体育建筑设计中的加减法——以2019年武汉第七届世界军人运动会比赛场馆为例

陆晓明 范天宸 郭雷 LU Xiaoming,FAN Tianchen,GUO Lei

中信建筑设计研究总院有限公司

成熟的设计来自于方法而非手法。手法带有个性化色彩，方法则表现为某种逻辑的推演。加减法这种数学的方法被我们尝试运用于建筑设计之中：“加法”泛指设计要素的积集聚合，“减法”则指对基本设计元素的减少消融。如法国哲学家德勒泽所言：“建筑之艺术性就存在于建筑构件之间的聚合关系之中”。

体育建筑，这一在20世纪80年代才开始在我国崭露头角的建筑类型，其发展大概经历了体育建筑—体育中心—体育综合体三段历程。在这其中，加和减的设计方法主要用于功能用房的组合，如在每一个体育单体设施中增加面积、增加功能，或者把体育本身无关的功能和可运营的面积全都抽离。相比之下，国外建筑师已经在体育建筑的多个方面进行了加减法的尝试，积累了很好的经验，为我们带来了启迪：如德国慕尼黑体育公园将体育建筑与公园结合，取得了良好的社会效益；同样在慕尼黑的安联球场则在建筑表皮的运用上融合了造型、结构、泛光等要素；英国威尔士千禧球场大胆地减掉了观众入口平台，将建筑、水景、广场、城市交通集约在一起，解决了用地紧张的矛盾等。在武汉第七届世界军人运动会举办之际，结合我们设计的三个场馆，探讨加减法在体育建筑设计中的运用。

1 武汉体育中心改造工程的新与旧——有机更新

武汉体育中心位于武汉市经济技术开发区，包括体育场、体育馆和游泳馆（一场两馆）及其附属建筑，于2002～2007年陆续建成。此次改造工程包括主体育场综合改造，体育馆、游泳馆更新升级，以及总体景观整体提升。改造工程于2019年军运会前竣工，作为七军会主会场，承担运动会开、闭幕式以及排球、游泳等比赛任务。

1 武汉体育中心全景

武汉体育中心改造是基于建筑形式与视觉层次营造的有机更新。主体育场改造最重要的任务是增加贵宾区，用于接待大会领导人、各国元首等，弥补原有场馆接待功能不足的问题。主体育场自2002年8月建成以来，其“莲花”般的建筑形象已深入人心。于是我们最先尝试“加”的策略，在体育场西侧增加一座贵宾楼，但实际建模后发现形体突兀，效果并不理想。于是把设计由加法变为减法，将贵宾区融入原有建筑体量中，贵宾区由原来8 000m2扩建为19 000m2，以满足开幕式接待的功能需求。

为了使新增部分能与原有建筑合为一体，改造区域以“和”为基调，在原有莲花状雨篷造型之下，增加了三条水平状曲线飘带，将新增的贵宾区隐藏在飘带之后，起伏的形态富有行云流水的韵律，体现了武汉独特的水文化，与体育场顶部的莲花造型相得益彰。白天壁立的玻璃与流畅的金属飘带刻画出精致空透的感觉，体现与原造型“和而不同”的形态；夜间利用飘带上的孔洞与LED点灯的结合，变成360。的媒体屏，幻化出多种动态的色彩和图案，灵动的曲面围绕体育场四周，塑造成完整统一的流动画卷。

“点火仪式”历来作为开幕式演出的点睛环节，火炬塔的设计也成为改造工程的重点。我们同样采用“利旧为新”的方式，在原体育场东北角结构井筒的形体上做加法。火炬塔造型新颖、独特，7片花瓣暗合“第七届世界军人运动会”的主题，七条上下贯通的主体钢结构象征着“丝绸之路经济带”，主钢结构之间交织成网则隐喻了“21世纪海上丝绸之路”。白色的钢结构与体育场屋盖大悬挑预应力索桁-整体张拉式索膜结构浑然一体；为了克服新旧结构之间相互穿插且互不干扰的难题，更好地实现设计创意，我们运用Rihno、Grasshopper等参数化软件完成了三维空间精准定位，实现了建筑艺术、空间结构、点火装置、机械控制、舞台美术、水景平台、泛光亮化等一系列高新技术的完美结合，使独特的“水火交融”的点火形式成为这届军运会开幕式的亮点。

