【AT导读】“建筑师说技艺”板块通过对相关实践、研究方向等的讨论，分享和记录建筑师的体会与思考。本文从创作背景、设计策略、理性建构、可持续发展的角度简要介绍东安湖体育公园在形体、空间、材料上的理性建构，诗意表达建筑的场所精神和人文内涵，并从几何参数化、性能参数化和建造参数化三个方面详细介绍全过程数字设计的实践与应用。
理性建构，诗意表达——东安湖体育公园第 31 届世界大学生夏季运动会主场馆设计
文/蒋玉辉、袁振华、周宏伟、都成、盛日照2018年12月，在打造“世界赛事名城”的背景下，第31届世界大学生夏季运动会落户成都。作为西部地区首次承办的综合性国际赛事，大运会成为成都“城市大事件”，为城市建设带来了巨大的机遇和挑战。
2018年2月，习近平总书记在成都视察时，首次提出建设“公园城市”的理念，强调城市建设要考虑生态价值，打造新的增长极。自此，成都拉开了公园城市建设的序幕，在新发展理念指导下，结合成都“东进”战略，促进城市格局从“两山夹一城”向“一山连两翼”转变，将龙泉山由原来的生态屏障转变为城市绿心。
东安湖体育公园选址于成都市龙泉驿东安湖片区，位于成都“东进”的桥头堡位置，作为未来成都的“山水会客厅”，此处风光旖旎，南侧湖面辽阔秀美，东边龙泉山山峦起伏，北侧可远眺雪山，是成都践行公园城市新发展理念与重塑城市格局的绝佳场地。
本项目为第31届世界大学生夏季运动会（以下简称“大运会”）主场馆，由“一场三馆”组成，含4万座大型甲级体育场、1.8万座特大型甲级体育馆、3 000座甲级游泳跳水馆、小球馆，总建筑面积约32万m²，总用地面积约678亩，其中体育场为大运会开幕式场馆。作为西部地区首次举办综合性国际赛事的场馆，项目自规划之初就备受关注，设计以“国际品质、中国风范、巴蜀韵味”为定位，践行公园城市新发展理念，力求打造成都城市新名片，成为国内领先的体育娱乐新地标。
▲雪山下的体育公园 ©嘉楠▲城市中的体育公园 ©嘉楠
设计面临的第一个问题是建设周期极其紧张，从建造到投入使用仅23个月，而国内同类型场馆平均建设周期为3~4年，这对设计和施工都是极大的挑战。为此，设计团队提出“理性建构，快速建造”的总体策略，旨在通过理性的数理逻辑建构，最大程度实现建造的标准化和模块化，发挥工业化高效预制拼装的优势特点，提高建造效率。形体有理化是实现快速建造最有效的策略。由于数理逻辑可均分，场馆形体塑造采用“正几何形体”。区别于同类型场馆常采用的椭圆形体量，体育场的正圆形体量被均分为88个标准单元，为形体结构及幕墙系统的模块化、标准化提供了基础条件。体育建筑在形体建构中往往受多元因素的影响，如内部空间形体的限制，环境的影响，建筑地标性的要求等，基于基地周围优质的景观和开阔视野条件，高空观光厅被引入建筑的空间和形体建构之中，通过“看与被看”的视线设计，我们采用参数化设计手段，动态控制开口大小、位置和形态，力求呈现功能理性和形体逻辑的统一，优选出最符合设计理念的形体方案。
▲建筑形体建构生成过程 ©作者自绘 2.3 空间营造——原创性 4 万座整体“看台碗”
