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      1. 關(guān)于國(guó)家體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)

        作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
        時(shí)間:2009-12-22 20:46:58 [收藏]

          國(guó)家體育場(chǎng)處在北京的南北中軸線向北延伸到奧林匹克公園中心區(qū)的位置,上午的時(shí)候朱院長(zhǎng)把整個(gè)公園的情況已經(jīng)介紹了。
          在公園里面有幾個(gè)重要的場(chǎng)館,我們所說的三個(gè)比較重要的場(chǎng)館:國(guó)家體育場(chǎng)、國(guó)家游泳中心以及國(guó)家體育館,國(guó)家體育場(chǎng)里面體積最龐大,也是最重要的場(chǎng)館。從北京中軸線的南側(cè)向北看到的情景,可以看到水立方和鳥巢在中軸線的兩側(cè)。
          這是國(guó)家體育場(chǎng)的總平面,可以看到占地是不規(guī)則的性準(zhǔn),東側(cè)就是人工水系,西面就是中軸線上的景觀達(dá)到,之后再西側(cè)就是水立方。在鳥巢整個(gè)設(shè)計(jì)里面有兩個(gè)最主要的組成部分,一部分是我們現(xiàn)在看到的建筑的主體,也就是隆起來的建筑主體,這是一個(gè)南北長(zhǎng)333米,東西寬298米的橢圓形。另外一部分就是布滿整個(gè)建筑用地的基座,這個(gè)基座把整個(gè)基地鋪滿,形成從四圍向中間隆起的局面,把四面八方的觀眾引導(dǎo)到中間最高的主體。在中間的基座下面容納了體育場(chǎng)各種復(fù)雜的功能,比如說貴賓、媒體、運(yùn)動(dòng)員、安保人員、內(nèi)部管理人員等等。在基座里面同時(shí)還容納了一些為體育場(chǎng)賽后運(yùn)營(yíng)所需要的商業(yè)空間,有接近三萬平米的商業(yè)空間,這也在基座里面。
          在基座以上就是建筑的主體,這主要是作為觀眾的出入口。這可以看出來下面基座和主體的關(guān)系。這是國(guó)家體育場(chǎng)07年4月份的情況,可以看到建筑主體基本上完成,周邊的基座下面的設(shè)施正在施工的情況,可以看到左側(cè)還是一個(gè)大的深坑,這里面就是預(yù)留的商業(yè)空間位置。
          這是國(guó)家體育場(chǎng)剖面圖,上面是東西剖面,下面是南北剖面,從剖面圖上可以看到體育場(chǎng)建筑主體構(gòu)成的關(guān)系。里面有一個(gè)看臺(tái),我們叫碗型看臺(tái),東西方向高起來,南北方向低下去的形狀。看臺(tái)后面的空間叫集散大廳,這是作為觀眾集散停留的空間,集散大廳和看臺(tái)是由混凝土結(jié)構(gòu)支撐的,在集散大廳之外是支撐體育場(chǎng)的屋頂,以及把集散大廳包裹起來,這個(gè)是由鋼結(jié)構(gòu)造成的,這也就是我們看到的體育場(chǎng)外觀。
          鋼結(jié)構(gòu)和前面提到的支撐看臺(tái)的混凝土結(jié)構(gòu)兩者在結(jié)合上是相互脫離的,當(dāng)然也可以從剖面圖深看到基座和覆蓋的地下空間。這是體育場(chǎng)的屋頂平面圖,這個(gè)屋頂平面可以看到外輪廓是橢圓形,內(nèi)部中間開口位置,也就是比賽場(chǎng)地上方的開口尺寸是南北方向182米,東西方向124米,也是一個(gè)橢圓形狀。
          這是整個(gè)體育場(chǎng)看臺(tái)的平面,包括看臺(tái)外側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)平面的形狀??磁_(tái)大約是半徑142米的圓形,從看臺(tái)的布置也可以看出來東西方向看臺(tái)座位數(shù)容納比較多,南北方向容納相對(duì)比較少的。
