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關(guān)于國家體育場(chǎng)的設計

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    國家體育場(chǎng)處在北京的南北中軸線(xiàn)向北延伸到奧林匹克公園中心區的位置，上午的時(shí)候朱院長(cháng)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(shuō)的三個(gè)比較重要的場(chǎng)館：國家體育場(chǎng)、國家游泳中心以及國家體育館，國家體育場(chǎng)里面體積最龐大，也是最重要的場(chǎng)館。從北京中軸線(xiàn)的南側向北看到的情景，可以看到水立方和鳥(niǎo)巢在中軸線(xiàn)的兩側。
    這是國家體育場(chǎng)的總平面，可以看到占地是不規則的性準，東側就是人工水系，西面就是中軸線(xiàn)上的景觀(guān)達到，之后再西側就是水立方。在鳥(niǎo)巢整個(gè)設計里面有兩個(gè)最主要的組成部分，一部分是我們現在看到的建筑的主體，也就是隆起來(lái)的建筑主體，這是一個(gè)南北長(cháng)333米，東西寬298米的橢圓形。另外一部分就是布滿(mǎn)整個(gè)建筑用地的基座，這個(gè)基座把整個(gè)基地鋪滿(mǎn)，形成從四圍向中間隆起的局面，把四面八方的觀(guān)眾引導到中間最高的主體。在中間的基座下面容納了體育場(chǎng)各種復雜的功能，比如說(shuō)貴賓、媒體、運動(dòng)員、安保人員、內部管理人員等等。在基座里面同時(shí)還容納了一些為體育場(chǎng)賽后運營(yíng)所需要的商業(yè)空間，有接近三萬(wàn)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(guān)眾的出入口。這可以看出來(lái)下面基座和主體的關(guān)系。這是國家體育場(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施正在施工的情況，可以看到左側還是一個(gè)大的深坑，這里面就是預留的商業(yè)空間位置。
    這是國家體育場(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(lái)，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(guān)眾集散停留的空間，集散大廳和看臺是由混凝土結構支撐的，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(lái)，這個(gè)是由鋼結構造成的，這也就是我們看到的體育場(chǎng)外觀(guān)。
    鋼結構和前面提到的支撐看臺的混凝土結構兩者在結合上是相互脫離的，當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，內部中間開(kāi)口位置，也就是比賽場(chǎng)地上方的開(kāi)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)看臺的平面，包括看臺外側的鋼結構平面的形狀?？磁_大約是半徑142米的圓形，從看臺的布置也可以看出來(lái)東西方向看臺座位數容納比較多，南北方向容納相對比較少的。
    體育場(chǎng)一層平面，從一層平面可以看到在一層觀(guān)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(guān)眾緊急疏散的電梯、樓梯，以及大量的衛生間，還有冷飲、快餐之類(lèi)的觀(guān)眾服務(wù)設施。在服務(wù)盒之間是以不同分區命名的觀(guān)眾集散區，這是最初的體育場(chǎng)立面模型，我們整個(gè)設計過(guò)程持續了將近六年。分成這樣幾個(gè)大的階段，一個(gè)是競賽，也就是概念設計階段，這是2002年12月到2003年4月，之后由設計聯(lián)合體完成的方案中標。2003年完成了方案設計，到2004年3月份完成第一次初步設計，再之后出現了體育場(chǎng)的瘦身過(guò)程。這個(gè)過(guò)程里面先有一個(gè)局部的停工，同時(shí)設計進(jìn)行比較大的修改，這個(gè)修改需要重新進(jìn)行初步設計的工作，這個(gè)工作到2004年11月份完成，從2004年12月工程重新開(kāi)工，同時(shí)也進(jìn)行轉入全面的施工圖設計階段，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)叫回歸體育競賽和觀(guān)賽為本的體育場(chǎng)設計。我們看第一屆現代奧運會(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，并沒(méi)有很多現在看到體育場(chǎng)復雜的東西。我們認為人類(lèi)建造體育場(chǎng)的目的就是競技和關(guān)上競技，設計本質(zhì)就是營(yíng)造最好的賽場(chǎng)氣氛，讓競技者和觀(guān)眾達到很好的狀態(tài)。
