建筑结构丨主创揭秘！2019年武汉第七届世界军人运动会比赛场馆是这样炼成的

  成熟的设计来自于方法而非手法。手法带有个性化色彩，方法则表现为某种逻辑的推演。加减法这种数学的方法被我们尝试运用于建筑设计之中： “加法”泛指设计要素的积集聚合，“减法”则指对基本设计元素的减少消融。正如法国哲学家德勒泽所言：“建筑之艺术性就存在于建筑构件之间的聚合关系之中”。

  图1：德国慕尼黑体育公园体育建筑——这一在上世纪80年代才开始在我国崭露头角的建筑类型，其发展大概经历了体育建筑——体育中心——体育综合体的三个历程。在这个历程中，加和减的设计方法大多数都用在功能用房的组合，比如在每一个体育单体设施中增加面积、增加功能；或者把体育本身无关的功能、可运营的面积全都抽离。相比之下，国外建筑师已经在体育建筑的多个角度进行了加减法的尝试，取得了很好的经验，给我们大家带来一些启迪：比如德国慕尼黑体育公园(图1)，将体育建筑与公园结合，取得了很好的社会效益；同样在慕尼黑的安联球场(图2)，则在建筑表皮的运用上融合了造型、结构、泛光等要素；英国威尔士千禧球场(图3)，大胆减掉了观众入口平台，将建筑、水景、广场、城市交通集约在一起，解决了用地紧张的矛盾等。在武汉第七届世界军人运动会举办之际，结合我们设计的三个场馆，探讨加减法在体育建筑规划设计中的运用。

  武汉体育中心位于武汉市经济技术开发区，包含体育场、体育馆和游泳馆(一场两馆)及其附属建筑，于2002~2007年陆续建成。此次改造工程包括主体育场综合改造；体育馆、游泳馆更新升级；以及总体景观整体提升（图4）。改造于军运会前竣工，作为七军会主会场，承担运动会开、闭幕式以及排球、游泳等比赛任务（图5）。

  武汉体育中心改造是基于建筑形式与视觉层次营造的有机更新。主体育场改造最重要的任务是增加贵宾区，弥补原有场馆接待功能不足的问题，满足接待大会领导人、各国元首的需要。主体育场自2002年8月建成以来，宛如“莲花”的建筑形象已深入人心，我们最先尝试加的策略，在体育场西侧增加一座贵宾楼，实际建模后，发现形体突兀，效果不理想；于是把设计由加法变为减法，将贵宾区融入原有建筑的体量之中，贵宾区由原来8000平米扩建为19000平方米，满足开幕式接待的功能需求（图6）。

  为了使新增部分能与原有的建筑合为一体，改造区域以“和”为基调，在原有莲花状雨蓬造型之下，增加了三条水平状曲线），将新增的贵宾区隐藏在飘带之后，起伏的形态富有行云流水的韵律，体现了武汉独特的水文化，与体育场顶部的莲花造型相得益彰。白天壁立的玻璃直面与流畅的金属飘带刻画出精致空透的感觉，体现与原造型“和而不同”的形态；夜间利用飘带上的孔洞与LED点灯的结合，变成360度的媒体屏，幻化出多种动态的色彩和图案，灵动的曲面围绕体育场四周，塑造成完整统一的流动画卷（图10）。

  “点火仪式”历来作为开幕式演出的点睛环节，火炬塔的设计也成为改造工程的重点。我们同样是采用“利旧为新”的方式，在原体育场东北角结构井筒的形体上做加法。火炬塔造型新颖、独特，7片花瓣暗合“第七届世界军人运动会”的主题，七条上下贯通的主体钢结构象征着“丝绸之路经济带”，主钢结构之间交织成网则隐喻了“21世纪海上丝绸之路”。白色的钢结构与体育场屋盖大悬挑预应力索桁-整体张拉式索膜结构浑然一体；为客服新旧结构之间相互穿插且无不干扰的难题，更好地实现设计创意，我们运用RIHNO、Grasshopper等参数化软件完成了三维空间精准定位，实现了建筑艺术、空间结构、点火装置、机械控制、舞台美术、水景平台、泛光亮化等一系列高新技术的完美结合，使独特的“水火交融”的点火形式成为这届军运会开幕式的亮点（图11）。

