究影響各技術專業(yè)的構成要素，用系統(tǒng)化的思想統(tǒng)籌各專業(yè)在建筑整體性能方面的出色表現(xiàn)。全專業(yè)性能化融合的建筑實踐特點是建筑專業(yè)全面地與結構、機電設備等專業(yè)協(xié)同整合設計，最終實現(xiàn)在建筑效果、綠色節(jié)能、功能實現(xiàn)等多方面設計目標的統(tǒng)一協(xié)同。

1.2 基于理解互信的各專業(yè)創(chuàng)作參與

全專業(yè)性能化融合的整體設計需要建筑師與結構工程師、機電工程師等在設計的開始階段就針對設計目標量身打造一套完整的設計策略。在設計的推進過程中，建筑師需要結合自己的設計理念和各專業(yè)工程師充分溝通，以實現(xiàn)設計構想。

在體育建筑的設計中，多專業(yè)的溝通包括如何通過結構形式實現(xiàn)建筑和結構的統(tǒng)一，以及在此基礎上主要機電管線的設置規(guī)則等。全專業(yè)性能化融合的設計思路將超越單一的專業(yè)視角，平衡不同專業(yè)的設計目標，實現(xiàn)建筑性能最優(yōu)化。

1.3 全專業(yè)性能化融合的整體設計策略

對于體育建筑來說，結構是建筑的骨骼，結構技術時刻影響著建筑形式。結構設計作為建筑創(chuàng)作的一部分，在實現(xiàn)建筑之美的同時，也展示了自身的結構之美。

為了改善建筑的空間品質(zhì)和舒適度，建筑設備系統(tǒng)應運而生。設備系統(tǒng)是現(xiàn)代體育建筑的必要組成，設備構件也是建筑空間的重要組成部分。因此，在設計過程中應充分考慮設備對建筑空間的影響。

建筑師主導的全專業(yè)性能化融合設計，以建筑功能布局優(yōu)化和空間品質(zhì)全面提升為出發(fā)點，從整體設計的角度對各專業(yè)提出具體的技術要求和建議。最終將建筑師的美學觀念滲透到結構形式和機電管線的排布設計中，從而使結構構件和機電設備不再成為建筑空間的視覺障礙，而是和建筑形成有機整體。

本文通過筆者作為工程主持人或?qū)I(yè)負責人參與的薩摩亞太平洋運動會綜合體育館、五棵松冰上運動中心及白俄羅斯國際標準游泳館三個體育建筑設計實踐，探討設計中如何超越單一專業(yè)視角，以基于建筑整體概念的理性原則，把握好設計總體目標及各專業(yè)要求間的平衡，詮釋全專業(yè)性能化融合的整體設計理念。

2 設計實踐

2.1 有限條件下的整體設計策略——薩摩亞太平洋運動會綜合體育館

（1）建筑概況

2019年7月7日—20日，第16屆太平洋島國運動會在薩摩亞成功舉辦。薩摩亞太平洋運動會綜合體育館（以下簡稱“綜合體育館”）承擔了此次運動會大部分室內(nèi)項目的比賽（圖1）。

援外項目大多位于欠發(fā)達國家和地區(qū)，當?shù)氐慕?jīng)濟社會發(fā)展水平、生活習慣及自然氣候都同國內(nèi)有很大差別，因此援外項目不能簡單照搬國內(nèi)的建設標準和習慣做法，而是要充分結合當?shù)氐膶嶋H情況和需求，在有限的條件下建設實施。

（2）地域建筑形態(tài)與適宜綠色設計

薩摩亞地處赤道地區(qū)，氣候炎熱，降雨頻繁，各個島嶼植被茂密，蚊蟲繁盛。當?shù)氐膫鹘y(tǒng)建筑主要為干欄式，稱為“法雷”?！胺ɡ住蔽菝嫫露容^大，利于排水，重視遮陽通風，能夠很好地適應當?shù)夭煌牡匦危瑫r能夠有效隔絕潮濕氣候，避免地面有害蚊蟲對日常生活的影響。

