參數(shù)化設(shè)計(jì)在體育館建筑造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ——以東方體育中心為例

1、參數(shù)化設(shè)計(jì)在體育建筑造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用以東方體育中心為例上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)現(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用案例研究東方體育中心參數(shù)化設(shè)計(jì)在東方體育中心建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用1234參數(shù)化設(shè)計(jì) 體育建筑造型設(shè)計(jì)現(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計(jì)體育館建筑的功能性強(qiáng)，比賽廳大小、形狀受到功能的制約;體育建筑的技術(shù)含量高，其屋蓋結(jié)構(gòu)、空調(diào)、光照、制冷等技術(shù)都對造型有很強(qiáng)的制約;體育建筑受環(huán)境的影響大，需要大而寬敞的外部空間環(huán)境，而具體環(huán)境又反過來影響建筑的造型?？梢?，體育建筑的建筑造型受功能、技術(shù)、環(huán)境制約較大，其造型創(chuàng)作特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)，是建筑藝術(shù)與技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。其創(chuàng)作范疇涵蓋了比賽廳

2、的空間設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、與環(huán)境的依存關(guān)系以及地域文化等精神領(lǐng)域的范圍?，F(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計(jì)1.與環(huán)境要求相結(jié)合的創(chuàng)作思路一般情況，我們總是希望體育館雄偉壯觀，最好成為城市一景和標(biāo)志性建筑，這種希望和要求完全可以理解，但不能不問環(huán)境，一味追求雄偉、有失和諧。體育館本身的體量大小可調(diào)節(jié)余地一般不大，但不等于沒有潛力與可能，體量的外露之多寡則有較大的斟酌余地。比如下沉式布局，選擇扁平或漸沉收斂的體形、設(shè)臺(tái)座等，都可減少體量、協(xié)調(diào)環(huán)境。體育館的體量和尺度處理，應(yīng)以環(huán)境條件為轉(zhuǎn)移，不應(yīng)一成不變，只強(qiáng)調(diào)雄偉壯觀而不問環(huán)境是否和諧是不可行的?，F(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計(jì)2.與美學(xué)規(guī)律相結(jié)合的創(chuàng)作思路 形體、結(jié)構(gòu)、

3、材料建筑的美學(xué)規(guī)律涵蓋面非常的廣泛，它貫穿了建筑的形體組織、內(nèi)外空間表現(xiàn)、裝修與色彩等多個(gè)方面，也滲透到物理、結(jié)構(gòu)、材料、心理、仿生、社會(huì)、文化、藝術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。一切事物都有自己的法則和其內(nèi)在的規(guī)律，而體育建筑造型設(shè)計(jì)的法則是統(tǒng)一的，而產(chǎn)生美的方式是多種多樣，仁者見仁、智者見智的;基于現(xiàn)代體育建筑往往在造型上反映社會(huì)物質(zhì)生活與文化生活的面貌、氣氛和時(shí)代性?，F(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計(jì)3.與立意構(gòu)思相結(jié)合的創(chuàng)作思路與立意構(gòu)思相結(jié)合的創(chuàng)作思路涉及體育建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。它是一條主線，將建筑的環(huán)境、功能、技術(shù)完整而有力地整合在一起，創(chuàng)造一種超凡的建筑意境、建筑形態(tài)、建筑情感，來震撼觀眾的心靈，升華體育建筑

4、的藝術(shù)成就。參數(shù)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，通過一組參數(shù)對其拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行約定，改變參數(shù)帶進(jìn)而改變整體圖形。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是要經(jīng)過概念設(shè)計(jì)，草圖設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)等多個(gè)過程，每個(gè)過程又伴隨著反復(fù)的推敲，那么經(jīng)常的改動(dòng)這一個(gè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)正適合參數(shù)化的應(yīng)用，可以使效率大大提高。使得建筑師從繁重的勞動(dòng)中解放出來，更加專注于設(shè)計(jì)的過程。參數(shù)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用Rhinoceros擁有強(qiáng)大的建模功能：Rhinoceros帶有布爾運(yùn)算、放樣、旋轉(zhuǎn)、控制點(diǎn)調(diào)節(jié)等來創(chuàng)建NURBS曲線、曲面和實(shí)體的3D建模工具，基于NURBS，Rhinoceros的建模是精確和強(qiáng)大的，用