武汉体育中心改造工程还有一个加法就是增加绿量，绿色的增加着眼于后军运会时代给城市提供一处绿意盎然的体育公园。新增绿化以大型乔木为主，同时梳理园区以前杂乱的景观和植被。以林带、高低起伏的绿化缓坡结合原有的山体形式，完成师法自然的空间布局，建筑融入绿色之中，创造出人与自然和谐共存的新型体育中心。

2 武汉体育中心总平面图

3 武汉体育中心主体育场

4 武汉体育中心贵宾区局部

5 武汉体育中心楚红色杆件节点

6 武汉体育中心飘带节点

7 五环体育中心全景

2 武汉五环体育中心的融与显——城市织补

五环体育中心位于武汉市东西湖区，包含体育场、体育馆、游泳馆及配套设施等，是承办 2019年第七届世界军人运动会比赛的主赛场，也是满足赛事升级并兼顾赛后利用的多功能、综合性甲级体育中心。

基地西侧毗邻城市公园，东侧面向城市主干道，北侧面对规划中的文化中心。在总体布局上，我们思考如何运用加法，通过增加体育公园完成城市公园到城市沿街界面由西至东的空间过渡，进而完成被体育中心隔断的城市空间体系的织补。

针对基地范围狭小的问题，总体规划选取整体集约紧凑的布局方案，北侧对应文化中心布置了集散广场，在东西两侧留出开阔的场地；西侧将马投潭公园引伸进体育中心，通过覆土塑造为高低起伏、自然流畅的室外景观，并与观众入口平台的绿化融为一体，既规整有序又不乏活泼自由；公园缓坡之下设置了体育中心的地面停车场，将公园与停车两种功能合二为一，节约了用地和造价。基地东侧临城市主干道的界面则采用配套商业内街的形式，与室外篮球、门球、足球等各类体育运动场地有机结合，配套用房通过流畅的形体沿东侧城市道路布置，试图形成有序、有趣的城市界面。东西两侧一动一静的处理手法，满足了市民的健身需求，增加了人气，同时也融入了城市公园，给今后的运营提供了造血功能。

在建筑空间形体上采用减法的策略，探索将体育馆、游泳馆建筑屋面的梭形天窗的造型与结构体系融为一体。我们沿梭形天窗之下布置了一组具有韵律的龙骨形的主受力结构构件，并以钢索将其绷紧在周边的弧形环梁上，形成量身定制的独特的预应力张弦网格结构。结构真实地回应了树叶状的屋顶与梭形条状的天窗，实现了建筑结构的一体化设计。天窗下增加了全遮蔽电动遮阳百叶系统，将采光、遮阳、结构融为一体，营造出简洁纯粹、浑然天成的室内空间；自然光线的引入能够节约大量人工照明费用，也能够为人们提供心情愉悦的健身环境，全遮蔽的遮阳满足了赛事转播的需要，为比赛和日常多功能使用的需求提供了条件。

8 五环体育中心公园缓坡剖面

9 五环体育中心体育馆二层平面图

10 五环体育中心鸟瞰

11 五环体育中心体育馆室内

12 五环体育中心局部

13 电动百叶节点

体育馆和游泳馆的建筑表皮系统追求尽可能简洁通透的效果，我们采用了减的策略。两馆表皮主要由玻璃和穿孔铝板两种材料组成，前者保证了建筑室内外的通透，后者提供了白天遮阳及夜间灯光演绎的需要。如何实现最通透的效果，多方比选后采用单索幕墙体系。最初的受力体系分为单索玻璃和结构柱支撑的穿孔铝板两套系统，显然无法达到当初追求的效果。我们与幕墙顾问对支撑体系做了大量研究，共同攻克了难题，将穿孔铝板系统整合在单索玻璃系统之上，玻璃、飘带、遮阳及泛光四位一体，实现了预想的通透纯粹的效果，也反映出“恢宏与空灵”的荆楚建筑美学特征。飘带采用双层穿孔铝板，融合泛光灯具的同时实现建筑内外视觉效果的美观统一。

