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

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)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(duì)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(guò)來(lái)影響建筑的造型?？梢?jiàn)，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(wèn)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(méi)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(wèn)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)、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(jiàn)仁、智者見(jiàn)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(lái)震撼觀眾的心靈，升華體育建筑的藝術(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(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，通過(guò)一組參數(shù)對(duì)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(guò)概念設(shè)計(jì)，草圖設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)等多個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)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(lái)，更加專注于設(shè)計(jì)的過(guò)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(lái)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(duì)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(lái)完成整個(gè)建模的過(guò)程——通過(guò)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)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(lái)實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建的，通過(guò)參數(shù)的變化來(lái)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(xiě)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(guó)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(jìng)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——東方體育中心在第十十四屆屆上海海國(guó)際際泳聯(lián)聯(lián)世界界錦標(biāo)標(biāo)賽期期間，，體育育館承承辦花花樣游游泳錦錦標(biāo)賽賽，賽賽后這這里還還可為為拳擊擊、籃籃球、、羽毛毛球、、冰球球等運(yùn)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)項(xiàng)目提提供場(chǎng)場(chǎng)地或或用來(lái)來(lái)舉辦辦音樂(lè)樂(lè)會(huì)等等文化化活動(dòng)動(dòng)。館館內(nèi)設(shè)設(shè)有14000多個(gè)觀觀眾坐坐席，，也可可通過(guò)過(guò)增加加臨時(shí)時(shí)座位位擴(kuò)展展至18000個(gè)坐席席。封封閉的的體育育館體體采用用圓形形平面面，主主體為為鋼筋筋混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)，，屋面面鋼結(jié)結(jié)構(gòu)跨跨度170m，其上上覆蓋蓋鋁合合金表表皮。。平行行的鋼鋼梁依依次排排列形形成一一座35m高的拱拱廊，，將環(huán)環(huán)繞賽賽場(chǎng)布布置的的開(kāi)放放式前前廳的的玻璃璃幕墻墻圍合合于其其內(nèi)。。案例研研究——東方體體育中中心1.綜合體體育館館游泳館館內(nèi)設(shè)設(shè)有4個(gè)一字字排開(kāi)開(kāi)的兩兩個(gè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)尺尺寸泳泳池、、一個(gè)個(gè)跳水水池和和一個(gè)個(gè)娛樂(lè)樂(lè)池。。館內(nèi)內(nèi)設(shè)有有3500個(gè)固定定坐席席，為為滿足足世界界錦標(biāo)標(biāo)賽的的賽事事要求求，可可擴(kuò)展展至5000座。封封閉的的游泳泳館平平面為為長(zhǎng)方方形，，主體體為鋼鋼筋混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)，屋屋面為為鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，，長(zhǎng)約約210m，寬120m，高22m，其上上安裝裝有三三角形形的玻玻璃天天窗。。