杜信池

體育館建設(shè)的核心目標(biāo)在于舉辦與觀看體育賽事。觀賽看臺和比賽場地是體育場館設(shè)計的核心要素。本文通過研究分析看臺設(shè)計要素，以視線分析為基礎(chǔ)，提出了看臺參數(shù)化設(shè)計的方法，以算法快速響應(yīng)生成符合看臺需求的形式，旨在提高設(shè)計效率并為未來的體育館設(shè)計實踐提供支持。

競賽型體育館以其比賽場地和觀賽看臺為設(shè)計核心，同時周邊輔以配套的門廳、交通等服務(wù)空間，為運動員和觀眾們提供了高品質(zhì)的體育賽事體驗。在體育館的設(shè)計中，比賽場地和觀賽看臺是最為重要的組成部分。當(dāng)比賽需求明確時，場地的設(shè)計可以迅速明確其尺寸、標(biāo)準(zhǔn)等要素。相比之下，看臺則需要基于視線分析進(jìn)行逐層的設(shè)計，以確保每個座位都能夠觀看到比賽的核心部分。這種設(shè)計方法需要考慮到觀眾視線的高度、角度和遮擋等因素，因此需要進(jìn)行反復(fù)的優(yōu)化和調(diào)整。為了解決這個問題，近年來，設(shè)計團隊開始越來越多采用參數(shù)化設(shè)計方法。通過將設(shè)計過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)公式和計算機程序，實現(xiàn)了設(shè)計參數(shù)的自動調(diào)整和反饋。設(shè)計師只需要在計算機上輸入設(shè)計條件，比如觀眾數(shù)量、視線高度和角度等，程序就可以自動生成符合要求的看臺設(shè)計。這種方法不僅大大減少了設(shè)計時間和人力成本，而且可以確保設(shè)計的準(zhǔn)確性和一致性。因此，參數(shù)化設(shè)計方法在看臺設(shè)計中具有極大的應(yīng)用前景。通過采用這種方法，設(shè)計師可以快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)各類需求，推動體育場館的設(shè)計和建設(shè)不斷向前發(fā)展。

一、體育館看臺設(shè)計的重要性

看臺是觀眾的主要座位區(qū)，它們在決定體育館的容量、安全性和舒適度方面起著至關(guān)重要的作用。在看臺設(shè)計的過程中，視線分析是一個非常重要的因素。體育場看臺的視線分析是指評價觀眾在看臺座位上的視覺視角和視線的過程。隨著國內(nèi)各類大型賽事的舉辦，體育比賽的觀眾人數(shù)日益增多，觀眾對賽事本身的關(guān)注度越來越高。在各類豐富的比賽過程中，觀眾對比賽場地上發(fā)生的競技活動進(jìn)行觀賽，觀眾既需要關(guān)注球隊陣型分部、球隊?wèi)?zhàn)術(shù)布置等大范圍的場景信息，也需要關(guān)注球員技術(shù)動作、球類旋轉(zhuǎn)等具體細(xì)節(jié)的運動信息。運動場地到觀賽看臺的視線傳達(dá)過程中，其完整性和準(zhǔn)確性就是視線分析需要解決的問題。通過對看臺的不同區(qū)域進(jìn)行視線分析，設(shè)計可以計算看臺的高度、斜率和配置，確定看臺的高度、寬度和長度，確定看臺的座椅的配置和布局。視線分析的最終目標(biāo)是確定最佳的座位安排和看臺形式，確保所有觀眾都能暢通無阻地觀看比賽場地并能夠充分享受比賽。

二、看臺設(shè)計與視線分析

1.視線分析的基本參數(shù)

《體育建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ31-2003）中明確規(guī)定，體育場館的看臺設(shè)計必須進(jìn)行視線分析，從而確保觀眾能夠獲得良好的觀賽體驗。視點位置、視線升高差和通視曲線等因素，都必須被考慮在內(nèi)。視點位置的選擇應(yīng)基于對應(yīng)運動項目的需求，如果是兼容多個項目類型的場館，則應(yīng)以視點最不利的項目作為研究對象。連接觀眾眼位和視點位置即為觀賽最不利視線，為保證前排觀眾不遮擋后排觀眾，設(shè)計師還需要計算視線升高差C 值（圖1）。也就是說，后排觀眾通過前排觀眾時的視線必須高于前排觀眾頭頂?shù)母叨?，前排觀眾的眼位與后排觀眾通過前排位置時的高差即為視線升高差（C）。這個計算過程將確保每個觀眾都能夠欣賞到運動員的比賽和動作?！扼w育建筑設(shè)計規(guī)范》針對不同項目和實現(xiàn)質(zhì)量等級，明確要求了視點位置及各排視線升高差的最小值。