考虑到传统大型体育场上下层看台的独立布局模式易造成内场空间不连续、上层看台观赛体验差的缺点，设计以提升观赛体验为目标，通过参数化设计，动态调整看台视线 C 值和看台轮廓，使看台形式契合正圆形体量，首创4万座整体“看台碗”。创新型看台没有明确高低区边界，在内场呈连续空间形态，利于营造赛场氛围。此外，看台设计为“南北低，东西高”，一方面提高东西优质看台的利用率和经济价值；另一方面打通场内与场外自然环境之间的视线走廊，使观众在场内即能“见山望水”，为空间营造植入生态价值。三馆形体建构源自场馆核心空间形态，采用方形母题，与正圆形体育场呼应，形成相辅相成的和谐整体。内部空间力求紧凑高效，其中1.8万座多功能体育馆利用“肥皂形”看台和方形轮廓之间的空间形成南北和东西不同尺度的观众休息厅，契合不同方位使用人数的要求。观众休息厅内疏散楼梯采用外置方式，为内部争取完整灵活的使用空间，同时呈现独特的外部形式。场馆的建筑设计、结构设计、幕墙设计相互依存，彼此塑造，发挥协同作用。为满足快速建造的需求，结构选型充分考虑施工工艺成熟度，体育场立面采用交叉网格作为竖向承重构件，顶部采用悬挑桁架结构，看台采用混凝土预制方式，方便工厂生产，减少现场拼装。幕墙设计方面，立面大跨度格栅系统、屋顶彩釉玻璃系统、内场吸声吊顶膜系统在幕墙分隔上与结构模数进行匹配，幕墙受力与连接同结构一体化考虑，精简杆件布置，呈现简洁高效、秩序分明的构造美学。体育场屋面桁架分割与建筑图案匹配，径向平面桁架与膜拼缝对应，精减环向桁架下弦杆件，最大程度减小对建筑图案的影响。罩棚采用变高度的平面桁架，上弦与幕墙分割精细化对应，减小屋面多余线条的影响，下弦配合膜曲率并提供吊点，高效利用空间，完美呈现太阳神鸟图案。体育场立面结构设计突破常规，采用交叉网格作为竖向承重构件，与立面大跨格栅系统高效连接，同时交叉网格截面考虑视觉美学，建筑近人尺度杆件由双曲等截面圆管过渡为直线变截面圆管，通过交叉网格的组合变化，实现力学原理与建筑美学、结构秩序与空间韵律的统一。作为西部地区首次举办国际综合性体育盛会的场馆，主场馆也是向世界展示大运精神、城市魅力、文化特色的重要载体，设计旨在以现代材料表达古蜀文明，形成强烈时空跨度，传递“在成都，成就每一个梦想”的大运精神，展示城市独特魅力，彰显城市精神底色。
▲体育场东南侧透视 ©意维摄影
3.1 亚洲最大彩釉玻璃屋面
数字信息时代，建筑的第五立面越来越容易被大众看到，大型体育场馆的屋面也常常成为城市对外宣传的重要载体。体育场屋顶以正圆形空间形态为基础，承载“太阳神鸟”金饰图案，通过材料语言转译传统文化图腾，展示古蜀文化魅力。
对比传统屋面透光材料聚碳酸酯板（阳光板），项目所选用的彩釉玻璃具有图案实现和完成度高、耐久性强、构造防水性好、维护使用方便等特点。总面积约 27 000m²，由 12 540 块彩釉玻璃拼装而成的正圆形体育场屋面，以丝网印刷技术呈现了世界上最大的“太阳神鸟”图腾。古蜀文明与大运精神跨越时空的结合，形成强烈的时空对比。
▲屋面彩釉玻璃承载太阳神鸟图案 ©意维摄影3.2 国内最大环形聚酯纤维网格膜
体育场屋盖下采用透光率为41%的聚酯纤维网格膜吸声吊顶，高透光吸音膜在满足体育场良好声学性能的同时，利用紫外光固化印刷喷绘技术呈现传统文化图腾。宽度超40m，周长约600m的环形天幕上，太阳神鸟图案在白天若隐若现，在夜间作为大型庆典和演艺活动灯光秀投射环屏，打造气势恢宏的艺术光影。
▲内场吸声膜植入“太阳神鸟”图案 ©作者自绘3.3 立面铝格栅系统
立面致力于简洁、科技、未来感的美学表达，采用具有金属光感的铝合金格栅和超白玻璃幕墙，利用材料的光影变化，呈现疏密有致、简洁时尚的风格韵味。建筑既是对青春、时尚、运动精神的传递，也是对成都“蜀锦”文化意象的现代表达。