          體育場(chǎng)一層平面,從一層平面可以看到在一層觀眾集散大廳里面有24組服務(wù)盒,每一組服務(wù)盒里面有觀眾緊急疏散的電梯、樓梯,以及大量的衛(wèi)生間,還有冷飲、快餐之類的觀眾服務(wù)設(shè)施。在服務(wù)盒之間是以不同分區(qū)命名的觀眾集散區(qū),這是最初的體育場(chǎng)立面模型,我們整個(gè)設(shè)計(jì)過程持續(xù)了將近六年。分成這樣幾個(gè)大的階段,一個(gè)是競(jìng)賽,也就是概念設(shè)計(jì)階段,這是2002年12月到2003年4月,之后由設(shè)計(jì)聯(lián)合體完成的方案中標(biāo)。2003年完成了方案設(shè)計(jì),到2004年3月份完成第一次初步設(shè)計(jì),再之后出現(xiàn)了體育場(chǎng)的瘦身過程。這個(gè)過程里面先有一個(gè)局部的停工,同時(shí)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較大的修改,這個(gè)修改需要重新進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的工作,這個(gè)工作到2004年11月份完成,從2004年12月工程重新開工,同時(shí)也進(jìn)行轉(zhuǎn)入全面的施工圖設(shè)計(jì)階段,到2005年6月30日分批完成交付給施工單位。05年下半年一直到08年6月份是全面施工的配合階段。
          體育場(chǎng)有幾個(gè)很重要的理念,第一個(gè)叫回歸體育競(jìng)賽和觀賽為本的體育場(chǎng)設(shè)計(jì)。我們看第一屆現(xiàn)代奧運(yùn)會(huì)的體育場(chǎng),就是雅典大理石體育場(chǎng),我們可以看到這個(gè)體育場(chǎng)只有竟技場(chǎng)和看臺(tái),并沒有很多現(xiàn)在看到體育場(chǎng)復(fù)雜的東西。我們認(rèn)為人類建造體育場(chǎng)的目的就是競(jìng)技和關(guān)上競(jìng)技,設(shè)計(jì)本質(zhì)就是營(yíng)造最好的賽場(chǎng)氣氛,讓競(jìng)技者和觀眾達(dá)到很好的狀態(tài)。
          設(shè)計(jì)最開始的起點(diǎn)用了很大精力和時(shí)間推敲看臺(tái)的設(shè)計(jì),奧運(yùn)會(huì)時(shí)候容納91000人的看臺(tái),這個(gè)看臺(tái)特征投影是142米圓形,但是在三維形狀上來看又是一個(gè)南北方向低,東西方向高邊遠(yuǎn)起伏的巨大碗形,這樣看臺(tái)既適應(yīng)了體育場(chǎng)觀看比賽的視線方面的均衡。比如說東西方面觀眾視線是優(yōu)于南北方向,布置的觀眾人數(shù)比較多,看臺(tái)自然的就高起來,而南北方向則相反就是低下去的形狀,不僅是視線防線均衡,同時(shí)這樣碗形看臺(tái)更接近古代人類最高的竟技場(chǎng),像羅馬的竟技場(chǎng)是很古典的環(huán)圍的看臺(tái)的形狀,他可以讓運(yùn)動(dòng)員感受到所有觀眾的包圍和注視,讓它有非常好的競(jìng)技狀態(tài)。同時(shí)觀眾和觀眾身體聯(lián)系在一起,也會(huì)有互相的影響,跟賽場(chǎng)運(yùn)動(dòng)員有一個(gè)很好的互動(dòng),這樣會(huì)形成很熱烈的賽場(chǎng)氣氛,這是一個(gè)體育場(chǎng)的根本。
          賽場(chǎng)內(nèi)看臺(tái)和竟技場(chǎng)關(guān)系之間的視覺效果。這是一個(gè)實(shí)際的體育場(chǎng)內(nèi)景照片,這個(gè)是拍在體育場(chǎng)比賽之前,我們?cè)陔娨暽峡吹竭@個(gè)體育場(chǎng)開閉幕式和比賽之間看臺(tái)和賽場(chǎng)是這樣一個(gè)互動(dòng)關(guān)系,會(huì)更加的生動(dòng)。
