劉 偉 呂嘉怡 張志浩

(長安大學建筑學院, 西安 710064)

0 引 言

近年來,健康的現(xiàn)代生活方式促進了全民健身運動的廣泛興起,國家已將其作為重要的民生國策之一,從而促使更為廣泛的體育設施得以建設,使其功能定位從競技體育轉(zhuǎn)為大眾體育,使其主要宗旨由“全民健身”成為“全民健康”。這種需求推動著傳統(tǒng)的獨立、單一功能的競技性場館更多地轉(zhuǎn)型為可承載多種大眾體育健身活動的綜合體建筑,其尺度親民,以公益性及服務性為導向。

其中,在豎向和高度上進行空間疊合成為一種新的構型方式,其摒棄以往空間單一且尺度過大的大跨度空間,充分利用豎向高度和剖面的層疊,使建筑體量極大縮小,并為多種功能和空間的組合創(chuàng)造了更多的靈活性和可行性。適宜尺度的疊合型建筑形態(tài)易于在城市中構建,更符合于鄰近社區(qū)及多點布局,可滿足優(yōu)化和完善基層公共體育設施網(wǎng)絡的要求。此類建筑從物化層面體現(xiàn)出了集約高效與技藝的結(jié)合,也以廣泛的受眾人群促進著體育、文化、娛樂等多方面產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展,為城市大眾參與創(chuàng)建了更多的空間載體(圖1)。

圖1 全民健身理念下的疊合型體育設施發(fā)展趨勢

1 “疊合空間型”體育設施特征

1.1 體育綜合體

顯而易見,空間單一、龐大臃腫的孤島式體育場館已難以滿足全民健身熱潮所帶來的設施需求,城市活力的激發(fā)也仰賴于人們的交流和活動。新一批的體育設施趨向于更加融入城市肌理和日常生活,集體育、休閑、娛樂、購物、交往于一體的“體育綜合體”應時代而生,成為市民社會生活的公共場所;同時注入文化和體育雙重基因的文體中心也愈發(fā)社區(qū)化,其功能內(nèi)容雖較為復雜,但也重視公共空間的塑造和集約高效的布局。[1-2]相對而言,綜合運動館更為關注大眾青睞的運動內(nèi)容。這些新穎的公共建筑都彰顯出集約、整合、多元的共性,設計者往往根據(jù)全民健身及相應文化活動的內(nèi)容設定,在城市緊湊的用地實現(xiàn)大空間與大空間的疊合并置。

如深圳粵海文體中心的設計因占地面積受限而不可避免地走向了立體化。設計者首先從公共空間塑造的理念出發(fā),在場地中為市民提供一個立體化、公共開放的街區(qū)公園,并將不同的運動“盒子”在豎向進行疊加,由此形成了若干相互連通的空中活動平臺,在不同高度都盡可能為使用者提供豐富的城市景觀及互動體驗。在此基礎上,進一步打破水平各層之間的空間界限,置入靈活使用的綜合功能。這種立體化的圖底關系使平臺層成為激發(fā)都市活力的空中城市客廳,在高密度的城市環(huán)境中塑造出一個立體化的文體建筑。[3]

在這座地下三層,地上十二層的小型“豎向城市”中,設計者設置了游泳池、羽毛球場、健身房、屋頂網(wǎng)球場等運動空間,并將社區(qū)服務中心、圖書館、咖啡館等功能整合其中。全民健身與社會服務以高度進行分區(qū),在保證各類場館功能獨立運營的基礎上,利用便利的豎向交通體系與多個架空平臺促進各功能空間的交互。規(guī)律的柱網(wǎng)作為上方大跨度空間桁架的支撐,保證了結(jié)構上的合理。鋼結(jié)構懸掛扶梯為使用者提供便利且有趣的路徑,自身也成為造型的一部分,并結(jié)合時尚的半透明表皮材料呈現(xiàn)出簡約明快的造型特征 (圖2) 。

1—地下停車場; 2—前廳; 3—售票信息臺; 4—黑匣子劇場;5—書吧; 6—社會健康中心; 7—社區(qū)服務中心; 8—閱覽區(qū);9—閱讀平臺; 10—室外運動場地; 11—更衣室; 12—后勤辦公;13—信息服務臺; 14—兒童游泳池; 15—25 m游泳池; 16—青少年游泳池; 17—多功能活動室; 18—平臺咖啡館; 19—觀景平臺;20—羽毛球場; 21—綜合教室; 22—水吧;23—健身房; 24—屋頂網(wǎng)球場。

