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關(guān)于國家體育場的設(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]

    國家體育場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)重要的場館，我們所說的三個(gè)比較重要的場館：國家體育場、國家游泳中心以及國家體育館，國家體育場里面體積最龐大，也是最重要的場館。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)。
    這是國家體育場的總平面，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各種復(fù)雜的功能，比如說貴賓、媒體、運(yùn)動員、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賽后運(yùn)營所需要的商業(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。這是國家體育場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。
    這是國家體育場剖面圖，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建筑主體構(gòu)成的關(guān)系。里面有一個(gè)看臺，我們叫碗型看臺，東西方向高起來，南北方向低下去的形狀?？磁_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外觀。
    鋼結(jié)構(gòu)和前面提到的支撐看臺的混凝土結(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)體育場看臺的平面，包括看臺外側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)平面的形狀。看臺大約是半徑142米的圓形，從看臺的布置也可以看出來東西方向看臺座位數(shù)容納比較多，南北方向容納相對比較少的。
    體育場一層平面，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。
    體育場有幾個(gè)很重要的理念，第一個(gè)叫回歸體育競賽和觀賽為本的體育場設(shè)計(jì)。我們看第一屆現(xiàn)代奧運(yùn)會的體育場，就是雅典大理石體育場，我們可以看到這個(gè)體育場只有竟技場和看臺，并沒有很多現(xiàn)在看到體育場復(fù)雜的東西。我們認(rèn)為人類建造體育場的目的就是競技和關(guān)上競技，設(shè)計(jì)本質(zhì)就是營造最好的賽場氣氛，讓競技者和觀眾達(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)間推敲看臺的設(shè)計(jì)，奧運(yùn)會時(shí)候容納91000人的看臺，這個(gè)看臺特征投影是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，這樣看臺既適應(yīng)了體育場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)這樣碗形看臺更接近古代人類最高的竟技場，像羅馬的竟技場是很古典的環(huán)圍的看臺的形狀，他可以讓運(yùn)動員感受到所有觀眾的包圍和注視，讓它有非常好的競技狀態(tài)。同時(shí)觀眾和觀眾身體聯(lián)系在一起，也會有互相的影響，跟賽場運(yùn)動員有一個(gè)很好的互動，這樣會形成很熱烈的賽場氣氛，這是一個(gè)體育場的根本。
    賽場內(nèi)看臺和竟技場關(guān)系之間的視覺效果。這是一個(gè)實(shí)際的體育場內(nèi)景照片，這個(gè)是拍在體育場比賽之前，我們在電視上看到這個(gè)體育場開閉幕式和比賽之間看臺和賽場是這樣一個(gè)互動關(guān)系，會更加的生動。
    體育場基本概念構(gòu)成非常的簡單，首先有一個(gè)碗形的看臺，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。
    這是兩個(gè)模型的比較，左邊是在概念設(shè)計(jì)階段，就是競賽時(shí)候提交的體育場模型，右邊是經(jīng)過修改的體育場模型?？梢钥吹阶畲蟮淖兓?，原來競賽的時(shí)候要求屋頂上有一個(gè)可移動屋頂，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、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)過程中對關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測試的效果，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，檢測誤差達(dá)到合乎要求之后分解運(yùn)到北京現(xiàn)場來，然后在北京現(xiàn)場組裝焊接，首先在地面焊接組裝成相對大塊構(gòu)建，之后用重型吊車把構(gòu)建安裝到預(yù)定的位置。這是體育場第一根主柱結(jié)構(gòu)下半部分進(jìn)行現(xiàn)場安裝的狀況，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)場等待安裝的圖片。
    體育場鋼結(jié)構(gòu)形成一種鏤空的外觀效果，當(dāng)人們在體育場外面看體育場的時(shí)候是那樣一個(gè)效果，當(dāng)人們身在體育場之中，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，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，以及看臺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，使得陽光通過又不因?yàn)橥高^陽光鋼結(jié)構(gòu)在場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)對于設(shè)計(jì)師是非常關(guān)鍵的，因?yàn)檫@關(guān)系到體育場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，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，這是一個(gè)很重要的課題。這是上層看臺觀眾疏散的路線，這是中層看臺觀眾疏散的路線，這是下層看臺疏散的路線。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)我所知是在國內(nèi)大型體育場安全疏散時(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，他們大概十二、三分鐘整體疏散時(shí)間，但是國際體育場設(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有一些焦急不安的心態(tài)，這會影響到疏散，甚至?xí)l(fā)生一些安全的事故。所以在體育場設(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。體育場有上中下三層看臺，每一層看臺都有一個(gè)或兩個(gè)對應(yīng)的集散打廳，這個(gè)是完全開場的，但是不是完全的體育場里面，這里面所有的火災(zāi)可控，這可以看作安全區(qū)，看臺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)看臺對應(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。國家體育場的疏散時(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)是退場以往的總的疏散時(shí)間。
    怎么來測驗(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，計(jì)時(shí)器會有時(shí)間技術(shù)，來檢測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，這是上層看臺模擬的狀況。
    最后體育場模擬結(jié)果還是非常理想，上中下三層看臺八分鐘原則都可以滿足，同時(shí)整個(gè)體育場9.1萬人全部離開體育場到達(dá)室外，我們模擬時(shí)間是13分鐘，這個(gè)指標(biāo)對于9.1萬人體育場來說也是很不容易的。實(shí)際的觀察當(dāng)中，因?yàn)轶w育場實(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，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。從實(shí)際奧運(yùn)會整個(gè)過程檢驗(yàn)來看，體育場的疏散系統(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，這是國家體育場，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，這是在水邊的夜景，這是正西面貴賓出入口和體育場正西方向晚上的情況。可以很清楚的看到鋼結(jié)構(gòu)碗形看臺的形狀。
    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，這是整個(gè)看臺全景的空間，這是貴賓區(qū)的自動扶梯，自動扶梯的內(nèi)部。這是我們在體育場第三層，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)會賽后很重要的組成部分。這是體育場一部分帶空調(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)會公園。好謝謝大家！



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