日間間光線線沿著著鋼梁梁結(jié)構(gòu)構(gòu)之間間的細(xì)細(xì)長(zhǎng)窗窗帶射射入館館內(nèi)，，在實(shí)實(shí)現(xiàn)自自然采采光的的同時(shí)時(shí)有效效避免免了直直射光光線造造成的的眩光光問(wèn)題題。案例研究——東方體育中中心2.游泳館室外跳水館館綜合體坐坐落于人工工島之上，，可提供2000個(gè)固定坐席席。在世錦錦賽或其他他高規(guī)格賽賽事舉行期期間可擴(kuò)容容至5000席。跳水館館的配置為為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)室外跳水水賽池、跳跳塔以及一一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游游泳賽池。。跳水館屋屋面結(jié)構(gòu)外外環(huán)直徑約約130m，內(nèi)環(huán)直徑徑90m，形式與建建筑圓形平平面相吻合合，構(gòu)造則則與其他兩兩座場(chǎng)館大大同小異。。屋蓋梁架架由建筑主主體結(jié)構(gòu)支支撐，位于于結(jié)構(gòu)單位位之間的輕輕質(zhì)張拉膜膜可起到遮遮陽(yáng)擋雨的的作用。案例研究——東方體育中中心3.室外跳水館館游泳館80m高的媒體中中心位于基基地北側(cè)，，共有15層。內(nèi)有健健身中心、、會(huì)議室、、醫(yī)療服務(wù)務(wù)中心、貴貴賓休息區(qū)區(qū)和辦公區(qū)區(qū)。規(guī)則的的8.4m結(jié)構(gòu)網(wǎng)格保保證內(nèi)部空空間可進(jìn)行行靈活的分分隔利用。。外立面表表皮采用白白色微孔鋁鋁合金鑲板板，表達(dá)了了湖面水波波蕩漾的美美好意象。。案例研究——東方體育中中心4.媒體中心參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在案例建建筑造型設(shè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)運(yùn)用上海東方體體育中心項(xiàng)項(xiàng)目的建設(shè)設(shè)是為舉辦辦2011年第14屆FINA國(guó)際泳聯(lián)世世界錦標(biāo)賽賽,同時(shí)也為將將上海建設(shè)設(shè)成亞洲體體育中心城城市。德國(guó)國(guó)GMP國(guó)際建筑設(shè)設(shè)計(jì)有限公公司于2008年中標(biāo)該項(xiàng)項(xiàng)目。項(xiàng)目目包括三個(gè)個(gè)主要體育育場(chǎng)館—綜合體育館館、游泳館館及室外跳跳水館。其其外形特征征是建筑由由一系列連連續(xù)變化的的大跨度空空間析架組組成。參數(shù)數(shù)化方法的的介入為解解決設(shè)計(jì)和和建造過(guò)程程中遇到的的問(wèn)題提供供了強(qiáng)大支支持。參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在案例建建筑造型設(shè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)運(yùn)用在概念設(shè)計(jì)計(jì)階段,水、波、橋橋梁、風(fēng)帆帆等意象元元素作為設(shè)設(shè)計(jì)概念首首先感性地地決足了體體育館的建建筑形態(tài)由由若干動(dòng)態(tài)態(tài)變化的位位點(diǎn)，甚至至尺度的定定義都在一一個(gè)相對(duì)較較大的可調(diào)調(diào)或可選范范圍內(nèi)。此此時(shí)很多常常規(guī)的三維維軟件都能能把控、塑塑造這樣一一個(gè)三維模模型，以滿滿足建筑師師的視覺(jué)要要求，并通通過(guò)縮放、、拉伸、擠擠壓等操作作對(duì)形體進(jìn)進(jìn)行整體的的、模糊的的修改。本本項(xiàng)目利用用Rhinoceros軟件的自帶帶建模功能能，通過(guò)放放樣作為輪輪廓線的空空間曲線得得到單榀桁桁架，陣列列并由CageEdit命令整體修修改后得到到形體。1.參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在本項(xiàng)目目中的特點(diǎn)點(diǎn)參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在案例建建筑造型設(shè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)運(yùn)用而當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)進(jìn)人深化設(shè)設(shè)計(jì)階段，，數(shù)據(jù)將以以施工依據(jù)據(jù)作為目標(biāo)標(biāo)，對(duì)精確確性的要求求不言而喻喻。同時(shí)，，大量的現(xiàn)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題將將會(huì)被納人人考慮，此此時(shí)需要兼兼顧各專業(yè)業(yè)提出的要要求以確保保建造的可可行性及正正常使用。。首先是建建筑師進(jìn)一一步推敲形形體的要求求，這里如如何得到一一個(gè)可視化化的三維模模型并能夠夠快速根據(jù)據(jù)要求進(jìn)行行修改是關(guān)關(guān)鍵。