另一座引人矚目的疊合型體育設施——深圳簡上體育綜合體,已經(jīng)在2022年建成并開放,其巨大的疊合形態(tài)被譽為“巨人的階梯”,這一比喻形象地表達出該建筑在順應場地條件和功能需求時所采取的形態(tài)策略。[4]其三個巨型體塊的空間疊合,首先呼應場地周邊的城市環(huán)境,塑造出了充足的城市公共空間和室外活動場地,給南側(cè)學校退讓出緩沖距離,在北側(cè)形成有遮陰的室外廣場。建筑體量錯位疊加,大眾可在巨大的體塊之間健身、奔跑和休憩。場地內(nèi)部變幻多彩的景觀配置強化了運動活力的街區(qū)氛圍,給人愉悅的運動體驗。

設計者利用地形高差,將體量最大的綜合館和游泳館嵌入地下,占據(jù)地下一、二層空間。羽毛球館和網(wǎng)球館體量大而集中,分別置于頂上的第四、五層,在上下大型場館的三層,設置一些小型場館,如跆拳道、擊劍、乒乓球、舞蹈和健身等場館。在游泳館及多功能館體量之間退讓出下沉入口廣場,形成半開放的共享空間。為了達成巨大跨度空間的疊合,這座形態(tài)錯動的體育綜合體采用了“剪力墻核心筒+鋼桁架伸臂+外圍腰桁架”的主體結(jié)構,并以“雙向正交網(wǎng)架+鋼筋桁架樓承板”作為每一層大空間的承重樓板,成為結(jié)構技術創(chuàng)新和應用的典范(圖3)。

1.2 校園共享活動設施

與城市中的體育館相比,高校體育館有著更為明晰的服務人群定位,但很多新校區(qū)的體育館都有位置過遠,功能單一且難以轉(zhuǎn)換等問題,學生對其甚至產(chǎn)生疏遠而非青睞的使用感受。而許多高校的老校區(qū)用地緊張,又期待為師生創(chuàng)造新的運動容器,也將目光投向了集約化的體育綜合體。由于國家已大力提倡高校體育設施向社會大眾開放,以此促進全民健身運動的均衡發(fā)展,因此,越來越多的校園體育建筑也會像城市公共服務設施一樣,以空間聚合或疊合的形態(tài)體現(xiàn)出更為高效的使用效率。

國外的校園設施更為開放,與城市及社會的邊界較為模糊,提倡全民共享和社會性運維。很多中小型體育館布局均衡,并不追求眾多的看臺數(shù)量和超尺度的規(guī)模,而與教育學習、信息交流以及餐飲休憩等功能進行了綜合的空間構筑,從傳統(tǒng)教育建筑成為共享服務設施。如OMA建筑事務所完成的布萊頓學院科學學院和體育學院設計打破了學科分類下的空間布局,將兩個動靜相異的學院結(jié)合在一座充滿活力的建筑之中。設計者在狹長的地形內(nèi)利用了地下層、通高中廳、坡道等一系列生動空間,為學生們提供了自主學習和自由運動的融合環(huán)境(圖4)。

南丹麥大學學院的Cortex Park教育綜合體中,建筑師也利用鋼桁架結(jié)構將四個不同的教育和創(chuàng)新空間整合在同一座建筑當中,使學生、研究者和員工得以與共享的體育館設施形成連接。體育館設施“懸浮”在四個厚重的體量之上,為整個建筑賦予了通透而明亮的觀感。當夜幕降臨,被點亮的體育館空間展示出融教育、研究和運動于一體的共享環(huán)境(圖5)。[5]