圖1 視線升高差（來源：自繪）

2.視線分析的邏輯關(guān)系

在視線分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計師可通過繪圖法逐層對看臺坐席進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計師應(yīng)首先確定首排位置和看臺排距，然后通過繪圖法逐層向后延伸，確定后排觀眾眼位和坐席的土建平面。在斷面作圖的過程中，設(shè)計應(yīng)將由基礎(chǔ)視點引來的視線通過前排觀眾眼位以上升高差的位置，向后排延伸，與后排坐席的垂直面（由前排坐席垂直面向后移動看臺排距得來）相交，得出后排的觀眾眼位，由后排眼位向下觀眾視高（國內(nèi)一般為1150mm），可得出后排坐席的位置。逐層向后延伸繪圖，最終得出整個看臺的斷面。初步的看臺斷面完成后，設(shè)計師需要另外考慮看臺的疏散安全、觀看俯角、前后排高層等諸多問題，對看臺斷面和通視曲線進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以確保所有觀眾都能夠享受到最佳觀賽體驗。

三、看臺設(shè)計的參數(shù)化模型

在各種客觀條件的約束下，視點位置、視線升高差、首排位置、看臺排距等變量相互制約、共同作用，決定了整個通視曲線的變化。為兼顧多方面因素，設(shè)計師需要反復(fù)調(diào)整各個變量，以期得到最理想的觀眾看臺設(shè)計形式。設(shè)計師可以利用GRASSHOPPER 與Python工具構(gòu)建看臺的參數(shù)化模型，將看臺視線分析的參數(shù)和邏輯組織起來。這樣的參數(shù)化模型可以幫助設(shè)計師快速進(jìn)行各種變量的調(diào)整和優(yōu)化，實現(xiàn)多個設(shè)計方案的快速比較和選擇。模型還可以通過多種可視化手段，讓設(shè)計師更清晰地了解場館看臺的空間結(jié)構(gòu)和通視曲線的變化，從而進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計方案，為觀眾提供更好的觀賽體驗。

1.看臺參數(shù)化模型的構(gòu)建邏輯

通過對看臺視線分析與設(shè)計的研究，將看臺的斷面生成設(shè)計邏輯分解為以下幾個步驟，重點在于實現(xiàn)視線要求，同時滿足實際施工問題，保證最終看臺的設(shè)計滿足各方面的需求。

（1）確定基本視點的空間坐標(biāo)，并確定斷面在場地平面的基本位置。因場地的不同角度均需要滿足視線分析的要求，實踐中的斷面設(shè)計常需要選取最不利的角度為看臺設(shè)計的基準(zhǔn)。（2）確定看臺的首排位置。受看臺下空間布置的影響，首排看臺有時并不置于最底層，位置的確定需要綜合考慮體育館總體平面布置、看臺下空間凈高的要求，需要保證與整體設(shè)計的同步。（3）在一些大型體育館中，觀眾看臺可能分別設(shè)置為池座、樓座甚至包廂，看臺設(shè)計并不連續(xù)，在參數(shù)化模型中考慮該情況，加入了看臺分段設(shè)計的參數(shù)。（4）構(gòu)建看臺逐層設(shè)計的參數(shù)化邏輯?？磁_的繪制作為一種幾何作圖的過程，受各種因子和參數(shù)的綜合影響，通過循環(huán)算法，逐層繪制出看臺的形式，并可根據(jù)參數(shù)的變化快速反應(yīng)出最新的對應(yīng)看臺。（5）優(yōu)化看臺斷面形式。上述逐層生成的看臺高差多為小數(shù)，且各層均不相同。考慮到實際施工問題，參數(shù)化模型中可根據(jù)上一步逐層循環(huán)繪制得出的斷面形式對看臺高差進(jìn)行歸整與統(tǒng)一。（6）看臺模型的三維生成與驗證?？磁_的設(shè)計最終需要落實為三維的模型，程序?qū)⒆罱K選定的設(shè)計斷面沿場地周邊放樣，生成出最終的立體形態(tài)。

