基于视线分析的看台参数化设计

杜信池

体育馆建设的核心目标在于举办与观看体育赛事。观赛看台和比赛场地是体育场馆设计的核心要素。本文通过研究分析看台设计要素，以视线分析为基础，提出了看台参数化设计的方法，以算法快速响应生成符合看台需求的形式，旨在提高设计效率并为未来的体育馆设计实践提供支持。

竞赛型体育馆以其比赛场地和观赛看台为设计核心，同时周边辅以配套的门厅、交通等服务空间，为运动员和观众们提供了高品质的体育赛事体验。在体育馆的设计中，比赛场地和观赛看台是最为重要的组成部分。当比赛需求明确时，场地的设计可以迅速明确其尺寸、标准等要素。相比之下，看台则需要基于视线分析进行逐层的设计，以确保每个座位都能够观看到比赛的核心部分。这种设计方法需要考虑到观众视线的高度、角度和遮挡等因素，因此需要进行反复的优化和调整。为了解决这个问题，近年来，设计团队开始越来越多采用参数化设计方法。通过将设计过程转化为数学公式和计算机程序，实现了设计参数的自动调整和反馈。设计师只需要在计算机上输入设计条件，比如观众数量、视线高度和角度等，程序就可以自动生成符合要求的看台设计。这种方法不仅大大减少了设计时间和人力成本，而且可以确保设计的准确性和一致性。因此，参数化设计方法在看台设计中具有极大的应用前景。通过采用这种方法，设计师可以快速、准确地响应各类需求，推动体育场馆的设计和建设不断向前发展。

一、体育馆看台设计的重要性

看台是观众的主要座位区，它们在决定体育馆的容量、安全性和舒适度方面起着至关重要的作用。在看台设计的过程中，视线分析是一个非常重要的因素。体育场看台的视线分析是指评价观众在看台座位上的视觉视角和视线的过程。随着国内各类大型赛事的举办，体育比赛的观众人数日益增多，观众对赛事本身的关注度越来越高。在各类丰富的比赛过程中，观众对比赛场地上发生的竞技活动进行观赛，观众既需要关注球队阵型分部、球队战术布置等大范围的场景信息，也需要关注球员技术动作、球类旋转等具体细节的运动信息。运动场地到观赛看台的视线传达过程中，其完整性和准确性就是视线分析需要解决的问题。通过对看台的不同区域进行视线分析，设计可以计算看台的高度、斜率和配置，确定看台的高度、宽度和长度，确定看台的座椅的配置和布局。视线分析的最终目标是确定最佳的座位安排和看台形式，确保所有观众都能畅通无阻地观看比赛场地并能够充分享受比赛。

二、看台设计与视线分析

1.视线分析的基本参数

《体育建筑设计规范》（JGJ31-2003）中明确规定，体育场馆的看台设计必须进行视线分析，从而确保观众能够获得良好的观赛体验。视点位置、视线升高差和通视曲线等因素，都必须被考虑在内。视点位置的选择应基于对应运动项目的需求，如果是兼容多个项目类型的场馆，则应以视点最不利的项目作为研究对象。连接观众眼位和视点位置即为观赛最不利视线，为保证前排观众不遮挡后排观众，设计师还需要计算视线升高差C 值（图1）。也就是说，后排观众通过前排观众时的视线必须高于前排观众头顶的高度，前排观众的眼位与后排观众通过前排位置时的高差即为视线升高差（C）。这个计算过程将确保每个观众都能够欣赏到运动员的比赛和动作。《体育建筑设计规范》针对不同项目和实现质量等级，明确要求了视点位置及各排视线升高差的最小值。

图1 视线升高差（来源：自绘）

2.视线分析的逻辑关系

在视线分析的基础上，设计师可通过绘图法逐层对看台坐席进行设计。设计师应首先确定首排位置和看台排距，然后通过绘图法逐层向后延伸，确定后排观众眼位和坐席的土建平面。在断面作图的过程中，设计应将由基础视点引来的视线通过前排观众眼位以上升高差的位置，向后排延伸，与后排坐席的垂直面（由前排坐席垂直面向后移动看台排距得来）相交，得出后排的观众眼位，由后排眼位向下观众视高（国内一般为1150mm），可得出后排坐席的位置。逐层向后延伸绘图，最终得出整个看台的断面。初步的看台断面完成后，设计师需要另外考虑看台的疏散安全、观看俯角、前后排高层等诸多问题，对看台断面和通视曲线进行调整和优化，以确保所有观众都能够享受到最佳观赛体验。

三、看台设计的参数化模型

在各种客观条件的约束下，视点位置、视线升高差、首排位置、看台排距等变量相互制约、共同作用，决定了整个通视曲线的变化。为兼顾多方面因素，设计师需要反复调整各个变量，以期得到最理想的观众看台设计形式。设计师可以利用GRASSHOPPER 与Python工具构建看台的参数化模型，将看台视线分析的参数和逻辑组织起来。这样的参数化模型可以帮助设计师快速进行各种变量的调整和优化，实现多个设计方案的快速比较和选择。模型还可以通过多种可视化手段，让设计师更清晰地了解场馆看台的空间结构和通视曲线的变化，从而进一步优化设计方案，为观众提供更好的观赛体验。