圖5 南丹麥大學的Cortex Park教育綜合體

1.3 綜合運動館

粵海文體中心和簡上體育綜合體無疑是疊合空間的優(yōu)秀案例,前者達12層高,而后者更是一座運用了9 000 t鋼材的龐然大物。與它們相比,4～5層的疊合空間型綜合運動館的規(guī)模較小,其體量也與大量校園共享活動設施相近,在大部分城市及校園中更具普及性和經(jīng)濟性,適宜的空間尺度與疊合高度在匹配全民健身運動的同時也減少了不菲的造價和安全隱患。建筑以多點布局的形式置身于城市之中,良好地契合國家“15 min健身圈全覆蓋”的規(guī)劃愿景,對城市片區(qū)形成網(wǎng)格化的公共服務設施,遵循了節(jié)地高效和存量更新等可持續(xù)理念。同時,進行合理的商業(yè)策劃達成此類公共建筑的可持續(xù)運維,以良性的市場行為促使體育與相關產(chǎn)業(yè)的緊密結(jié)合,以經(jīng)濟性和公益性共同激發(fā)城市活力。

西安小寨地區(qū)某“運動+商業(yè)”綜合體,位于繁華商業(yè)區(qū)內(nèi),且緊鄰兩個學校老校區(qū)的教學區(qū)域,交通便利但用地狹長,原磚混式的格子商鋪逐漸破落亟須改造。在設計之初與體育產(chǎn)業(yè)公司進行了項目的策劃,將項目功能定義為商業(yè)區(qū)中的綜合運動館,面向社會和校園人群,盡量提供大眾青睞的運動空間,并與體育用品售賣、潮流玩具、音像、小型超市等功能充分結(jié)合,提出了基于可持續(xù)運維的空間轉(zhuǎn)換理念(圖6)。

圖6 西安小寨“疊合型空間”綜合運動館

在具體的空間布置中,首先結(jié)合主入口,進行了下沉空間的塑造,為疊合空間的產(chǎn)生擴展了創(chuàng)作的圖底,再利用了筒體和整體桁架結(jié)構將上層空間進行架空,盡量保證狹長地塊中的通透性,從不同方向來吸引人流的穿越和交匯。在地下一層延續(xù)了部分原有零售商業(yè)功能,人們可以利用下沉廣場和上部懸挑體塊形成的公共空間自發(fā)地聚會和活動,也在豎向的高度上拓展出了更為多樣的路徑。在第二層至頂層及上人屋面則布置了健身房、標準籃球場、滑冰場、羽毛球場等完整的運動空間,為這個核心商業(yè)區(qū)域提供了可開展全民健身的優(yōu)質(zhì)場所,層疊的大空間也預設了靈活的功能轉(zhuǎn)換(圖7)。

a—四層; b—三層; c—二層; d—一層; e—地下室。

方案由于具備了較大的懸挑形態(tài),因此在結(jié)構體系上參照了深圳簡上綜合體育館的技術措施,運用了鋼結(jié)構桁架及鋼筋桁架樓承板等材料。從剖面上可以看出,此類建筑的空間尺度適宜,與城市更新中的受限用地更為契合,疊合的空間能夠聚合和激發(fā)豐富的大眾活動,亦能在城市中創(chuàng)建令人印象深刻的外部形態(tài)(圖8)。

a—剖面透視; b—籃球館透視; c—鋼琴休息廳透視;d—滑冰場休息廳透視。

2 設計策略構筑

從上述實例可以看出:全民健身運動的“大眾普及+活力持續(xù)”理念驅(qū)動著體育綜合體的應運而生,其具有交通可達便利、造型整合新穎、空間場地豐富、結(jié)構體系精練鮮明的特征。而從城市品質(zhì)提升及建筑精細化設計的角度而言,疊合空間型綜合運動館重視“豎向集約+共享適用”的設計策略主要體現(xiàn)于圖9所示的幾個方面。

2.1 活力場所塑造

體育綜合體承載的是各類活動,作為城市中最富有活力的場所,這也是重塑城市公共空間的良好場所。從場地設計方面來看,由于疊合空間型的綜合運動館對高度及地下空間的深度挖掘,打破了傳統(tǒng)大跨度建筑占地大的桎梏,從以往較為孤立的建筑設計深化至對城市空間的體驗性。其創(chuàng)建的豐富空間不僅包含了專業(yè)的運動及文化功能,也盡量創(chuàng)建出更多的城市公共空間,在建筑界面的內(nèi)外達成場所環(huán)境的親近和共享。

