气膜体育场馆的现状分析

2015-03-19郑振亚

产业与科技论坛 2015年14期

□卢亚郑振亚

一、引言

随着经济物质文化水平的高速发展，人们对体育的认识也更加全面。伴随着人们投入体育热情的高涨，体育场地缺乏的问题也愈演愈烈。城市化高速发展的现代都市乃寸土寸金之地，健身、运动场地的匮乏已然成为人们不能更好投身体育运动的一大困扰。加之有些群众喜欢的运动项目受天气影响比较大，场馆的建设能很好地解决这一问题，让群众的运动不受天气的影响。随着人们健康意识的加强和对雾霾污染认识的深入，群众们活动的局限性就更大了。随着全民健身事业的发展，体育场馆的修建将成为公共体育服务体系的重要环节。气膜体育场馆的出现将在很大程度上解决这些棘手的问题。

二、气膜建筑的发展历史

气膜建筑系统最早由美国工程师大卫·H·盖勒在1970年日本大阪的万国博览会当中首次提出。大卫提出这一概念的目的是为了使体育场馆具有更高的抗震性、提高体育场馆的安全系数。20 世界70年代初期的美国率先研发出来永久性膜建筑材料，并于1973年在美国加利福尼亚建成了学生活动中心。在20 世纪70年代随着永久性膜材料的完善与发展，气膜场馆的技术发展有了进一步的提升，伴随着这些技术的发展，在美国各地相继出现很多大型气膜场馆。借着计算机发展的大趋势，气膜体育场馆有了更快的发展，并且对数据的分析、处理的软件也日趋成熟。20 世纪90年代初期膜结构在大型体育场馆开始大量使用，这也标志着膜结构建筑渐渐进入高峰期。之后世界各地都逐渐出现各种具有标志性的膜体场馆，膜体结构已被广泛使用于各种建筑。在气膜建筑日渐发展的过程当中膜材料也在不断更新换代。20 世纪70年代由杜邦公司率先探索出ETFE 薄膜材料，而后由德国维克多福伊特克公司开始专门针对ETFE 膜材料进行研究，并将其推广使用。1963年，ASATI 公司时任的CEO Dan Fraioli 先生为一个网球场设计并主持建造了首个充气式膜结构篷顶，这一举动使得整个体育、休闲娱乐业对于充气篷顶的广泛用途有了更多认识。现在世界上已经有了数以千计的气膜体育场正在为人们提供服务。通过查阅文献来看虽然气膜体育场看似像个大气球一样但事实上其符合规范的永久建筑。

三、气膜建筑的特点

气膜体育场馆建筑有单层、双层、气肋式三种形式，充气膜建筑一般需要长期不间断的能源供应。低拱、大跨度建筑中的单层充气膜结构必须是封闭的空间，并保证一定的室内外气压差。随着充气膜建筑分析理论和设计施工经验的不断成熟和完善，充气膜建筑已从众多的现代建筑形式中异军突起，越发地受到人们的青睐，吸引着众多的建筑、结构工程师们来设计建造现代大中小型永久性或半永久性的充气膜建筑。

(一)气膜体育场馆的外形。气膜体育场的外形结构要像一个信封一样成一个整体，这样才可以均摊整个房顶的压力，否则，如果整体结构不能够均摊压力就会产生小的褶皱或者是压力点，这将会成为整个场馆的致命弱点。

(二)气膜体育场馆的结构。从材料方面来看，皮膜场馆运用的材料跟所用张力抗拉结构材料是一样的，即合成纤维组织物如玻璃纤维或者是聚酯纤维，旨在防止紫外线或者风沙侵蚀。同时根据场馆用途的区分会对内膜加以处理加工例如隔热、隔音等。半透明的顶棚材料让场馆内部白天不需要灯光。

(三)气膜体育场馆气压。在现实当中气膜场馆负载最主要的还是风、顶部积雪和气压。考虑到风力和积雪主要是通过对顶部充气结构的相应调整。现代气膜场馆的结构都是由电脑直接控制，它会根据所承受的压力来改变顶部充气压力。高质量的顶棚结构才能承受更强的风雪。为了安全保障，顶棚的气压跟场馆内部的气压是相等的。对于皮膜场馆来说几乎很少出现紧急塌陷事件，除非是没有看到报警信号，会导致馆顶的承受超重然后致使坍塌。

四、气膜体育场馆的优劣性分析

(一)气膜体育场馆的优点。整个体育场馆的能耗还不及传统场馆的1/6，对于运营成本来说减少了不少开支。用气膜建筑做体育场馆，只需要传统建筑造价的不到一半甚至更少。可拆卸，快速的拆装能力使气膜建筑能抢占城市的剩余用地，并开拓新地源。外观独特、别致，气膜建筑形式新颖，识别度高，在宣传方面也能作出特殊贡献。经营模式多样化。气膜建筑内部空间无阻隔，能灵活处理，方便后期经营。气膜建筑因为采用空气支撑，利用压力差作为支撑力，形成大跨度的空间结构，完全不同于传统建筑，避免了大兴土木对环境的影响，另外其独特的受力特点——向上的上扬力，也使气膜建筑对基础的要求更低、扰动更小。而且，其可迁移性也使气膜建筑可以方便被拆除、迁走。在建造及迁移时都不会产生大量的建筑垃圾。另外气膜建筑作为一种节能建筑，冬季采暖约为传统建筑的1/3 ～1/4，夏季制冷约为传统建筑的1/5 ～1/6。较低的能耗使其成为一种具有节能环保特点的建筑系统。

气膜建筑相对于传统建筑结构存在以下优势:气膜建筑跨度大，由于膜材料相对较轻，资料显示每平方米膜材料自重在3 公斤以下。气膜建筑本身就是利用气压将顶棚撑起来所以避免了室内的柱子和梁，这是传统建筑所无法避免的，这就有利于提高体育场的使用率。节能环保，膜材料具有较高的热反射和散热效果，并且现在所用的透明膜对于阳光的辐射还是起了很大的阻隔效应。具有更高的灵活性，膜体安装简单方便，施工周期短。而且可以根据季节变化决定是否启用气膜体育馆。同时气膜体育馆也可以与传统建筑相互连接，只要在连接处做好密封设计。膜体材料有较高的抗紫外线、抗老化、高保色、宝光泽的性能，并且在保温方面远高于传统建筑。

(二)气膜体育场馆的不足之处。能源系统的依赖性比较强。在雾霾严重的今天，很多户外运动也会受到威胁，运动本身就是为了更加健康但是PM2．5 的侵袭让人们对户外运动的顾虑更加严重。然而在气膜场馆内，通风、循环、空气的温度、湿度、甚至含氧量、清洁度二氧化碳都能受到电脑的实时监控。在场馆外侧是气膜体育场核心设备，这个设备负责维持室内的压力，送风、过滤空气、冬天供暖、夏天制冷这一切都得依赖这个气膜体育场的“心脏”。在能源方面气膜体育场比较依赖电力，因为外部的“心脏”是气膜体育场的核心，如果停止了电力的供应，气膜的充气，室内的气温，空气的循环等等程序的运作都会陷入一片混乱。若压力不均衡或者膜体受到外力损坏会引起顶棚的塌陷。隔热隔音效果没有实体墙面那么完美，顶棚受限于负载率。相对于传统体育场馆没有那么长的使用寿命。