2.看臺參數(shù)化模型的使用場景

通過該程序算法（圖2）的應(yīng)用，設(shè)計師在看臺設(shè)計過程中得到了高效且精確的技術(shù)支持?；诓煌脑O(shè)計出發(fā)點，設(shè)計師可以迅速生成多個看臺設(shè)計方案，并通過該算法對每個方案的視線質(zhì)量進(jìn)行評估，從而選擇最優(yōu)設(shè)計方案作為后續(xù)深化設(shè)計的基礎(chǔ)。另外，該程序算法還具備驗證現(xiàn)有看臺設(shè)計的功能，幫助設(shè)計師更加全面地評估設(shè)計或改造方案的可行性。設(shè)計師可以輸入已有的看臺設(shè)計數(shù)據(jù)，利用程序算法進(jìn)行斷面分析和優(yōu)化。

圖2 GRASSHOPPER程序（來源：自繪）

四、參數(shù)化模型的實踐應(yīng)用

本文以亞運會手球館為例介紹本程序在看臺生成設(shè)計中的應(yīng)用。杭州亞運會手球館位于浙江師范大學(xué)蕭山校區(qū)西南角，是杭州亞運會新建場館中唯一一個位于高校內(nèi)的競賽場館，作為一個為亞運賽事準(zhǔn)備的校園體育館，在滿足亞運會使用要求的前提下，設(shè)計需要盡可能地降低建設(shè)成本，提高功能布置的利用效率。

手球館看臺設(shè)計需求：項目總建筑面積約16300平方米。由于受到用地尺寸限制，主比賽館比賽廳尺寸僅為64m×50m。比賽廳需要容納一個40m×20m的手球比賽場地及其緩沖區(qū)域，以及約2000 名觀眾的觀賽需求（圖3）。因場館面積緊湊且比賽場地面積較大，看臺的首排位置盡量貼近比賽場地緩沖區(qū)域布置，從而盡可能多的提升觀眾看臺的座席數(shù)量。在平面位置基本確定的前提下，設(shè)計中必須兼顧空間高度和整個看臺的斷面坡度，以確保觀賽體驗和觀眾安全。

圖3 手球館形式示意圖（來源：自繪）

看臺生成過程中，設(shè)計師在程序中設(shè)定了手球場地邊線尺寸及基本視點高度0.6m，以確?？磁_視線質(zhì)量等級可以滿足II 級要求。對于池座看臺的首排位置，設(shè)計師根據(jù)比賽場地緩沖區(qū)域的大小設(shè)定其平面輪廓?？紤]到看臺下南北向出入場館的通道暢通，首層高度設(shè)定不低于通道高度與結(jié)構(gòu)板厚度的累加，即2.3m。

樓座看臺首排平面位置根據(jù)二層走道位置確定，其下部空間為衛(wèi)生間，考慮衛(wèi)生間空間凈高及其上部吊頂、結(jié)構(gòu)，高度設(shè)定不低于2.5m。除此之外，其他設(shè)計參數(shù)也可根據(jù)實際情況設(shè)定，例如看臺座席間距可以在0.8m 至0.9m 之間調(diào)節(jié)，看臺高度可以在0.4m 至0.55m 之間調(diào)節(jié)。在確定了上述各個參數(shù)的基本范圍后，設(shè)計師將首排位置、首排高度、座席間距等設(shè)為幾組不同的數(shù)據(jù)，觀察其對看臺形式的影響。基于上述參數(shù)及比賽廳輪廓設(shè)定，程序自動生成了看臺斷面，并將其放樣為三維模型。在此過程中，各個參數(shù)的變化共同作用于最終的看臺形式，需要互動調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)效果。通過對諸多成果的比較，設(shè)計師最終選擇了在體驗感和經(jīng)濟性之中較為平衡的看臺形式，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行看臺深化設(shè)計（圖4）。

圖4 看臺照片（來源：自繪）

五、總結(jié)

本文以看臺參數(shù)化設(shè)計為例，展示了數(shù)字技術(shù)在體育場館設(shè)計中的重要性。參數(shù)化設(shè)計方法可以快速準(zhǔn)確地生成符合要求的設(shè)計形式，加速設(shè)計生成和評估的過程。此外，它也可以用于評估設(shè)計的合理性和可行性，為設(shè)計師制定更合理、更符合實際需要的設(shè)計方案提供指導(dǎo)。因此，該方法的應(yīng)用將為體育場館提供更多的設(shè)計可能性和選擇，并有望成為體育建筑領(lǐng)域的重要工具和研究方向。