因此,疊合式的體育設施在最大化利用場地的同時,也必須將創(chuàng)建公共空間作為首要的設計策略,如深圳龍華區(qū)大浪文體中心的設計理念即為“我們要創(chuàng)造的就是這樣一個開放、平等的公共領域,達成活力場所的激發(fā)”[6](圖10)。合理運用下沉、架空、懸挑、退臺、上人屋頂?shù)葮嬓头绞郊翱臻g界面,創(chuàng)建出了更為豐富的城市公共空間,在場地中創(chuàng)建立體化的圖底關系,促進了與市民的行為互動,促使自發(fā)性全民健身活動在建筑內(nèi)外的發(fā)生,還原了市民日常的使用、融入日常的環(huán)境和文化,也充分展現(xiàn)出共享、包容、進取的城市精神。

圖10 深圳大浪文體中心

2.2 運動空間匹配

綜合運動館作為一種全民健身設施,必須對交通服務半徑和受眾人群、運動類型等進行分析及策劃。雖然此類全民健身設施幾乎已不再設置標準座席,將更多的使用面積給予了運動空間,但體育工藝的水準體現(xiàn)和標準運動場地的布置要求,依舊成為確定此類建筑中主體空間尺度的基礎:首先依據(jù)標準化的運動場地尺寸,結(jié)合凈高要求進行模數(shù)化的平面布局;再從平面組合進化為空間疊合,盡可能利用多層數(shù)來布置更多的運動場地,還可立體化地進行攀巖等運動空間的匹配。根據(jù)調(diào)研,90%以上的大眾希望綜合運動館至少具備1～2個籃球全場場地、4個及以上的羽毛球場地、1個游泳池或滑冰場等。除此之外,備受群眾青睞的健身房、乒乓球、擊劍、臺球等較小尺度的運動空間,都具有標準的場地尺寸。其中,JGJ 31—2019《體育建筑設計規(guī)范》對于日常健身使用的體育建筑場地尺寸進行了規(guī)定(表1),這也成為運動館各層平面生成的基本依據(jù)。

為了契合調(diào)研反饋中大眾所期盼的基本場地數(shù)量,并在相應場地中塑造體量和高度適宜的綜合運動館,提出以32 m×42 m的平面尺寸作為各層運動空間的匹配數(shù)據(jù),結(jié)合合適的層高,此平面內(nèi)可布置符合全民健身需求的籃球、羽毛球、游泳等場地,并進行部分功能的靈活轉(zhuǎn)換(圖11)。

圖11 32 m×40 m尺寸的場地多功能布置模式 m

運動空間豎向疊合時,結(jié)合功能、流線、結(jié)構、設備等因素,可采用多種布局方式。不同運動空間對其在建筑的相對位置具有一定的要求,如地下一層可布置停車及對采光要求不高的運動空間,配套商業(yè)及較小空間可布置于底層,游泳館也應盡量布置在建筑的底部易于水設備處理,但少數(shù)案例也耗費較多成本將其置于上部,打造為視線良好、環(huán)境優(yōu)雅的舒適場所。而籃球、羽毛球等球類運動則布局較為多樣,頂層可結(jié)合上人屋面等,設置成為高度適宜的共享空間(圖12)。

圖12 疊合式運動空間的幾種排布方式

在進行建筑功能空間的疊合后,也可自然地對體塊產(chǎn)生錯動和相貫,這種對建筑體塊進行的立體化塑形,營造出更為豐富有趣的空間使用體驗。如設置下沉廣場和室外大臺階等,可以合理利用建筑地下空間。建筑體塊的水平錯動則會營造出室外平臺,將運動環(huán)境與自然氣息相聯(lián)系。豎向相貫的疊合體塊中也會產(chǎn)生許多通高、錯層、夾層等空間,可為建筑的功能設定拓展出更多可能性,也增添了空間氛圍。合理的上人屋面設計可使綜合運動館增加更多的活動場地,也可設置景觀功能,供使用者休憩觀景。因而,由功能體塊疊合產(chǎn)生的空間形態(tài)更為靈活和新穎,促使大眾運動功能拓展為更為豐富的交流和活動(圖13)。

圖13 由功能體塊疊合產(chǎn)生的空間形態(tài)