▲体育场立面格栅细节 ©意维摄影▲三馆格栅幕墙 ©意维摄影
立面格栅设计既注重整体形象，又考虑引入公园景观。对不同格栅截面形式进行数字技术模拟，最终选取外部通透率约35%，内部通透率约50%的外密内疏的L形截面。泛光照明灯具被纳入格栅构造中，通过对灯具的隐藏设计，呈现“见光不见灯”的效果，实现场内与场外、日景与夜景兼顾的设计愿景。
▲体育场格栅 “L”形截面构造 ©作者自绘
三馆通过双层表皮与简洁动态的幕墙肌理，将内部特色空间如精密仪器般呈现，营造出层次丰富、充满未来感的独特形式。▲三馆双层幕墙构造 ©作者自绘全过程数字设计以数据为核心，强调数据库的建立与数据的传递、交互，以应用于项目全生命周期为目标。本项目以Rhino+Grasshopper搭建参数化设计平台，形成“设计参数—建立算法规则—结果评价与反馈—迭代与优化”的设计框架，具体应用内容包括看台设计、体育场形体研究、内部空间BIM协同设计等，整个过程采用迭代、优化的思路实时调整设计参数，以计算机虚拟呈现的方式实时评判设计的合理性与完成度。整个过程中，以参数化看台形式为起点，建筑师基于算法生形、形体构建、数字建造进行全过程设计，将设计、建造直观纳入职责与掌控范围。东安湖体育场建筑形体以内场空间形态为导向，基本形采用与看台形态相呼应的圆形，建立如下逻辑：1）以体育场平台（7m 标高）作为底边缘Crv2 标高参数；2）读取看台 7m 标高层轮廓线，确定功能用房、观众休息厅宽度，将两者集合作为底边缘 Crv2 半径参数输入；3）根据场地及看台罩棚覆盖率确定顶边缘 Crv1 半径参数；4）根据工艺照明需求确定顶边缘 Crv1 标高，并辅助城市条例、建筑师主观判断等复核、优化顶边缘标高；5）根据第一、四步绘制截面轮廓线 Crv3；6）计算生成不同拓扑形态，综合优选几何形体。体育场形体深化中将“悬窗”玻璃幕墙作为重要构成元素，保障体育场内不同空间的良好观景视野。结合内部功能策划需求，设置东西侧悬窗与南侧观景悬窗。形体深化可拆分为景观视线质量分析以及玻璃幕墙匹配。视线质量分析包括：1）对基础形体进行网格单元划分；2）设置视线分析取值点，包括东安湖主体景观及火炬塔、东安阁等景观节点；3）参考体育场看台视线质量参数，设置视距、视高与视线角度三个参数，并为不同参数分配权重；4）分析视线质量结果，绿色表示视线质量差，红色则表示视线质量良好。结合视线质量分析结果，东西侧悬窗结合观众休息厅标高及平面区域设置，将西侧悬窗部分设置在视线质量较差的区域，西侧与东侧对称布置；南侧观景悬窗设置在形体高区，避免遮挡内场观景视线，水平范围设置在视线质量良好的区域，并综合垂直交通体数量（主要受防火分区数量影响）以及空间集约、高效利用等因素，以减少对内场视线遮挡。此外，根据结构找形匹配调整悬窗设置高度及范围，满足结构合理性需求。东安湖体育场因其内场、观众休息厅等空间形态具有大跨度、大悬挑的特点，因此结构成为性能优化的重要内容。Grasshopper插件Ameba是一款基于双向渐进结构优化法（BESO）的拓扑优化设计软件，为基于结构性能优化的建筑形体设计提供了良好的研究平台。性能分析结合建筑特点，分别对北侧、南侧以及东西侧三个典型剖面进行不同工况的结构性能模拟，根据计算发现，靠近内场悬挑部分（A）及外侧曲面部分（B）是需要优化的重点内容。