          體育場(chǎng)基本概念構(gòu)成非常的簡(jiǎn)單,首先有一個(gè)碗形的看臺(tái),外面有一個(gè)外罩,這個(gè)外罩是由屋頂和外面鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這個(gè)外罩形狀也是順應(yīng)了碗形看臺(tái)形狀,也是東西高,南北低馬鞍形,扣在一起兩者加起來就構(gòu)成了鳥巢似的體育場(chǎng)。
          這是兩個(gè)模型的比較,左邊是在概念設(shè)計(jì)階段,就是競(jìng)賽時(shí)候提交的體育場(chǎng)模型,右邊是經(jīng)過修改的體育場(chǎng)模型??梢钥吹阶畲蟮淖兓?,原來競(jìng)賽的時(shí)候要求屋頂上有一個(gè)可移動(dòng)屋頂,因?yàn)樵靸r(jià)壓縮原因被取消了。同時(shí)比賽上方屋頂開口取消了,所以開口擴(kuò)大成更大的橢圓形。同時(shí)可以看到,在兩個(gè)模型的比較,前面競(jìng)賽階段的模型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建密度在修改之后被大大降低,變成更合適的結(jié)構(gòu)構(gòu)建的密度。
          建筑基本的概念:看臺(tái)、鋼結(jié)構(gòu)外罩的關(guān)系,以及構(gòu)成的規(guī)律是沒有變化的。這個(gè)體育場(chǎng)里面也有一些特點(diǎn),設(shè)計(jì)的邏輯和理念是不斷在延伸建筑每一個(gè)方面,設(shè)計(jì)的每一個(gè)方面甚至到細(xì)節(jié)里面。一個(gè)比較突出的一點(diǎn),景觀的設(shè)計(jì)是編織結(jié)構(gòu)邏輯的延伸,這個(gè)延伸體現(xiàn)在景觀基座上人行道構(gòu)成的方式,形成一個(gè)很統(tǒng)一,很完善的整體建筑和環(huán)境的空間。
          結(jié)構(gòu)和外觀的一體化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最開始就納入到跟建筑設(shè)計(jì)形狀的推敲,建筑外感的設(shè)計(jì)納入到一體的思考中來。這是由24根主柱和48根旁架梁編織而成,可以看到主結(jié)構(gòu)生成的規(guī)律。主結(jié)構(gòu)之外又加入了放射狀的次結(jié)構(gòu),以及從立面到樓梯的結(jié)構(gòu),最后構(gòu)成了我們主次結(jié)構(gòu)疊加之后的建筑結(jié)構(gòu),同時(shí)也就構(gòu)成了整個(gè)建筑外觀的效果。
          把建筑的形式和結(jié)構(gòu)統(tǒng)一在一起的設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn)是對(duì)于施工技術(shù)和施工控制的挑戰(zhàn),通常來講結(jié)構(gòu)是隱藏在建筑內(nèi)部,這是沒有裝飾作用的。在這個(gè)設(shè)計(jì)里面不僅要完成結(jié)構(gòu)受力的要求,另外直接也要變成對(duì)建筑形式的塑造。在施工過程以前的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),施工圖設(shè)計(jì),鋼結(jié)構(gòu)的加工、安裝,甚至細(xì)微到焊縫外觀的質(zhì)量都需要非常嚴(yán)密的控制,才能夠完成既定的結(jié)構(gòu)和外觀統(tǒng)一的效果。因?yàn)檫@樣一個(gè)要求,建筑師、結(jié)構(gòu)工程師以及相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)加工廠的技術(shù)人員和工人都付出了很大的努力才達(dá)到了這樣的要求。