綜合運動館還應當滿足不同年齡不同階層群眾的多樣化需求,針對性地設置一些具有中等規(guī)模的活動空間,如棋牌室、太極拳館、動感單車、攀巖、擊劍等場館,以吸引多元化的適用人群,以多樣性的活動組織調(diào)動居民參與體育的積極性,達到普及群眾體育的目的。此外,作為公共服務設施的一部分,還可結(jié)合智慧體育等熱點及需求,具備體質(zhì)監(jiān)測、私教定制、教育培訓、公益服務等活力及人性化空間,這是此類建筑作為公共設施和社會福利的重要體現(xiàn),也是激發(fā)其自身運營能力的重要方式。

2.3 交通流線組織

作為一類疊合空間型的公共建筑,并且面向數(shù)量眾多的使用人群,如何將大眾安全快速舒適地引導至不同的運動空間,并充分考慮人流密集場所的安全疏散及防火要求,應在設計之初就重點考慮。

首先,由于運動人群數(shù)量較多,層疊的大空間內(nèi)往往成為人流密集場所,在首層平面結(jié)合外部場地和功能分區(qū),須盡量設置專屬的出入口和緩沖空間,合理地將不同使用人群在首層即分流,并考慮無障礙等因素,配置數(shù)量適宜的電梯,嚴格根據(jù)防火標準及疏散要求布置疏散樓梯。同時,由于空間疊合產(chǎn)生的豎向形態(tài),自動扶梯成為人們在不同高度中相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)換的重要設備。其能夠在串聯(lián)上下交通流線的同時塑造出許多通高空間的場景感,自身的斜向外觀特征也往往成為建筑造型的一部分(圖14)。

圖14 疊合空間型綜合運動館的幾種交通組織方式

由于疊合形態(tài)中產(chǎn)生了通高空間或錯動平臺,可以運用疊合空間的概念來組織多樣的交通流線。在一些交互空間處還可以利用大臺階、休憩草坡、人行坡道、健身步道、跑道等設計進行室內(nèi)外高差上的處理,使得原先單調(diào)的交通路徑化身為具備活動功能的共享空間。如在深圳龍崗區(qū)坪地文體中心的設計中,建筑師在緊湊用地中充分利用了高度上的體積,將體育中心與文化中心化身為兩個相互交融的體塊。在兩者之間設置連續(xù)雙環(huán)形坡道,既是從室外到室內(nèi)及屋面的無障礙交通流線,也創(chuàng)造了一種自下而上漫游整個建筑的連續(xù)空間體驗。通過人們的視線交匯和活動發(fā)生,富有趣味的交通空間更加激發(fā)了體育與文化功能的互動交融(圖15)。

圖15 連續(xù)雙環(huán)形坡道創(chuàng)建了交通和共享空間

2.4 結(jié)構技術創(chuàng)新

成熟的網(wǎng)架、桁架、張弦梁等結(jié)構已為大跨度空間構筑了成熟的骨骼。傳統(tǒng)體育館的疊合形態(tài)多限用于二層,常用結(jié)構形式:下層為鋼筋混凝土密肋梁+混凝土樓板,上層屋蓋為鋼結(jié)構+金屬屋面(圖16)。

圖16 傳統(tǒng)體育館疊合大空間的常用結(jié)構體系

在此類成熟的結(jié)構體系運用之中,與頂層的屋蓋相匹配的往往是金屬屋面系統(tǒng),如鋁錳鎂直立鎖邊屋面等,其構造還包括保溫及防水等層次,其屋頂上難以承受大的荷載,不能滿足多層疊合的體育綜合體使用要求。因而,結(jié)構技術的創(chuàng)新和應用是保證體育建筑空間疊合的基礎所在。

在更多層數(shù)的疊合空間型體育設施中,整體性的鋼結(jié)構和桁架結(jié)構都得以廣泛應用,如雄安容東綜合運動館以兩個“運動盒子”構成,都包含了3～4層大空間的豎向?qū)盈B。[7]其在地下層運用了鋼筋混凝土框架及隔震裝置,在地面層則運用了大跨度鋼框架結(jié)構,采用的H型鋼強度高,可以節(jié)省10%～15%的材料成本,并且部分頂層以輕量化原則采用了張弦梁結(jié)構承載屋面,整體結(jié)構體系技術成熟,經(jīng)濟可行(圖17)。