其中A处为灯光照明的环形马道，应在满足2m的净高需求下，尽可能减小A端结构厚度。B处形体结构性能较低，形体优化策略包含两方面：1）综合南侧高空观光厅内部空间体验及使用效率，适当缩小悬挑，将结构内侧作为休闲、展览等功能空间，外侧作为室外观景平台；2）除高空观光厅外，其他区域利用幕墙体系塑造原有建筑形体。东安湖体育场立面横向格栅设计须兼顾通透性与整体性，在计算规则的建立中，以截面形式、尺寸、通透率等参数对立面通透性影响以及相互关联性进行研究，计算得出符合设计概念的截面形式。体育场结构选型为“立面正交网架+屋顶平面桁架”的结构体系，水平格栅单元划分原则与立面网架成对应关系，不额外增加结构系统。如果简单地与结构体系对应，会使得格栅单元长度不一、连接点增多，增加加工难度，效果不理想。方案最终沿逆时针单方向与结构相对应，使得格栅单元需要在约12m跨度上满足最小挠度（1/180跨度）的需求。因此，截面尺寸选择成为项目成败的关键因素，截面尺寸太小，挠度变形大；截面尺寸太大，自重加大，经济性降低。将格栅竖向挠度变形计算公式写入Python编程代码，对比不同截面尺寸（200mm×100mm、 400mm×200mm、600mm×300mm）的变形程度，并综合通透率（满足消防排烟的最小通透率25%、35%、50%）以及整体效果，最终选择截面尺寸400mm×200mm及立面通透率35%。如何对矩形截面进行再设计是实现内场通透性的重要环节，项目以拓扑变形的设计思路，利用Grasshopper 计算 器 Galapagos Evolutionary Solver，保证矩形框靠外侧竖向高度不变（Pt1/Pt2 位置不变）以维持整体建筑的通透率，靠比赛场内侧角点（Pt3/Pt4）进行竖向移动，且最大移动距离为 150mm（保证竖向 50mm 构造需求），将格栅对内场遮挡角度总和最小作为评判参数，以此迭代计算方式对矩形截面进行拓扑变形，发现Pt4向下移动能明显增加内部通透率，Pt3竖向移动对通透率没有影响。依据拓扑分析结果，综合泛光、排水等因素完成细节深化工作，并针对深化节点进行竖向挠度验算，最后通过1：1材料样板比选不同表面处理工艺的光泽、光晕等，指导幕墙的生产与加工。横向格栅数字建造过程直观展现了体育场的建成效果，同时也极大提高了建筑师对项目的整体把控。
▲格栅节点示意 ©作者自绘
场馆的可持续设计关注建筑全生命周期的运营活力。针对传统大型场馆“重赛事、轻运营”导致的赛后运营难题，设计从规划之初就提出“复合高效、平赛结合”的理念，利用场馆空间植入特色运营产业，将体育产业与赛事功能高效复合，以专业赛事为引领，链接大众体育、泛体育全产业链，实现惠民、兴业、谋城的设计愿景。项目充分考虑用地南侧的景观资源，创造性地利用屋面结构空间设置运营功能。在29.170m标高钢结构桁架内，克服结构、机电、消防难题，打造长约300m的120°全景高空观光厅。在赛后运营中，极具特色的“时空隧道”既可根据需求策划为不同业态功能，又能成为成都展示公园城市建设的“城市窗口”。场馆充分考虑未来扩展的可能与使用场景的转换。游泳馆观众席结合观众厅剖面设计，可进行扩容拓展；体育馆可进行冰篮转换，并在赛事与演艺等模式间顺畅切换；看台设计充分考虑运营需求，采用短边不对称设计，预留舞台搭建区；小球馆设计采用大空间，结合造型预留机动车通道，不仅可用作全民健身场所，还可以承办各类展览活动。