可開啟屋面建筑的設(shè)計(jì)與實(shí)踐以亞洲最大網(wǎng)球館上海旗忠森林體育城網(wǎng)球中心為例

可開啟屋面建筑的設(shè)計(jì)與實(shí)踐以亞洲最大網(wǎng)球館上海旗忠森林體育城網(wǎng)球中心為例

一、馬橋屋頂與“花瓣”屋頂上海旗中林體育中心的建設(shè)目標(biāo)是全面建設(shè)一座高標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)博物館，推廣和普及網(wǎng)球場(chǎng)，提高上海舉辦國(guó)際比賽的能力。其規(guī)模為亞洲最大,可容納15000觀眾,以其巨大的體量和新穎的開啟方式和技術(shù)含量,在國(guó)際上處于領(lǐng)先。該項(xiàng)目由日本環(huán)境設(shè)計(jì)研究所(EDI)與上海建筑設(shè)計(jì)研究院(SIADR)合作設(shè)計(jì)完成。位于上海市閔行區(qū)馬橋鎮(zhèn),距市中心約30km。屋頂為巨型鋼結(jié)構(gòu),開啟方式是至今為止世界首創(chuàng)的開閉形態(tài),強(qiáng)烈而鮮明的創(chuàng)意,充分體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。主球場(chǎng)的可開啟屋頂面積共達(dá)到15000多m2,由八片“花瓣”組成。其開閉結(jié)構(gòu)極具代表性。屋頂合龍時(shí)成為全封閉的室內(nèi)比賽館,屋頂開啟時(shí),開啟面積達(dá)到7000多平方米,幾乎成為露天的比賽場(chǎng)。除了能舉辦世界最高級(jí)別的網(wǎng)球比賽外,這一場(chǎng)館還可用于籃球、排球、乒乓球、體操、甚至游泳等比賽,是一座具有一流水準(zhǔn)的多功能比賽場(chǎng)館。二、綠地景觀設(shè)計(jì)采用文化和綠道的設(shè)計(jì)方法基地面積34萬(wàn)m2,功能設(shè)置分為三大功能區(qū)域:15000座主賽場(chǎng)、訓(xùn)練區(qū)、二期6000座副館及休閑發(fā)展區(qū)。東部為主賽場(chǎng)區(qū),主賽館建筑面積近4萬(wàn)m2,另有配套的能源中心,俱樂部等。綠樹掩映中的18片室外比賽場(chǎng)地、道路、廣場(chǎng)、園林景觀等,通過(guò)選擇合理的設(shè)計(jì)立場(chǎng)和手段,我們確定將景觀設(shè)計(jì)與城市設(shè)計(jì)相互滲透的設(shè)計(jì)取向?；?fù)碛休^大面積的綠地,總體綠化率達(dá)到46%,其規(guī)劃設(shè)計(jì)以生態(tài)學(xué)理論為指導(dǎo),物種豐富、季相分明,突出森林體育城的主題,又針對(duì)功能區(qū)如:比賽區(qū)、廣場(chǎng)區(qū)、休閑區(qū)、觀景區(qū)等,精心配置了綠化場(chǎng)地,主賽場(chǎng)、廣場(chǎng)、球場(chǎng)被起伏連綿、形態(tài)豐富、疏密相間的綠化所環(huán)繞,自然情趣與人工、科技產(chǎn)物相融共生,營(yíng)造出森林中的體育城風(fēng)貌。主體建筑巍然聳立,沒有追求工整、對(duì)稱的格局,順應(yīng)城市道路及入口廣場(chǎng),呈現(xiàn)出自然流暢的整體布局。人車分流,各種機(jī)動(dòng)車進(jìn)入本區(qū)后即就近駛?cè)胂鄳?yīng)的停車場(chǎng)地,而步行人流可以便捷地到達(dá)各處不被干擾。人流動(dòng)線截然在平面、立體分開,功能流線避免干擾。首層運(yùn)動(dòng)員、裁判員、記者、志愿者、管理、贊助商及貴賓用房等通過(guò)不同方向、各自的專用通道進(jìn)入賽場(chǎng)。豎向交通則以流線獨(dú)立的電梯、樓梯進(jìn)行安排。標(biāo)高5.5m的2層寬闊平臺(tái)為觀眾入口及休息廳。其形態(tài)呼應(yīng)主體的圓形并在西側(cè)自然地過(guò)渡成直線,面向約8000m2的集會(huì)廣場(chǎng)。進(jìn)入休息廳然后分16個(gè)入口樓梯進(jìn)入比賽大廳。總體的布局吸取了國(guó)際上幾個(gè)大滿貫賽事的特點(diǎn),充分考慮了觀眾的休閑功能的安排,為市民提供各種綠化開放空間和戶外娛樂交際場(chǎng)所。充分利用較為寬松的用地條件,室外設(shè)計(jì)安排了幾處富有趣味公共廣場(chǎng),散布在主賽場(chǎng)周圍。三、屋頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及開發(fā)開合屋頂(RetractableRoofStructure)是一種在短時(shí)間內(nèi)(一般為20～25min)部分或全部屋頂可以移動(dòng)或開合的建筑形式,它使建筑物在屋頂開啟、關(guān)閉和部分開閉等狀態(tài)下都可以使用,是一種動(dòng)態(tài)建筑。