  武汉体育中心改造工程还有一个加法就是增加绿量，绿色的增加着眼于后军运会时代给城市提供一处绿意盎然的体育公园（图12）。新增绿化以大型乔木为主，同时梳理园区以前杂乱的景观和植被。以“林带”、高低起伏的绿化缓坡结合原有山体的形式(图13)，完成师法自然的空间布局，建筑融入绿色之中，创造出人与自然和谐共存的新型体育中心。

  五环体育中心位于武汉市东西湖区，包含体育场、体育馆、游泳馆及配套设施等，是承办2019年第七届世界军人运动会比赛的主赛场，也是满足赛事升级并兼顾赛后利用的多功能、综合性甲级体育中心。

  设计基于环境融合与形式美感的建筑表达。通过对城市空间的分析，基地西侧毗邻城市公园，东侧面向城市主干道，北侧面对规划中的文化中心。在总体布局上，我们思考怎么样运用加法，通过增加体育公园的方式，完成城市公园到城市沿街界面由西至东的空间过渡，进而完成被体育中心隔断的城市空间体系的织补（图14）。

  针对基地范围狭小的问题，总体设计选取整体集约紧凑的布局方案，北侧对应文化中心布置了集散广场，在东西两侧留出开阔的场地；西侧将马投潭公园引伸进体育中心（图15），通过覆土塑造为高低起伏、自然流畅的室外景观，并与观众入口平台的绿化融为一体，既规整有序又不乏活泼自由（图16）；公园缓坡之下设置了体育中心的地面停车场（图17），将公园与停车两种功能合二为一，节约了用地和造价。基地东侧临城市主干道的界面则采用配套商业内街的形式，与室外篮球、门球、足球等各类体育运动场地有机结合，配套用房通过流畅的形体沿东侧城市道路布置，试图形成有序、有趣的城市界面。东西两侧一动一静的处理手法，满足了市民的健身需求，增加了人气，同时也融入了城市公园，给今后的运营提供了造血功能。

  在建筑空间形体上采用减法的策略，探索将体育馆、游泳馆建筑屋面的梭形天窗的造型与结构体系融为一体（图18）。我们沿梭形天窗之下布置了一组具有韵律的龙骨形的主受力结构构件，并以钢索将其绷紧在周边的弧形环梁上，形成量身定制的独特的预应力张弦网格结构。结构真实地回应了树叶状的屋顶与梭形条状的天窗，实现了建筑结构的一体化设计（图19）。天窗下增加了全遮蔽电动遮阳百叶系统，将采光、遮阳、结构融为一体，营造出简洁纯粹、浑然天成的室内空间（图20）；自然光线的引入能节省大量人工照明费用，也能够为人们提供心情愉悦的健身环境，全遮蔽的遮阳满足了赛事转播的需要，为比赛和日常多功能使用的需求提供了条件（图21）。

  体育馆和游泳馆的建筑表皮系统我们追求尽可能简洁通透的效果，采用了减的策略。两馆表皮主要由玻璃和穿孔铝板两种材料组成（图22-23）。前者保证了建筑室内外的通透，后者提供了白天遮阳及夜间灯光演绎的需要。怎么来实现最为通透的效果，多方比选后，采用单索的幕墙体系。最初的受力体系分为单索玻璃和结构柱支撑的穿孔铝板两套系统，显然无法达到当初追求的效果。我们与幕墙顾问对支撑体系做了大量研究，共同攻克了难题，将穿孔铝板系统整合在单索玻璃系统之上，玻璃、飘带、遮阳及泛光四位一体，实现了预先希望的通透纯粹的效果，也反映出“恢弘与空灵”的荆楚建筑美学特征（图22）。飘带采用双层穿孔铝板，融合泛光灯具的同时实现建筑内外视觉效果的美观统一（图24）。

  武汉光谷国际网球中心是为了承办国际女子职业网联“WTA超五巡回赛”而建的大型专业网球中心，2015年投入到正常的使用中以来，已举办六届WTA超五巡回赛和多场大型演唱会，2019年承办七军会网球赛事（图25）。