▲跳水馆剖面分析--3000座模式 ©作者自绘▲跳水馆剖面分析--4500座模式 ©作者自绘东安湖体育公园位于成都“东进”的桥头堡，作为未来成都的“山水会客厅”，设计从生态视角重新定义建筑、场地和城市的关系，力求最大化利用生态景观。将视野从基地延伸至城市，构建“一廊一带”生态格局，形成“望山见水”的空间形态，打造包含雪山下的大运场馆、全景高空观光厅、“城园融合”体育公园的多个交互式公共场域，促进城市格局转变，打造成都公园城市理念示范区。
▲一轴一廊生态格局 ©作者自绘
为高质量、高标准地举办成都大运会，以东安湖体育公园为代表，成都体育场馆设施获得极大提升，这些场馆在承担赛事任务的同时，更成为城市市民体育赛会、健身活动的主场。在建设“世界赛事名城”的背景下，通过高端赛事，提升全民健身参与度，场馆采用“免开、低开”的开放惠民方式，植入体育运营产业，推动文化、商业、旅游、体育的跨界融合发展，从而形成“专业体育—大众体育—泛体育”的可持续发展模式，将“谋赛”与“谋城”“兴业”相结合，发挥城市建设中的体育力量。
业主：成都华润置地驿都房地产有限公司建设地点: 四川省成都市龙泉驿区建筑设计：中国建筑西南设计研究院有限公司项目总负责人：蒋玉辉 项目副总负责人：袁振华（体育场、三馆）、金蓓（体育场）体育场设计团队：袁振华、周宏伟、钱聪、盛日照、邓霁月、郝飞（建筑）；冯远、陈文明、周全（结构）；文烨、李静、杨红兵、涂敏（给排水）；陈英杰、张明宇、李泊然、姚奇（暖通）；银雪、李江涛、陈汉、徐胜梅（电气）；吴寰、补翔宇、杨异（智能化）；董彪、赵鑫、向宇（幕墙）；张国强、涂强（装饰）三馆设计团队：袁振华、都成、周宏伟、肖波、杨扬、邱严泉、钱聪、盛日照（建筑）；王立维、张蜀泸、刘翔、张志军、陈迪、赖程刚（结构）；王建军、刘帅、沈冰洁（给排水）；魏明华、杜燕鸿、吴佳（暖通）；李慧、郑宇、张滔、邱玉（电气）；吴寰、补翔宇、杨异（智能化）；董彪、赵鑫、向宇（幕墙）三馆联合设计（方案、初步设计）：德国GMP国际建筑设计有限公司总建筑面积：约32万m²设计时间：2019.06—2020.09建成时间：2021.04
注：上文内容节选自《建筑技艺》杂志2022年4月刊文章《理性建构，诗意表达——东安湖体育公园第31界世界大学生夏季运动会主场馆设计》（作者：蒋玉辉、袁振华、都成、周宏伟）和《数字渗透背景下的复杂建筑设计探索——浅谈东安湖体育场全过程参数化设计实践》（作者：蒋玉辉、周宏伟、盛日照），参考文献部分已省略。
作者简介蒋玉辉中国建筑西南设计研究院有限公司副总建筑师 , 体育建筑设计研究中心总建筑师。袁振华中国建筑西南设计研究院有限公司体育建筑设计研究中心副总建筑师。周宏伟中国建筑西南设计研究院有限公司体育建筑设计研究中心主任建筑师。都成中国建筑西南设计研究院有限公司体育建筑设计研究中心副总建筑师。盛日照中国建筑西南设计研究院有限公司体育建筑设计研究中心主任建筑师。
延伸阅读【AT】为大运会而设计——成都高新体育中心（by西南院郑勇团队）
本文节选自《建筑技艺》杂志2022年4月刊（点击杂志封面了解本期详情）点击文末阅读原文
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校核：王文慧
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