巨型開合結(jié)構(gòu)體系建立的目的在于提供在不同時(shí)間、天氣狀況下良好運(yùn)作的空間場(chǎng)所,同時(shí)展現(xiàn)現(xiàn)代科技的力量,開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域,啟發(fā)思維、激勵(lì)好奇心、呼應(yīng)與體育競(jìng)技相對(duì)應(yīng)的不斷進(jìn)取的精神。本工程開啟機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理非常簡(jiǎn)單、巧妙,運(yùn)作模式好似照相機(jī)的快門開合,屋頂開啟方式也是世界首創(chuàng)的,約15min完全開啟。屋面的投影的形態(tài),由若干條相互關(guān)聯(lián)的幾何曲線構(gòu)成,覆蓋了整個(gè)內(nèi)場(chǎng)而又互不干涉,開啟時(shí)以各自的圓心做45°的離心運(yùn)動(dòng),屋頂就像花瓣在開放。開啟式屋頂同時(shí)也象征了上海的發(fā)展。這也是當(dāng)今世界首創(chuàng)的開啟式方式的屋頂。結(jié)構(gòu)原計(jì)劃采用倒錐形現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土空間結(jié)構(gòu),采用4道高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力緊箍成型,這在我國(guó)沒有相應(yīng)的規(guī)范,經(jīng)驗(yàn)及施工措施,雖然經(jīng)過(guò)試驗(yàn)荷載達(dá)到要求,但造價(jià)過(guò)于昂貴,同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)各種工況下的變形需要滿足機(jī)械運(yùn)作的精確要求。在此前提下,外圍增加16對(duì)柱子,使結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性達(dá)到合理。本工程屋面結(jié)構(gòu)由三部分組成:混凝土結(jié)構(gòu)上完成直徑123m,24m寬,7m高的W形大直徑鋼管焊接而成的空間環(huán)梁,然后在環(huán)梁上設(shè)置一個(gè)固定轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)軌道,最后是8片每片重約200t的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋。單片鋼屋蓋徑長(zhǎng)度達(dá)72m,寬48m,向圓心懸挑61.5m。這種通過(guò)8片屋蓋旋轉(zhuǎn)式的開閉形式,不單在我國(guó)建筑領(lǐng)域從未有過(guò)先例,而且在世界鋼結(jié)構(gòu)建筑史上也是絕無(wú)僅有的。屋面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由8個(gè)各自獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),以一個(gè)轉(zhuǎn)軸,三條軌道為運(yùn)動(dòng)軌跡,通過(guò)計(jì)算機(jī)操作控制,使驅(qū)動(dòng)裝置同步運(yùn)動(dòng),可在15min內(nèi)均勻全部開啟。屋頂?shù)拈_關(guān)裝置是在8片活動(dòng)屋頂上分別配置各自獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置,運(yùn)動(dòng)裝置由轉(zhuǎn)軸組件、驅(qū)動(dòng)裝置組件、支撐臺(tái)車組件、反力滾輪組件、3根分別布置于屋頂鋼結(jié)構(gòu)葉片上和鋼環(huán)梁的軌道以及屋頂中央封閉裝置組成。巨大屋面運(yùn)行開啟的過(guò)程,是個(gè)極度具有視覺沖擊和令人激動(dòng)的場(chǎng)景。鋼結(jié)構(gòu)葉片以其巨大的尺度勻速運(yùn)動(dòng)著,軌跡滑過(guò),多重圓心的同步運(yùn)動(dòng),本身就令人感到科技力量和幾何形態(tài)變化帶給人的振奮。而葉片之間的間隙隨著軌跡運(yùn)動(dòng)逐漸變大,掃過(guò)看臺(tái)、場(chǎng)地,光線照射進(jìn)來(lái),明亮區(qū)逐漸飽滿,陰暗部分迅速萎縮,明暗的交接線以奇異的形態(tài)變化著。屋面采用氟碳涂層的0.9mm鋁鎂錳合金屋面系統(tǒng),通過(guò)檁條及檁托支撐在主要鋼結(jié)構(gòu)體系之上。