    設計最開(kāi)始的起點(diǎn)用了很大精力和時(shí)間推敲看臺的設計，奧運會(huì )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(lái)看又是一個(gè)南北方向低，東西方向高邊遠起伏的巨大碗形，這樣看臺既適應了體育場(chǎng)觀(guān)看比賽的視線(xiàn)方面的均衡。比如說(shuō)東西方面觀(guān)眾視線(xiàn)是優(yōu)于南北方向，布置的觀(guān)眾人數比較多，看臺自然的就高起來(lái)，而南北方向則相反就是低下去的形狀，不僅是視線(xiàn)防線(xiàn)均衡，同時(shí)這樣碗形看臺更接近古代人類(lèi)最高的竟技場(chǎng)，像羅馬的竟技場(chǎng)是很古典的環(huán)圍的看臺的形狀，他可以讓運動(dòng)員感受到所有觀(guān)眾的包圍和注視，讓它有非常好的競技狀態(tài)。同時(shí)觀(guān)眾和觀(guān)眾身體聯(lián)系在一起，也會(huì )有互相的影響，跟賽場(chǎng)運動(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)內看臺和竟技場(chǎng)關(guān)系之間的視覺(jué)效果。這是一個(gè)實(shí)際的體育場(chǎng)內景照片，這個(gè)是拍在體育場(chǎng)比賽之前，我們在電視上看到這個(gè)體育場(chǎng)開(kāi)閉幕式和比賽之間看臺和賽場(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)基本概念構成非常的簡(jiǎn)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構構成。這個(gè)外罩形狀也是順應了碗形看臺形狀，也是東西高，南北低馬鞍形，扣在一起兩者加起來(lái)就構成了鳥(niǎo)巢似的體育場(chǎng)。
    這是兩個(gè)模型的比較，左邊是在概念設計階段，就是競賽時(shí)候提交的體育場(chǎng)模型，右邊是經(jīng)過(guò)修改的體育場(chǎng)模型?？梢钥吹阶畲蟮淖兓?，原來(lái)競賽的時(shí)候要求屋頂上有一個(gè)可移動(dòng)屋頂，因為造價(jià)壓縮原因被取消了。同時(shí)比賽上方屋頂開(kāi)口取消了，所以開(kāi)口擴大成更大的橢圓形。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構構建密度在修改之后被大大降低，變成更合適的結構構建的密度。
    建筑基本的概念：看臺、鋼結構外罩的關(guān)系，以及構成的規律是沒(méi)有變化的。這個(gè)體育場(chǎng)里面也有一些特點(diǎn)，設計的邏輯和理念是不斷在延伸建筑每一個(gè)方面，設計的每一個(gè)方面甚至到細節里面。一個(gè)比較突出的一點(diǎn)，景觀(guān)的設計是編織結構邏輯的延伸，這個(gè)延伸體現在景觀(guān)基座上人行道構成的方式，形成一個(gè)很統一，很完善的整體建筑和環(huán)境的空間。
    結構和外觀(guān)的一體化設計。結構設計最開(kāi)始就納入到跟建筑設計形狀的推敲，建筑外感的設計納入到一體的思考中來(lái)。這是由24根主柱和48根旁架梁編織而成，可以看到主結構生成的規律。主結構之外又加入了放射狀的次結構，以及從立面到樓梯的結構，最后構成了我們主次結構疊加之后的建筑結構，同時(shí)也就構成了整個(gè)建筑外觀(guān)的效果。
    把建筑的形式和結構統一在一起的設計帶來(lái)的挑戰是對于施工技術(shù)和施工控制的挑戰，通常來(lái)講結構是隱藏在建筑內部，這是沒(méi)有裝飾作用的。在這個(gè)設計里面不僅要完成結構受力的要求，另外直接也要變成對建筑形式的塑造。在施工過(guò)程以前的基礎設計，施工圖設計，鋼結構的加工、安裝，甚至細微到焊縫外觀(guān)的質(zhì)量都需要非常嚴密的控制，才能夠完成既定的結構和外觀(guān)統一的效果。因為這樣一個(gè)要求，建筑師、結構工程師以及相關(guān)鋼結構加工廠(chǎng)的技術(shù)人員和工人都付出了很大的努力才達到了這樣的要求。