          鋼結(jié)構(gòu)在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里面,在施工圖設(shè)計(jì)過程中對(duì)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試的效果,上面兩張圖是縮小的剛結(jié)構(gòu)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)的狀況,下面兩張圖是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建在工廠里面進(jìn)行加工的情況。這是在浙江工廠里面其中一根體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)主柱情況,在工廠里面進(jìn)行預(yù)拼裝。所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建都是在工廠里面進(jìn)行加工,進(jìn)行預(yù)拼裝,檢測(cè)誤差達(dá)到合乎要求之后分解運(yùn)到北京現(xiàn)場(chǎng)來,然后在北京現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接,首先在地面焊接組裝成相對(duì)大塊構(gòu)建,之后用重型吊車把構(gòu)建安裝到預(yù)定的位置。這是體育場(chǎng)第一根主柱結(jié)構(gòu)下半部分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝的狀況,這是一個(gè)歷史性的時(shí)刻。
          這張圖片可以看到里面混凝土看臺(tái)和外面鋼結(jié)構(gòu)施工的情況,鋼結(jié)構(gòu)首先分塊進(jìn)行施工,需要在整體完成之前要有很多臨時(shí)支撐的塔架。這是鋼結(jié)構(gòu)次結(jié)構(gòu)構(gòu)建,在現(xiàn)場(chǎng)等待安裝的圖片。
          體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)形成一種鏤空的外觀效果,當(dāng)人們?cè)隗w育場(chǎng)外面看體育場(chǎng)的時(shí)候是那樣一個(gè)效果,當(dāng)人們身在體育場(chǎng)之中,透過網(wǎng)格看外面的時(shí)候又是另外一個(gè)效果。這像中國(guó)古建筑和園林里面漏窗一樣的效果。
          這是鋼結(jié)構(gòu)上組合的里面大樓梯,他把觀眾從地面帶到上面看臺(tái),地面大樓梯也是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分。這是地面大樓梯和里面混凝土結(jié)構(gòu)支撐的看臺(tái),以及看臺(tái)下面集散大廳空間的情況,這是接近完工的地面大樓梯和集散大廳的情況。
          這個(gè)體育場(chǎng)里面除了鋼結(jié)構(gòu)之外,我們還有一種膜結(jié)構(gòu)引入設(shè)計(jì)里面,這個(gè)膜結(jié)構(gòu)是固定在鋼結(jié)構(gòu)上面。一類是鑲嵌在鋼結(jié)構(gòu)屋頂上旋透明的ETME膜結(jié)構(gòu),這個(gè)材料跟國(guó)家游泳中心膜結(jié)構(gòu)材料是一致的,但是構(gòu)造上是不同的。另外一層膜結(jié)構(gòu)是固定在屋頂下版面辦透明的PDSE膜結(jié)構(gòu),這起到吸聲,以及遮蔽屋頂里面的設(shè)備,使得陽(yáng)光通過又不因?yàn)橥高^陽(yáng)光鋼結(jié)構(gòu)在場(chǎng)地面上形成很大的陰影,這個(gè)膜可以起到這樣的作用。