以梅花形突起,通過(guò)條形鋁合金屋面相扣形成封閉的屋面。保證屋面在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的不同工況下產(chǎn)生的變形下,材料的密封性能保持良好。其下為保溫材料并以鋼絲網(wǎng)襯底。屋架鋼結(jié)構(gòu)底面,則鋪滿了輕質(zhì)的膜體材料,繃緊在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上,與主要構(gòu)件一道,達(dá)到有秩序的韻律美同時(shí)聲學(xué)的吸音效用。不同葉面交接處,鋼結(jié)構(gòu)之間凈尺寸控制在1200mm,保證葉片之間變形的空間尺寸需要。而復(fù)雜屋面的排水則由兩片葉片的鋼結(jié)構(gòu)四周分別上下出挑成封閉、互相可分可合搭接的天溝系統(tǒng)完成。雨水從屋面的排放通過(guò)兩次虹吸作用而完成:第一次虹吸排水由屋面到天溝,進(jìn)入設(shè)在轉(zhuǎn)軸處的8個(gè)水箱,然后第二次虹吸排水,通過(guò)分布均勻的總共6條不銹鋼虹吸排水管道排入設(shè)在地面的集水井中,從而完成全部的屋面排水。四、新聞中心的方案設(shè)計(jì)主體呈正圓形布局,觀看沒有死角,128個(gè)標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)構(gòu)成了主體。本項(xiàng)目觀眾類別劃分較細(xì)致,除了看臺(tái)分布分三個(gè)層次:VIP包座及貴賓座,VIP包廂,一般觀眾座席外,文字、攝影、轉(zhuǎn)播記者也有考慮。視線組織設(shè)計(jì)以選擇合理視點(diǎn),確保通視、明視、真實(shí)、舒適為原則?；疽朁c(diǎn)選擇為網(wǎng)球場(chǎng)的角點(diǎn),同時(shí)為滿足體育的多功能也考慮了籃球場(chǎng)地的角點(diǎn),最終權(quán)衡的結(jié)果,在絕大部分觀眾席視點(diǎn)的選擇為網(wǎng)球場(chǎng)的角點(diǎn),較不利處稍微降低視線標(biāo)準(zhǔn),為籃球場(chǎng)地的角點(diǎn)上80cm處,C值選擇為60,觀眾座席錯(cuò)位排布。如此使得排升及視角得到較好的控制。在增加貴賓包廂層的基礎(chǔ)上,觀眾座第一排的標(biāo)高為9.20,排升從460mm至500mm,最高處為510mm,而且其視線斜率為0.5,視角27.6°,取得了較好的視覺效果。新聞中心的設(shè)計(jì)按照國(guó)際一流水準(zhǔn)。在最高處設(shè)計(jì)了可以供全世界20家媒體同時(shí)轉(zhuǎn)播賽事的轉(zhuǎn)播間。而在內(nèi)場(chǎng)為轉(zhuǎn)播機(jī)位預(yù)留出空間。新聞中心建筑面積達(dá)到1800m2,設(shè)施齊全,內(nèi)設(shè)240個(gè)記者工作臺(tái),有電話、傳真以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。而且有一個(gè)獨(dú)立的餐飲區(qū)。五、設(shè)備設(shè)計(jì)方面建筑材料和色彩著重體現(xiàn)建筑物本身的體量和造型,尤其是巨型鋼結(jié)構(gòu)的特征。建筑物的表皮由斜向出挑的看臺(tái)部分與圍護(hù)體系-玻璃幕墻而形成。觀眾休息廳頂棚順應(yīng)結(jié)構(gòu)的走勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地出挑,同時(shí)呼應(yīng)鋼屋面環(huán)梁的角度。底部從內(nèi)到外以統(tǒng)一的鋁板包封,由內(nèi)望去氣勢(shì)恢宏,一氣呵成。而設(shè)備所需通風(fēng)口、排煙口等被巧妙地隱藏在斜頂之中。基座部分則采用仿石涂料,突出大塊的虛實(shí)對(duì)比,適當(dāng)?shù)丶右匝b飾點(diǎn)綴,達(dá)到簡(jiǎn)潔、韻律的美學(xué)效果。室內(nèi)設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)潔、系統(tǒng)化重復(fù)、變化為原則。內(nèi)場(chǎng)中心色調(diào)呼應(yīng)比賽場(chǎng)地的色彩,座椅、欄板、鋼結(jié)構(gòu)面層的涂料、地面等以海地藍(lán)為主題,根據(jù)材質(zhì)的質(zhì)感、尺度、部位分布、聲學(xué)特性等統(tǒng)一規(guī)劃,有效利用,突出整體的科技化、工業(yè)感,強(qiáng)化細(xì)微處與人的感受。設(shè)計(jì)單位:上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司