5、它所生產(chǎn)的模型可以直接交付廠家進(jìn)行生產(chǎn)制造；可快速修改：Rhinoceros自帶延伸、合并剪切、擠壓等對曲線、曲面和實(shí)體的編輯工具，可以不受約束的進(jìn)行袖帶；支持多種格式：Rhinoceros涵蓋了主流的3D格式類型，如DWG、3DS、JPG、RIP等；渲染方面，Rhinoceros提供了材質(zhì)較多的控制，現(xiàn)如今，也有很多插件如Penguin、Flamingo。1. Rhinoceros參數(shù)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用Grasshopper最顯著的特點(diǎn)就是它由自己一套獨(dú)特的方式來完成整個(gè)建模的過程通過節(jié)點(diǎn)與連線的方式組織自己的算法與幾何操作；實(shí)時(shí)展示效果：在作為模型動(dòng)態(tài)變化的發(fā)起者，可以使用戶在調(diào)

6、整和揣摩設(shè)計(jì)成果的時(shí)候具有更細(xì)致、自由的觀察力；嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)化建模操作。Grasshopper中主要是以數(shù)據(jù)操作為依據(jù)，是依據(jù)運(yùn)算器進(jìn)行連接組織來實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建的，通過參數(shù)的變化來控制模型，在建模的調(diào)控中，圖形只起到了監(jiān)視程序編寫的作用；完整的保存數(shù)據(jù)。2. Grasshopper上海東方體育中心是為舉辦第十四屆上海國際泳聯(lián)世界錦標(biāo)賽而興建。馮格康，瑪格及合伙人建筑師事務(wù)所于2008年贏得了項(xiàng)目設(shè)計(jì)競賽，建筑綜合體從設(shè)計(jì)到落成歷時(shí)將近兩年半的時(shí)間。綜合體包括一座可舉辦多種體育賽事以及文化活動(dòng)的多功能體育館、一座游泳館、一座室外跳水館和一個(gè)媒體中心?；诳沙掷m(xù)的城市發(fā)展方針政策，體育中心取代了黃浦

7、江沿岸的工業(yè)區(qū)舊址，為這一地區(qū)重新注入活力。案例研究東方體育中心在第十四屆上海國際泳聯(lián)世界錦標(biāo)賽期間，體育館承辦花樣游泳錦標(biāo)賽，賽后這里還可為拳擊、籃球、羽毛球、冰球等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目提供場地或用來舉辦音樂會(huì)等文化活動(dòng)。館內(nèi)設(shè)有14000多個(gè)觀眾坐席，也可通過增加臨時(shí)座位擴(kuò)展至18000個(gè)坐席。封閉的體育館體采用圓形平面，主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋面鋼結(jié)構(gòu)跨度170m，其上覆蓋鋁合金表皮。平行的鋼梁依次排列形成一座35m高的拱廊，將環(huán)繞賽場布置的開放式前廳的玻璃幕墻圍合于其內(nèi)。案例研究東方體育中心1.綜合體育館游泳館內(nèi)設(shè)有4個(gè)一字排開的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸泳池、一個(gè)跳水池和一個(gè)娛樂池。館內(nèi)設(shè)有3500個(gè)固定坐席