  武汉光谷国际网球中心设计之初，我们就将其定位为大型综合性体育馆，不仅能满足世界女子职业网球赛WTA超五巡回赛，同时需考虑远期赛事升级和赛后综合利用。因此考虑设置开合屋盖，提供一种既能够重归自然的敞开式运动场，又能确保体育比赛不受自然天气影响的新型体育场馆，更能够很好的满足远期赛事升级和赛后多功能的利用，实现场馆合一（图26）。为此我们调研了国内外现有的多个开合屋盖体育场馆的优劣，最终决定采用平移式可开合屋顶体系，将复杂的活动屋盖机械系统整合为“屋面仓”，使之融入网球馆圆形的母题之内；活动屋盖由四片独立结构单元构成，上下层各两个单元，上层平面尺寸72mX16m、下层76mX16m，采用预应力拱形空间钢桁架结构，通过布置在固定屋盖内边缘钢桁架上的轨道进行水平滑移开启，实现了近百米跨度的无柱大空间；其驱动方式选用了先进的台车自驱体系，10分钟就可以完成屋盖开启或闭合的空间转换；屋面仓内轨道与天沟结合在一起，同时在开合屋盖的机构单元之间首次采用了可升降式多道柔性密闭系统，利用可升降柔性材料与屋面板之间的自然封堵，进而提升了开合屋盖的密闭性能，有很大成效避免屋面漏水这一困扰着开合屋盖场馆的老问题（图27）。

  网球中心的造型则采用减法，试图用简洁钢结构演绎建筑造型语言，表达轻盈的具有张力的结构美学。建筑外表皮以64根倾斜的双曲竖向杆件构筑出整个建筑向上飞扬的动势，形成“旋风”的造型意象。立柱又采取加的方法，其上附加了多种功能。它既是建筑的造型元素，也是结构的承重体系，又作为外幕墙主支架，同时还融合了泛光装饰灯带的设计，集建筑造型、结构体系、幕墙系统、泛光照明、遮阳系统五位一体（图28），这种基于减法的建筑空间营造方法，使网球中心的门厅无柱且更为通透，给观众带来了良好的使用体验，建筑外观也显得更晶莹剔透，将建筑造型与形式美、功能美、装饰美、结构美融为一体。

  同时这种减的方法也与绿色建筑的策略不谋而合：建筑外墙微微内倾形成自遮阳体系，并与球场看台的形状相吻合，玻璃幕墙外围的钢结构起到了很好的外遮阳效果。通过计算分析，自遮阳加外遮阳在夏至日全天能减少45%的热辐射。

  当代体育建筑创作需要建筑师一直在优化设计方法和逻辑体系，进行“有理化”设计，以保证其内在的合理性。随着经济发展和技术进步，体育建筑的复杂功能与形式相结合，日渐成为体育建筑规划设计中需要寻求和谐统一。体育建筑规划设计中的加减法是个辩证的关系，回归到建筑规划设计本身是通过此设计方法，寻求环境、造型、空间、结构的和谐统一，创造富有活力的建筑，使体育建筑不再是凌驾于城市的庞然大物，而是连接城市、运动、生活和市民的桥梁。

  图5-图7、图10-12、图15、图16、图21、图22、图24：李扬拍摄；

  图4、图8、图9、图13、图17-图20、图23、图28：设计团队制作。

  建设内容：主体育场综合改造；体育馆、游泳馆设备升级；以及环境绿化整体提升工程。

  设计团队：郭雷、李鸣宇、孙吉强、杨坤鹏、张烁、杨雁、林秋菊、杨元强、熊星一、 尹述荣、涂建、吴丕、李传志、张忠林、胡鸣镝、袁清澈、蔡宜波、田欢、李运佐、雷建平、王凡、马利英、胡晓伟、李蔚、胡峻、冯晓良、朝新、铁静、朱飞、马灏、甘文彬、彭威、王迪、李济海、陶志雄、李丹鄂

  合作单位：杭州园林设计院股份有限公司；北京清华同衡规划设计研究院有限公司；深装总建设集团股份有限公司；武汉天堂绘企业形象展示有限公司等

  陆晓明中信建筑设计研究总院有限公司总建筑师。代表作品：辛亥革命博物馆，光谷国际网球中心，神农架机场，湖北省图书馆；武汉体育中心体育场（第七届世界军人运动会开幕式场馆）/体育馆/游泳馆，武汉东西湖五环体育中心体育场（第七届世界军人运动会最大场馆）/体育馆/游泳馆。