綜合體育館采用本土生產(chǎn)的低能耗與可再生材料，體現(xiàn)當?shù)氐膫鹘y(tǒng)文化特色。設計根據(jù)氣候條件及使用習慣，借鑒“法雷”的建筑形式，采用利于自然通風的半開敞式設計。薩摩亞當?shù)亟涤觐l繁，建筑屋頂在山墻面觀眾平臺處適當出挑，起到遮陽擋雨的作用，同時結合建筑主入口形成圓形的意象，與“法雷”端部圓形的形式產(chǎn)生關聯(lián)。百葉、外露的鋼結構及比賽大廳頂面噴涂木色氟碳，還原了當?shù)啬緲嫿ㄖ剀扳说沫h(huán)境氛圍。

設計充分考慮當?shù)氐臍夂驐l件和運營條件，充分利用自然通風采光，既有效降低能耗，又能減少日常運營的負擔。綜合體育館在比賽大廳兩側底部及山墻處設置通風百葉，滿足建筑日常的通風需求。在賽后運營期間活動百葉可以全部打開，使比賽大廳成為半開敞的活動空間。綜合體育館大廳兩側設置高側窗，賽后只需要少量照明便可達到訓練、會議和健身等功能的照度要求。

（3）有限條件下的整體空間優(yōu)化

在綜合體育館的設計中，結合項目特點在有限條件下進行了全專業(yè)性能化融合實踐，打造了一套完整的建筑與結構、機電整合策略。設計過程中經(jīng)過不同屋面結構形式的比選，選用了便于現(xiàn)場組裝的鋼桁架結構形式，根據(jù)桁架的桿件截面尺寸及空間形式，將通風管道和檢修馬道同時設置在桁架間的中空位置，解決了體育場館室內(nèi)效果和功能舒適度要求之間的矛盾，在有限的條件下高效地實現(xiàn)了建筑性能最優(yōu)化（圖2-4）。

2.2 高性能目標的整體設計策略——五棵松冰上運動中心

（1）建筑概況

五棵松冰上運動中心為2022年北京冬奧會的冰球訓練館，項目位于北京五棵松文化體育中心的東南角，緊鄰長安街。建筑面積38 400m，內(nèi)含一塊標準的冰球比賽場，一塊標準訓練場，除此之外還包括劇場、比賽配套服務、體育文化互動體驗等功能設施（圖5）。

五棵松冰上運動中心按超低能耗標準設計和建造，已獲得中國綠色建筑三星設計標識，是目前全國最大的超低能耗體育場館。

（2）“冰菱花”的設計建構

五棵松冰上運動中心立面以格柵45°斜向交叉構件表現(xiàn)出“冰菱花”的設計意象，立面內(nèi)側的結構構件與冰菱花形態(tài)的幕墻格柵構件部分重合，讓使用者由內(nèi)到外均可感受到冰雪意象。建筑采用斜向交叉的巨型桁架結構體系，與冰菱花格柵形態(tài)同構，建筑、結構的邊界越來越模糊。在冰菱花符號與桁架結構的同構關系中，通過整體協(xié)同設計呈現(xiàn)出高品質(zhì)的空間效果。

（3）高性能目標的全專業(yè)協(xié)同設計

出于商業(yè)運營及體育產(chǎn)業(yè)充分融合的考慮，在地下2層冰場上方設置了包括劇場、體育文化互動體驗中心等文化娛樂配套設施，雖為建筑的賽后運營提供了更多契機，但對于設計的挑戰(zhàn)卻是巨大的。建筑位于長安街延長線，有嚴格的限高要求，為了實現(xiàn)不同功能的疊加，常規(guī)的設計將會突破建筑限高。設計將大跨度的訓練場地置于建筑下部，其他使用功能設置于建筑上部。南、北冰場上空各布置八榀巨型斜向交叉鋼桁架，滿足了地下2層體育運動場地的大跨度空間需求。

鋼桁架結構在地上部分只占用建筑空間的分割區(qū)域，結構高度不占用建筑空間，在有效降低建筑凈高和不同功能空間疊加的前提下實現(xiàn)大空間的功能需求。通過各專業(yè)的協(xié)同設計，完美地克服了建筑功能和苛刻限制條件之間的矛盾（圖6）。

作為目前全國最大的超低能耗體育場館，五棵松冰上運動中心從“降低需求、提高能效、開源補強”三個維度進行建筑節(jié)能設計，充分預留設備機房及路由，將建筑師的美學觀念滲透到機電管線的排布設計中，使設備管線的擺放根據(jù)建筑模數(shù)整合布置，實現(xiàn)建筑空間的整潔美觀（圖7）。