          這個(gè)設(shè)計(jì)上使用了三維設(shè)計(jì)方法,跟我們通常設(shè)計(jì)使用的方法和工具有所不同。這個(gè)體育場(chǎng)里面都空間化,三維化,我們以往工具不能夠完成這個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù),所以這個(gè)設(shè)計(jì)工作里面引入了一種軟件,在這個(gè)軟件的環(huán)境里面可以把體育場(chǎng)模型精確的在計(jì)算機(jī)里面建立起來,建筑師為這個(gè)模型推敲細(xì)部。由于模型可以提供一個(gè)非常準(zhǔn)確的,而且可變可調(diào)的精密的環(huán)境,所以可以實(shí)現(xiàn)最后模型完成,以及完成所有推敲設(shè)計(jì)之后,這個(gè)模型可以進(jìn)行精確的空間坐標(biāo)的讀取。這一點(diǎn)對(duì)于設(shè)計(jì)師是非常關(guān)鍵的,因?yàn)檫@關(guān)系到體育場(chǎng)是不是能夠被精確的建造起來。
          在三維模式里面建立的立面大樓梯和結(jié)構(gòu)構(gòu)建,這是真實(shí)的建筑空間。這是在模型里面,這個(gè)是在實(shí)際的空間里面。這是模型里面的鋼結(jié)構(gòu),這是真實(shí)的鋼結(jié)構(gòu)。這是一些局部的節(jié)點(diǎn),這是連接大樓梯和集散廳緊急疏散橋的細(xì)節(jié)。這是一個(gè)很復(fù)雜結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn),只有在模型里面才能夠真正精確的設(shè)計(jì)出來。這是其中一根,這是一個(gè)彎扭,這個(gè)構(gòu)建在模型建立起來之后,我們通過模型可以讀取到很多空間坐標(biāo),這些可以被鋼結(jié)構(gòu)加工廠還原成鋼板下料圖紙,變成相應(yīng)的裁切鋼板,然后焊接成彎扭的鋼結(jié)構(gòu)。
          這個(gè)體育場(chǎng)設(shè)計(jì)里面使用了基于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的安全疏散體系,這是一個(gè)很龐大的體育場(chǎng),9.1萬人如何在有限時(shí)間里面安全、快速的撤離,離開體育場(chǎng),這是一個(gè)很重要的課題。這是上層看臺(tái)觀眾疏散的路線,這是中層看臺(tái)觀眾疏散的路線,這是下層看臺(tái)疏散的路線。我們利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)里面精確的建立起體育場(chǎng)的模型,把所有的觀眾輸入這個(gè)模型,然后真實(shí)的通過計(jì)時(shí)器模擬觀眾疏散的情況。在模擬的軟件里面也會(huì)輸入相應(yīng)的參數(shù),比如說觀眾走步的頻率,他的速率,還有一些特別的狀況,可能有一些人夾三,可能有一些人先跑到一個(gè)出口,覺得人多了又跑道另外一個(gè)出口等等這樣一個(gè)參數(shù)放到模擬工具里面。
          這個(gè)模擬工具最重要驗(yàn)證的目標(biāo)就是疏散八分鐘原則,這個(gè)據(jù)我所知是在國(guó)內(nèi)大型體育場(chǎng)安全疏散時(shí)間計(jì)算體系里面首次被引用,以往大型體育場(chǎng)設(shè)計(jì)疏散時(shí)間,我們只關(guān)注最后一位觀眾從離開坐席到室外地面的整體時(shí)間。比如說在廣州和上海體育場(chǎng),他們大概十二、三分鐘整體疏散時(shí)間,但是國(guó)際體育場(chǎng)設(shè)計(jì)通常原則有八分鐘的概念,也就是在八分鐘之內(nèi)觀眾如果能夠疏散到安全的地帶,他會(huì)實(shí)現(xiàn)有序的心里狀態(tài)下的疏散,超過八分鐘觀眾就會(huì)有一些焦急不安的心態(tài),這會(huì)影響到疏散,甚至?xí)l(fā)生一些安全的事故。所以在體育場(chǎng)設(shè)計(jì)里面,我們通過一個(gè)集散大廳安全區(qū)的方式,來實(shí)現(xiàn)了八分鐘的原則。體育場(chǎng)有上中下三層看臺(tái),每一層看臺(tái)都有一個(gè)或兩個(gè)對(duì)應(yīng)的集散打廳,這個(gè)是完全開場(chǎng)的,但是不是完全的體育場(chǎng)里面,這里面所有的火災(zāi)可控,這可以看作安全區(qū),看臺(tái)上所有觀眾控制他的疏散時(shí)間首先是八分鐘之內(nèi)到達(dá)看臺(tái)對(duì)應(yīng)的集散大廳安全區(qū),之后通過各自的樓梯疏散到完全的室外地面。國(guó)家體育場(chǎng)的疏散時(shí)間有兩個(gè),一個(gè)是八分鐘是不是可以到達(dá)安全區(qū),一個(gè)是退場(chǎng)以往的總的疏散時(shí)間。