其次次是結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)工程師師設(shè)計(jì)主體體鋼結(jié)構(gòu)的的要求，將將形體表面面向內(nèi)偏移移后得到結(jié)結(jié)構(gòu)軸線、、發(fā)展其為為桁架系統(tǒng)統(tǒng)，并計(jì)算算、驗(yàn)證該該結(jié)構(gòu)模型型是否可行行，這種配配合亦是一一個(gè)雙向、、反復(fù)的過(guò)過(guò)程，要求求高效地調(diào)調(diào)整模型。。此外，幕幕墻顧問(wèn)也也將根據(jù)施施工可能性性提出如下下要求：如如何精確實(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模超超常的雙曲曲面，包括括材料選擇擇、加工工工藝、職異異形分塊等等。1.參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在本項(xiàng)目目中的特點(diǎn)點(diǎn)參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在案例建建筑造型設(shè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)運(yùn)用“找形（FormFinding）”是每個(gè)個(gè)形體特殊殊的項(xiàng)目必必須完成并并且貫穿設(shè)設(shè)計(jì)始末的的工作，決決定找形規(guī)規(guī)則的因素素很多，包包括設(shè)計(jì)意意圖、結(jié)構(gòu)構(gòu)形式、幕幕墻的材料料與施工工工藝、風(fēng)壓壓、采光與與遮陽(yáng)、太太陽(yáng)能利用用等等。本本項(xiàng)目的找找形規(guī)則很很大程度取取決于幕墻墻材料與施施工工藝。。深化設(shè)計(jì)計(jì)初始，為為形成流暢暢的雙曲面面，兩種材材料作為幕幕墻外裝飾飾面板被納納人考慮：：GRC與鋁單板。。兩種材料料的曲面成成形都需要要通過(guò)同比比例的模具具，而通常常模具制作作的高昂成成本正是雙雙曲面裝飾飾鋁板高昂昂總價(jià)的主主要原因。。故為避免免制作自由由雙曲面所所需的成千千上萬(wàn)不同同模具，同同時(shí)也是力力求以最簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的方式式描述形體體，找形的的規(guī)則被確確定為所有有的曲面都都是標(biāo)準(zhǔn)球球體或圓環(huán)環(huán)的一部分分，這樣所所有在同一一側(cè)面內(nèi)的的板塊都可可以用同一一塊模具成成形，不同同模具總數(shù)數(shù)量減少了了95%以上。2.參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在本項(xiàng)目目中的解決決方案參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在案例建建筑造型設(shè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)運(yùn)用所有的曲面面都是標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)球體或圓圓環(huán)的一部部分這一找找形原則，，加上所有有曲面都是是內(nèi)凹的這這一條件，，翻譯成幾幾何邏輯即即為：用多多個(gè)位置、、尺寸受控控的標(biāo)準(zhǔn)幾幾何體對(duì)一一個(gè)范圍超超過(guò)所需形形體的體塊塊作布爾相相減運(yùn)算，，得到最終終形體。其其中標(biāo)準(zhǔn)幾幾何體的位位置、尺寸寸的定位非非常關(guān)鍵。。為了使所所有桁架個(gè)個(gè)體形成的的建筑整體體能連續(xù)均均勻的變化化，所有標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)幾何體體就必須通通過(guò)在空間間中連續(xù)均均勻分布的的控制點(diǎn)（（多為形體體的頂點(diǎn)，，且通過(guò)四四個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)有且僅有有一個(gè)球體體）。根據(jù)據(jù)上述幾何何邏輯，就就可以在Grasshopper中構(gòu)建建筑筑形體的參參數(shù)化模型型了：先制制定形體控控制軸線（（平面與空空間皆有）），將軸線線相交形成成空間控制制點(diǎn)，然后后用幾何作作圖法求得得通過(guò)控制制點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)幾何體布布爾，最后后將相應(yīng)的的形體布爾爾相減得到到模型結(jié)果果。2.參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在本項(xiàng)目目中的解決決方案參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)在案例建建筑造型設(shè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)運(yùn)用上海東方體體育中心的的主體鋼結(jié)結(jié)構(gòu)為空間間桁架系統(tǒng)統(tǒng)，桁架的的找形原則則是：根據(jù)據(jù)幕墻系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)造厚度度與主體鋼鋼結(jié)構(gòu)自身身管徑，將將形體外表表面向內(nèi)偏偏移固定距距離，得到到主體鋼結(jié)結(jié)構(gòu)軸線控控制面，進(jìn)進(jìn)而相交得得到控制輪輪廓線，最最后在軸線線控制面和和控制輪廓廓線上根據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則則作出空間間桁架軸線線。其中受受最多關(guān)注注也是調(diào)