2.3 彰顯地域文化的整體設計策略——白俄羅斯國際標準游泳館

（1）建筑概況

白俄羅斯國際標準游泳館項目占地5.59萬m，建筑面積約4萬m，可容納觀眾6 000人。游泳館各項參數(shù)設計符合國際泳聯(lián)（FINA）標準要求，可用于舉辦歐錦賽等各級別游泳、藝術游泳、水球、跳水等國際賽事。

1 綜合體育館建筑外觀

2 綜合體育館比賽大廳內(nèi)景

3 綜合體育館設計構成分析

4 綜合體育館全專業(yè)性能化示意圖

5 五棵松冰上運動中心外景

白俄羅斯國際標準游泳館不僅僅是一座游泳中心，更是一座承載了國家榮耀、體育精神和人民健康的殿堂。項目建設用地緊鄰明斯克城市一環(huán)線，位置優(yōu)越，交通便利，每到華燈初上，游泳館就像一顆熠熠生輝的寶石鑲嵌在城市的項圈之上。

（2）地域文化和民族精神關聯(lián)下的元素提取

大型標志性公共體育建筑要集中體現(xiàn)所在區(qū)域的社會歷史文化審美取向和建筑象征。設計從當?shù)靥赜械娜宋臍v史氛圍及傳統(tǒng)元素出發(fā)，努力體現(xiàn)地域傳統(tǒng)文化，注重表達時代精神。建筑主立面造型由白俄羅斯國旗上的民族紋飾提煉而成。紅色的菱形圖案作為造型與立面設計的母題，象征并展現(xiàn)著白俄羅斯的傳統(tǒng)精神與民族魅力。主立面由單個菱形單元復制而來，呈現(xiàn)出典雅端莊的韻律，五個菱形“手拉手”也象征著中白友誼（圖8,9）。

（3）結構、空間、形式的整體實現(xiàn)

在白俄羅斯國際標準游泳館的設計中，既沒有片面追求建筑的造型而忽視空間的功能使用，也沒有違背建筑的結構邏輯體系，而是實現(xiàn)了建筑形式與結構邏輯、空間關系高度統(tǒng)一共生。

建筑師在創(chuàng)作過程中與各專業(yè)工程師緊密合作。結構設計采用了空間剛度大、整體性強、經(jīng)濟性好的三向交叉空間桁架，滿足了結構承載力和剛度需要。屋面結構標準化、單元重復的特征能夠有效節(jié)省工期、節(jié)約造價，同時建筑的造型體現(xiàn)了當?shù)匚幕卣?。而且折型屋面的高點恰好為結構構件，這樣可以在滿足空間凈高的前提下降低建筑高度，減小建筑體積，有效降低能耗。在觀眾廳區(qū)域，結合鋼結構的中空位置設置設備機房，充分利用建筑中的消極空間，提高空間效率。

為了展示結構之美，結構設計與幕墻設計、室內(nèi)設計、機電設計整體協(xié)同，將建筑形式、結構構件、機電設備管線、設備末端和材料構造進行高度的設計整合。建筑表皮、室內(nèi)裝飾不再是簡單疊加，結構骨架也不僅僅是為建筑提供支撐，在整體的設計策略中它們的界限變得模糊，充分展示出了建筑的整體之美（圖10）。

3 結語：基于整體建構的設計實現(xiàn)

全專業(yè)性能化融合的整體設計策略要求建筑師站在建筑全局角度，跨越單一的專業(yè)領域邊界，從整體設計目標出發(fā)對其他各個專業(yè)進行整合設計，創(chuàng)造出高品質(zhì)的建筑作品，讓整體的技術營造呈現(xiàn)出建筑的精神價值，這是對當代建筑中各專業(yè)各自為政和泛視覺化的直接抵抗，也是基于建筑自主性思考的建筑學科價值的回歸。

6 五棵松冰上運動中心結構及整體設計示意圖

7 五棵松冰上運動中心冰球場地內(nèi)景

8 白俄羅斯國際標準游泳館透視圖

9 白俄羅斯國際標準游泳館造型由民族紋飾中提煉

10 白俄羅斯國際標準游泳館整體設計示意圖

1,2 Charles Netzler 攝影

3,4,6,7,9-11 北京市建筑設計研究院有限公司提供

5,8 張哲鵬攝影