    鋼結構在大學(xué)實(shí)驗室里面，在施工圖設計過(guò)程中對關(guān)鍵的節點(diǎn)和實(shí)驗進(jìn)行測試的效果，上面兩張圖是縮小的剛結構構建實(shí)驗的狀況，下面兩張圖是鋼結構構建在工廠(chǎng)里面進(jìn)行加工的情況。這是在浙江工廠(chǎng)里面其中一根體育場(chǎng)鋼結構主柱情況，在工廠(chǎng)里面進(jìn)行預拼裝。所有鋼結構構建都是在工廠(chǎng)里面進(jìn)行加工，進(jìn)行預拼裝，檢測誤差達到合乎要求之后分解運到北京現場(chǎng)來(lái)，然后在北京現場(chǎng)組裝焊接，首先在地面焊接組裝成相對大塊構建，之后用重型吊車(chē)把構建安裝到預定的位置。這是體育場(chǎng)第一根主柱結構下半部分進(jìn)行現場(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和外面鋼結構施工的情況，鋼結構首先分塊進(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。這是鋼結構次結構構建，在現場(chǎng)等待安裝的圖片。
    體育場(chǎng)鋼結構形成一種鏤空的外觀(guān)效果，當人們在體育場(chǎng)外面看體育場(chǎng)的時(shí)候是那樣一個(gè)效果，當人們身在體育場(chǎng)之中，透過(guò)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。
    這是鋼結構上組合的里面大樓梯，他把觀(guān)眾從地面帶到上面看臺，地面大樓梯也是鋼結構的一個(gè)組成部分。這是地面大樓梯和里面混凝土結構支撐的看臺，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(chǎng)里面除了鋼結構之外，我們還有一種膜結構引入設計里面，這個(gè)膜結構是固定在鋼結構上面。一類(lèi)是鑲嵌在鋼結構屋頂上旋透明的ETME膜結構，這個(gè)材料跟國家游泳中心膜結構材料是一致的，但是構造上是不同的。另外一層膜結構是固定在屋頂下版面辦透明的PDSE膜結構，這起到吸聲，以及遮蔽屋頂里面的設備，使得陽(yáng)光通過(guò)又不因為透過(guò)陽(yáng)光鋼結構在場(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)設計上使用了三維設計方法，跟我們通常設計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)設計任務(wù)，所以這個(gè)設計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)模型精確的在計算機里面建立起來(lái)，建筑師為這個(gè)模型推敲細部。由于模型可以提供一個(gè)非常準確的，而且可變可調的精密的環(huán)境，所以可以實(shí)現最后模型完成，以及完成所有推敲設計之后，這個(gè)模型可以進(jìn)行精確的空間坐標的讀取。這一點(diǎn)對于設計師是非常關(guān)鍵的，因為這關(guān)系到體育場(chǎng)是不是能夠被精確的建造起來(lái)。
    在三維模式里面建立的立面大樓梯和結構構建，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構，這是真實(shí)的鋼結構。這是一些局部的節點(diǎn)，這是連接大樓梯和集散廳緊急疏散橋的細節。這是一個(gè)很復雜結構的節點(diǎn)，只有在模型里面才能夠真正精確的設計出來(lái)。這是其中一根，這是一個(gè)彎扭，這個(gè)構建在模型建立起來(lái)之后，我們通過(guò)模型可以讀取到很多空間坐標，這些可以被鋼結構加工廠(chǎng)還原成鋼板下料圖紙，變成相應的裁切鋼板，然后焊接成彎扭的鋼結構。
    這個(gè)體育場(chǎng)設計里面使用了基于計算機模擬技術(shù)的安全疏散體系，這是一個(gè)很龐大的體育場(chǎng)，9.1萬(wàn)人如何在有限時(shí)間里面安全、快速的撤離，離開(kāi)體育場(chǎng)，這是一個(gè)很重要的課題。這是上層看臺觀(guān)眾疏散的路線(xiàn)，這是中層看臺觀(guān)眾疏散的路線(xiàn)，這是下層看臺疏散的路線(xiàn)。我們利用計算機模擬技術(shù)在計算機里面精確的建立起體育場(chǎng)的模型，把所有的觀(guān)眾輸入這個(gè)模型，然后真實(shí)的通過(guò)計時(shí)器模擬觀(guān)眾疏散的情況。在模擬的軟件里面也會(huì )輸入相應的參數，比如說(shuō)觀(guān)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(jué)得人多了又跑道另外一個(gè)出口等等這樣一個(gè)參數放到模擬工具里面。