圖17 雄安容東綜合運動館的結(jié)構體系

比較而言,簡上綜合體育館的結(jié)構體系代表著更為先進的一種類型:“筒體+整體桁架”結(jié)構,采用空間鋼桁架與核心筒支承的結(jié)構體系,該結(jié)構體系的優(yōu)點主要體現(xiàn)在兩個方面:一是在水平荷載作用下,筒體不僅可以單獨抵抗外傾覆力矩,而且筒體與筒體間桁架可形成類似巨型框架的穩(wěn)定作用,整體結(jié)構抵抗外傾覆力矩;二是通過筒體間的樓蓋協(xié)調(diào)各筒體間的水平變形,故采用多筒體支承的桁架結(jié)構體系,使結(jié)構傳力途徑更為清晰明確。

西安小寨綜合運動館出于對結(jié)構實用性和上部空間大跨度懸挑的綜合考量,結(jié)合了容東綜合運動館及簡上體育綜合體的結(jié)構體系。在底層及較小空間運用了常用的大跨度鋼框架結(jié)構,局部以筒體結(jié)構支承上部懸挑體塊,在最上層和籃球館的大空間運用了整體桁架結(jié)構來包裹空間,并在樓面層使用“空間鋼網(wǎng)架+鋼筋桁架樓承板”來承擔上方荷載。此類空間結(jié)構的結(jié)合運用不僅賦予建筑令人印象深刻的外部形態(tài),也使得運動空間更為靈活(圖18)。

圖18 西安小寨綜合運動館的結(jié)構形式

西安小寨運動綜合體的部分空間鋼網(wǎng)架結(jié)構結(jié)合鋼筋桁架樓承板構成了三層滑冰場上空的大跨度屋面體系。網(wǎng)架的平面尺寸為30 m×66 m,根據(jù)JGJ 7—91《網(wǎng)架結(jié)構設計與施工規(guī)程》規(guī)定,最終選取網(wǎng)格數(shù)為10×22,網(wǎng)格尺寸為3 m×3 m,網(wǎng)架高度為1.5 m。桿件選用Q235型鋼。

對空間鋼網(wǎng)架進行模擬計算及有限元網(wǎng)格分析,首先在Grasshopper軟件中建立網(wǎng)架模型,之后在Karamba 3d參數(shù)化有限元分析插件下輸入相應的參數(shù)值。根據(jù)荷載組合規(guī)定,按承載力極限狀態(tài)進行荷載效應組合,分別計算出可變荷載和永久荷載的效應組合值并選取最不利條件對網(wǎng)架模型進行撓度模擬計算。

計算表明:網(wǎng)架中部布置核心筒和柱子部位位移變化較小,兩端懸臂部分位移變化較大,撓度值均小于JGJ 7—91容許值。

鋼結(jié)構桁架體系提供了穩(wěn)固的支撐骨架,運動館的立面材料和構造措施成為完整的表皮系統(tǒng),在其上運用現(xiàn)代簡約的超白低能耗玻璃、超高性能混凝土、穿孔鋁板及鋁合金格柵等材料,體現(xiàn)出當代體育建筑的明快風格,也保證了符合地域氣候特征的構造層次,使疊合型體育設施的管線設備、給排水、消防安全等配套設施更為集約緊湊,大幅降低場館建設成本支出。

3 結(jié)束語

在高度和豎向方面的集約和整合是構筑疊合空間型綜合運動館的關鍵技術所在,也清晰地表達出該類設計策略背后的生成邏輯。空間的合理層疊不僅可充分利用土地資源和集約優(yōu)勢,在合理的功能范圍內(nèi)形成適宜的高度和體量,也可避免龐大且不易轉(zhuǎn)換的建筑空間所造成的能源浪費和運維困難。

疊合空間型綜合運動館高效集約的功能空間、精練得體的結(jié)構體系、現(xiàn)代簡約的外部形態(tài)都契合于對城市設計和建筑創(chuàng)作的時代要求。該類設施不僅能為國民提供高質(zhì)量的體育活動場地和良好的強身健體環(huán)境,還能以公共空間的營建為健康的社會公共生活方式塑造場所,成為激發(fā)活力的城市“舞臺”。