14 光谷国际网球中心

3 武汉光谷国际网球中心的繁与简——场馆合一

武汉光谷国际网球中心是为了承办国际女子职业网联“WTA超五巡回赛”而建的大型专业网球中心，2015年投入使用以来，已举办六届WTA超五巡回赛和多场大型演唱会，2019 年承办七军会网球赛事。

武汉光谷国际网球中心设计之初，我们就将其定位为大型综合性体育馆，不仅能满足世界女子职业网球赛WTA超五巡回赛，同时需考虑远期赛事升级和赛后综合利用。因此考虑设置开合屋盖，提供一种既能够重归自然的敞开式运动场，又能够保证体育比赛不受自然天气影响的新型体育场馆，更能够满足远期赛事升级和赛后多功能的利用，实现场馆合一。为此我们调研了国内外现有的多个开合屋盖体育场馆的优劣，最终决定采用平移式可开合屋顶体系，将复杂的活动屋盖机械系统整合为“屋面仓”，使之融入网球馆圆形的母题中；活动屋盖由四片独立结构单元构成，上下层各两个单元，上层平面尺寸72m×16m、下层76m×16m，采用预应力拱形空间钢桁架结构，通过布置在固定屋盖内边缘钢桁架上的轨道进行水平滑移开启，实现了近百米跨度的无柱大空间；驱动方式采用了先进的台车自驱体系，10min即可完成屋盖开启或闭合的空间转换；屋面仓内轨道与天沟结合在一起，同时在开合屋盖的机构单元之间首次采用了可升降式多道柔性密闭系统，利用可升降柔性材料与屋面板之间的自然封堵，进而提升了开合屋盖的密闭性能，有效避免屋面漏水这一困扰开合屋盖场馆的老问题。

网球中心的造型则采用减法，试图用简洁的钢结构演绎建筑造型语言，表达轻盈的具有张力的结构美学。建筑外表皮以64根倾斜的双曲竖向杆件构筑出整个建筑向上飞扬的动势，形成“旋风”的造型意象。立柱又采取加的方法，其上附加了多种功能。它既是建筑的造型元素，也是结构的承重体系，又作为外幕墙主支架，同时还融合了泛光装饰灯带的设计，集建筑造型、结构体系、幕墙系统、泛光照明、遮阳系统五位一体。这种基于减法的建筑空间营造方法，使网球中心的门厅无柱且更加通透，给观众带来了良好的使用体验，建筑外观也显得更晶莹剔透，将建筑造型与形式美、功能美、装饰美、结构美融为一体。

15 光谷网球中心围护体系示意图

16 光谷国际网球中心鸟瞰

17 光谷国际网球中心内景

18 光谷国际网球中心局部

同时这种减的方法也与绿色建筑的策略不谋而合：建筑外墙微微内倾形成自遮阳体系，并与球场看台的形状相吻合，玻璃幕墙外围的钢结构起到了很好的外遮阳效果。通过计算分析，自遮阳加外遮阳在夏至日全天能减少45%的热辐射。

4 结语

当代体育建筑创作需要建筑师不断优化设计方法和逻辑体系，进行“有理化”设计，以保证其内在的合理性。随着经济发展和技术进步，体育建筑的复杂功能与形式相结合，使得体育建筑设计需要寻求和谐统一。体育建筑设计中的加减法是一个辩证的关系，回归到建筑设计本身是通过此设计方法，寻求环境、造型、空间、结构的和谐统一，创造富有活力的建筑，使体育建筑不再是凌驾于城市的庞然大物，而是连接城市、运动、生活和公众的桥梁。

图片来源

图1，3，4，7，11，12由李扬拍摄；图10来源于网络；图14，16～17由章勇拍摄；图2，5，6，8，9，13，15均为设计团队制作。