          怎么來測(cè)驗(yàn)是不是八分鐘,我們使用了計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。前面這個(gè)是中下層看臺(tái)模擬圖,右上角是不同的人,多少人在不同空間里面描述。左上角是一個(gè)計(jì)時(shí)器,計(jì)算機(jī)給一個(gè)指令觀眾開始疏散的時(shí)候計(jì)時(shí)器同時(shí)在計(jì)時(shí)的,直到所有觀眾離開看臺(tái),計(jì)時(shí)器會(huì)有時(shí)間技術(shù),來檢測(cè)是不是滿足八分鐘要求,如果滿足結(jié)構(gòu)就合理,如果不能滿足我們就修整設(shè)計(jì)里面的一些情況。比如說安全出口是不是要擴(kuò)大,觀眾疏散的路徑是不是有障礙等等,直到所有的贛中疏散都能夠滿足八分鐘原則的要求,這是上層看臺(tái)模擬的狀況。
          最后體育場(chǎng)模擬結(jié)果還是非常理想,上中下三層看臺(tái)八分鐘原則都可以滿足,同時(shí)整個(gè)體育場(chǎng)9.1萬人全部離開體育場(chǎng)到達(dá)室外,我們模擬時(shí)間是13分鐘,這個(gè)指標(biāo)對(duì)于9.1萬人體育場(chǎng)來說也是很不容易的。實(shí)際的觀察當(dāng)中,因?yàn)轶w育場(chǎng)實(shí)際過程中疏散更復(fù)雜一點(diǎn)。比如說不是所有觀眾在滿場(chǎng)狀態(tài)下離開,有一些在表演過程當(dāng)中離開,大部分是在完全結(jié)束離開,這種狀況下我們觀察上成看臺(tái),他們大概在6分半到七分鐘就可以完全離開了,當(dāng)然沒有非常精確或者實(shí)際理想狀態(tài)的檢測(cè)。從實(shí)際奧運(yùn)會(huì)整個(gè)過程檢驗(yàn)來看,體育場(chǎng)的疏散系統(tǒng)還是比較令人滿意的。
          2005年1月20日復(fù)工的時(shí)候基礎(chǔ)照片,這是在施工過程當(dāng)中混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)主結(jié)構(gòu)開始施工,鋼結(jié)構(gòu)到2006年10月份全部完成,在9月17日整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)自主受力成功。
          這是整個(gè)奧林匹克公園全景,這是國(guó)家體育場(chǎng),這是冬天的時(shí)候一張從北向南俯瞰的照片,這是景觀廣場(chǎng),這是在水邊的夜景,這是正西面貴賓出入口和體育場(chǎng)正西方向晚上的情況??梢院芮宄目吹戒摻Y(jié)構(gòu)碗形看臺(tái)的形狀。
          這是西面主入口,這是立面大樓梯,這是集散大廳,這是里面的看臺(tái),這是整個(gè)看臺(tái)全景的空間,這是貴賓區(qū)的自動(dòng)扶梯,自動(dòng)扶梯的內(nèi)部。這是我們?cè)隗w育場(chǎng)第三層,有一整層全部是餐廳空間,大概有一萬平米,這跟基座一起成為奧運(yùn)會(huì)賽后很重要的組成部分。這是體育場(chǎng)一部分帶空調(diào)空間的幕墻,這是幕墻上面印刷的圖案,這是在景觀基座上鋪地石材的圖案,這還是整個(gè)奧運(yùn)會(huì)公園。好謝謝大家!



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