    這個(gè)模擬工具最重要驗證的目標就是疏散八分鐘原則，這個(gè)據我所知是在國內大型體育場(chǎng)安全疏散時(shí)間計算體系里面首次被引用，以往大型體育場(chǎng)設計疏散時(shí)間，我們只關(guān)注最后一位觀(guān)眾從離開(kāi)坐席到室外地面的整體時(shí)間。比如說(shuō)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，但是國際體育場(chǎng)設計通常原則有八分鐘的概念，也就是在八分鐘之內觀(guān)眾如果能夠疏散到安全的地帶，他會(huì )實(shí)現有序的心里狀態(tài)下的疏散，超過(guò)八分鐘觀(guān)眾就會(huì )有一些焦急不安的心態(tài)，這會(huì )影響到疏散，甚至會(huì )發(fā)生一些安全的事故。所以在體育場(chǎng)設計里面，我們通過(guò)一個(gè)集散大廳安全區的方式，來(lái)實(shí)現了八分鐘的原則。體育場(chǎng)有上中下三層看臺，每一層看臺都有一個(gè)或兩個(gè)對應的集散打廳，這個(gè)是完全開(kāi)場(chǎng)的，但是不是完全的體育場(chǎng)里面，這里面所有的火災可控，這可以看作安全區，看臺上所有觀(guān)眾控制他的疏散時(shí)間首先是八分鐘之內到達看臺對應的集散大廳安全區，之后通過(guò)各自的樓梯疏散到完全的室外地面。國家體育場(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安全區，一個(gè)是退場(chǎng)以往的總的疏散時(shí)間。
    怎么來(lái)測驗是不是八分鐘，我們使用了計算機模擬技術(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)計時(shí)器，計算機給一個(gè)指令觀(guān)眾開(kāi)始疏散的時(shí)候計時(shí)器同時(shí)在計時(shí)的，直到所有觀(guān)眾離開(kāi)看臺，計時(shí)器會(huì )有時(shí)間技術(shù)，來(lái)檢測是不是滿(mǎn)足八分鐘要求，如果滿(mǎn)足結構就合理，如果不能滿(mǎn)足我們就修整設計里面的一些情況。比如說(shuō)安全出口是不是要擴大，觀(guān)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(mǎn)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(chǎng)模擬結果還是非常理想，上中下三層看臺八分鐘原則都可以滿(mǎn)足，同時(shí)整個(gè)體育場(chǎng)9.1萬(wàn)人全部離開(kāi)體育場(chǎng)到達室外，我們模擬時(shí)間是13分鐘，這個(gè)指標對于9.1萬(wàn)人體育場(chǎng)來(lái)說(shuō)也是很不容易的。實(shí)際的觀(guān)察當中，因為體育場(chǎng)實(shí)際過(guò)程中疏散更復雜一點(diǎn)。比如說(shuō)不是所有觀(guān)眾在滿(mǎn)場(chǎng)狀態(tài)下離開(kāi)，有一些在表演過(guò)程當中離開(kāi)，大部分是在完全結束離開(kāi)，這種狀況下我們觀(guān)察上成看臺，他們大概在6分半到七分鐘就可以完全離開(kāi)了，當然沒(méi)有非常精確或者實(shí)際理想狀態(tài)的檢測。從實(shí)際奧運會(huì )整個(gè)過(guò)程檢驗來(lái)看，體育場(chǎng)的疏散系統還是比較令人滿(mǎn)意的。
    2005年1月20日復工的時(shí)候基礎照片，這是在施工過(guò)程當中混凝土結構。鋼結構主結構開(kāi)始施工，鋼結構到2006年10月份全部完成，在9月17日整個(gè)鋼結構自主受力成功。
    這是整個(gè)奧林匹克公園全景，這是國家體育場(chǎng)，這是冬天的時(shí)候一張從北向南俯瞰的照片，這是景觀(guān)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構碗形看臺的形狀。
    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，這是貴賓區的自動(dòng)扶梯，自動(dòng)扶梯的內部。這是我們在體育場(chǎng)第三層，有一整層全部是餐廳空間，大概有一萬(wàn)平米，這跟基座一起成為奧運會(huì )賽后很重要的組成部分。這是體育場(chǎng)一部分帶空調空間的幕墻，這是幕墻上面印刷的圖案，這是在景觀(guān)基座上鋪地石材的圖案，這還是整個(gè)奧運會(huì )公園。好謝謝大家！



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