8、，為滿足世界錦標(biāo)賽的賽事要求，可擴(kuò)展至5000座。封閉的游泳館平面為長方形，主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋面為鋼結(jié)構(gòu)，長約210m，寬120m，高22m，其上安裝有三角形的玻璃天窗。日間光線沿著鋼梁結(jié)構(gòu)之間的細(xì)長窗帶射入館內(nèi)，在實(shí)現(xiàn)自然采光的同時(shí)有效避免了直射光線造成的眩光問題。案例研究東方體育中心2.游泳館室外跳水館綜合體坐落于人工島之上，可提供2000個(gè)固定坐席。在世錦賽或其他高規(guī)格賽事舉行期間可擴(kuò)容至5000席。跳水館的配置為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)室外跳水賽池、跳塔以及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳賽池。跳水館屋面結(jié)構(gòu)外環(huán)直徑約130m，內(nèi)環(huán)直徑90m，形式與建筑圓形平面相吻合，構(gòu)造則與其他兩座場館大同小異。屋蓋梁架由建筑主

9、體結(jié)構(gòu)支撐，位于結(jié)構(gòu)單位之間的輕質(zhì)張拉膜可起到遮陽擋雨的作用。案例研究東方體育中心3.室外跳水館游泳館80m高的媒體中心位于基地北側(cè)，共有15層。內(nèi)有健身中心、會(huì)議室、醫(yī)療服務(wù)中心、貴賓休息區(qū)和辦公區(qū)。規(guī)則的8.4m結(jié)構(gòu)網(wǎng)格保證內(nèi)部空間可進(jìn)行靈活的分隔利用。外立面表皮采用白色微孔鋁合金鑲板，表達(dá)了湖面水波蕩漾的美好意象。案例研究東方體育中心4.媒體中心參數(shù)化設(shè)計(jì)在案例建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用上海東方體育中心項(xiàng)目的建設(shè)是為舉辦2011年第14屆FINA國際泳聯(lián)世界錦標(biāo)賽,同時(shí)也為將上海建設(shè)成亞洲體育中心城市。德國GMP國際建筑設(shè)計(jì)有限公司于2008年中標(biāo)該項(xiàng)目。項(xiàng)目包括三個(gè)主要體育場館綜合體育館、游

10、泳館及室外跳水館。其外形特征是建筑由一系列連續(xù)變化的大跨度空間析架組成。參數(shù)化方法的介入為解決設(shè)計(jì)和建造過程中遇到的問題提供了強(qiáng)大支持。參數(shù)化設(shè)計(jì)在案例建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用在概念設(shè)計(jì)階段,水、波、橋梁、風(fēng)帆等意象元素作為設(shè)計(jì)概念首先感性地決足了體育館的建筑形態(tài)由若干動(dòng)態(tài)變化的位點(diǎn)，甚至尺度的定義都在一個(gè)相對較大的可調(diào)或可選范圍內(nèi)。此時(shí)很多常規(guī)的三維軟件都能把控、塑造這樣一個(gè)三維模型，以滿足建筑師的視覺要求，并通過縮放、拉伸、擠壓等操作對形體進(jìn)行整體的、模糊的修改。本項(xiàng)目利用Rhinoceros軟件的自帶建模功能，通過放樣作為輪廓線的空間曲線得到單榀桁架，陣列并由Cage Edit命令整體修改后

11、得到形體。1.參數(shù)化設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目中的特點(diǎn)參數(shù)化設(shè)計(jì)在案例建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用而當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)人深化設(shè)計(jì)階段，數(shù)據(jù)將以施工依據(jù)作為目標(biāo)，對精確性的要求不言而喻。同時(shí)，大量的現(xiàn)實(shí)問題將會(huì)被納人考慮，此時(shí)需要兼顧各專業(yè)提出的要求以確保建造的可行性及正常使用。首先是建筑師進(jìn)一步推敲形體的要求，這里如何得到一個(gè)可視化的三維模型并能夠快速根據(jù)要求進(jìn)行修改是關(guān)鍵。其次是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)主體鋼結(jié)構(gòu)的要求，將形體表面向內(nèi)偏移后得到結(jié)構(gòu)軸線、發(fā)展其為桁架系統(tǒng)，并計(jì)算、驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)模型是否可行，這種配合亦是一個(gè)雙向、反復(fù)的過程，要求高效地調(diào)整模型。此外，幕墻顧問也將根據(jù)施工可能性提出如下要求：如何精確實(shí)現(xiàn)規(guī)模超常的雙曲面