1.看台参数化模型的构建逻辑

通过对看台视线分析与设计的研究，将看台的断面生成设计逻辑分解为以下几个步骤，重点在于实现视线要求，同时满足实际施工问题，保证最终看台的设计满足各方面的需求。

（1）确定基本视点的空间坐标，并确定断面在场地平面的基本位置。因场地的不同角度均需要满足视线分析的要求，实践中的断面设计常需要选取最不利的角度为看台设计的基准。（2）确定看台的首排位置。受看台下空间布置的影响，首排看台有时并不置于最底层，位置的确定需要综合考虑体育馆总体平面布置、看台下空间净高的要求，需要保证与整体设计的同步。（3）在一些大型体育馆中，观众看台可能分别设置为池座、楼座甚至包厢，看台设计并不连续，在参数化模型中考虑该情况，加入了看台分段设计的参数。（4）构建看台逐层设计的参数化逻辑。看台的绘制作为一种几何作图的过程，受各种因子和参数的综合影响，通过循环算法，逐层绘制出看台的形式，并可根据参数的变化快速反应出最新的对应看台。（5）优化看台断面形式。上述逐层生成的看台高差多为小数，且各层均不相同。考虑到实际施工问题，参数化模型中可根据上一步逐层循环绘制得出的断面形式对看台高差进行归整与统一。（6）看台模型的三维生成与验证。看台的设计最终需要落实为三维的模型，程序将最终选定的设计断面沿场地周边放样，生成出最终的立体形态。

2.看台参数化模型的使用场景

通过该程序算法（图2）的应用，设计师在看台设计过程中得到了高效且精确的技术支持。基于不同的设计出发点，设计师可以迅速生成多个看台设计方案，并通过该算法对每个方案的视线质量进行评估，从而选择最优设计方案作为后续深化设计的基础。另外，该程序算法还具备验证现有看台设计的功能，帮助设计师更加全面地评估设计或改造方案的可行性。设计师可以输入已有的看台设计数据，利用程序算法进行断面分析和优化。

图2 GRASSHOPPER程序（来源：自绘）

四、参数化模型的实践应用

本文以亚运会手球馆为例介绍本程序在看台生成设计中的应用。杭州亚运会手球馆位于浙江师范大学萧山校区西南角，是杭州亚运会新建场馆中唯一一个位于高校内的竞赛场馆，作为一个为亚运赛事准备的校园体育馆，在满足亚运会使用要求的前提下，设计需要尽可能地降低建设成本，提高功能布置的利用效率。

手球馆看台设计需求：项目总建筑面积约16300平方米。由于受到用地尺寸限制，主比赛馆比赛厅尺寸仅为64m×50m。比赛厅需要容纳一个40m×20m的手球比赛场地及其缓冲区域，以及约2000 名观众的观赛需求（图3）。因场馆面积紧凑且比赛场地面积较大，看台的首排位置尽量贴近比赛场地缓冲区域布置，从而尽可能多的提升观众看台的座席数量。在平面位置基本确定的前提下，设计中必须兼顾空间高度和整个看台的断面坡度，以确保观赛体验和观众安全。

图3 手球馆形式示意图（来源：自绘）

看台生成过程中，设计师在程序中设定了手球场地边线尺寸及基本视点高度0.6m，以确保看台视线质量等级可以满足II 级要求。对于池座看台的首排位置，设计师根据比赛场地缓冲区域的大小设定其平面轮廓。考虑到看台下南北向出入场馆的通道畅通，首层高度设定不低于通道高度与结构板厚度的累加，即2.3m。

楼座看台首排平面位置根据二层走道位置确定，其下部空间为卫生间，考虑卫生间空间净高及其上部吊顶、结构，高度设定不低于2.5m。除此之外，其他设计参数也可根据实际情况设定，例如看台座席间距可以在0.8m 至0.9m 之间调节，看台高度可以在0.4m 至0.55m 之间调节。在确定了上述各个参数的基本范围后，设计师将首排位置、首排高度、座席间距等设为几组不同的数据，观察其对看台形式的影响。基于上述参数及比赛厅轮廓设定，程序自动生成了看台断面，并将其放样为三维模型。在此过程中，各个参数的变化共同作用于最终的看台形式，需要互动调整以达到最优效果。通过对诸多成果的比较，设计师最终选择了在体验感和经济性之中较为平衡的看台形式，并以此为基础进行看台深化设计（图4）。

图4 看台照片（来源：自绘）

五、总结

本文以看台参数化设计为例，展示了数字技术在体育场馆设计中的重要性。参数化设计方法可以快速准确地生成符合要求的设计形式，加速设计生成和评估的过程。此外，它也可以用于评估设计的合理性和可行性，为设计师制定更合理、更符合实际需要的设计方案提供指导。因此，该方法的应用将为体育场馆提供更多的设计可能性和选择，并有望成为体育建筑领域的重要工具和研究方向。