12、，包括材料選擇、加工工藝、職異形分塊等。1.參數(shù)化設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目中的特點(diǎn)參數(shù)化設(shè)計(jì)在案例建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用“找形（Form Finding）”是每個(gè)形體特殊的項(xiàng)目必須完成并且貫穿設(shè)計(jì)始末的工作，決定找形規(guī)則的因素很多，包括設(shè)計(jì)意圖、結(jié)構(gòu)形式、幕墻的材料與施工工藝、風(fēng)壓、采光與遮陽、太陽能利用等等。本項(xiàng)目的找形規(guī)則很大程度取決于幕墻材料與施工工藝。深化設(shè)計(jì)初始，為形成流暢的雙曲面，兩種材料作為幕墻外裝飾面板被納人考慮：GRC與鋁單板。兩種材料的曲面成形都需要通過同比例的模具，而通常模具制作的高昂成本正是雙曲面裝飾鋁板高昂總價(jià)的主要原因。故為避免制作自由雙曲面所需的成千上萬不同模具，同時(shí)也是力求以

13、最簡單的方式描述形體，找形的規(guī)則被確定為所有的曲面都是標(biāo)準(zhǔn)球體或圓環(huán)的一部分，這樣所有在同一側(cè)面內(nèi)的板塊都可以用同一塊模具成形，不同模具總數(shù)量減少了95%以上。2.參數(shù)化設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目中的解決方案參數(shù)化設(shè)計(jì)在案例建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用所有的曲面都是標(biāo)準(zhǔn)球體或圓環(huán)的一部分這一找形原則，加上所有曲面都是內(nèi)凹的這一條件，翻譯成幾何邏輯即為：用多個(gè)位置、尺寸受控的標(biāo)準(zhǔn)幾何體對一個(gè)范圍超過所需形體的體塊作布爾相減運(yùn)算，得到最終形體。其中標(biāo)準(zhǔn)幾何體的位置、尺寸的定位非常關(guān)鍵。為了使所有桁架個(gè)體形成的建筑整體能連續(xù)均勻的變化，所有標(biāo)準(zhǔn)幾何體就必須通過在空間中連續(xù)均勻分布的控制點(diǎn)（多為形體的頂點(diǎn)，且通過四個(gè)控制點(diǎn)

14、有且僅有一個(gè)球體）。根據(jù)上述幾何邏輯，就可以在Grasshopper中構(gòu)建建筑形體的參數(shù)化模型了：先制定形體控制軸線（平面與空間皆有），將軸線相交形成空間控制點(diǎn)，然后用幾何作圖法求得通過控制點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)幾何體布爾，最后將相應(yīng)的形體布爾相減得到模型結(jié)果。2.參數(shù)化設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目中的解決方案參數(shù)化設(shè)計(jì)在案例建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用上海東方體育中心的主體鋼結(jié)構(gòu)為空間桁架系統(tǒng)，桁架的找形原則是：根據(jù)幕墻系統(tǒng)構(gòu)造厚度與主體鋼結(jié)構(gòu)自身管徑，將形體外表面向內(nèi)偏移固定距離，得到主體鋼結(jié)構(gòu)軸線控制面，進(jìn)而相交得到控制輪廓線，最后在軸線控制面和控制輪廓線上根據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則作出空間桁架軸線。其中受最多關(guān)注也是調(diào)整次數(shù)最多的參數(shù)之一是梁高，對于大跨度結(jié)構(gòu)來說，跨中的結(jié)構(gòu)高度是影響整個(gè)結(jié)構(gòu)是否成立最敏感的部分。在柱腳部分，主體結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)為混凝土柱墩或鋼板箱體以及減震盤，形態(tài)往往比較特殊且難以控制，故需要充分考慮并調(diào)整參數(shù)化模型以保證這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件能被形體的外表面裝飾鋁板覆蓋。2.參數(shù)化設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目中的解決方案結(jié)論在東方體育中心的造型設(shè)計(jì)中，