參數(shù)化設(shè)計在體育館建筑造型設(shè)計中的應(yīng)用方案

1、參數(shù)化設(shè)計在體育建筑造型設(shè)計中應(yīng)用以東方體育中心為例上海交通大學(xué)第1頁當(dāng)代體育建筑造型設(shè)計參數(shù)化設(shè)計在當(dāng)代建筑設(shè)計中利用案例研究東方體育中心參數(shù)化設(shè)計在東方體育中心建筑造型設(shè)計中利用1234參數(shù)化設(shè)計 體育建筑造型設(shè)計第2頁當(dāng)代體育建筑造型設(shè)計體育館建筑功效性強，比賽廳大小、形狀受到功效制約;體育建筑技術(shù)含量高，其屋蓋結(jié)構(gòu)、空調(diào)、光照、制冷等技術(shù)都對造型有很強制約;體育建筑受環(huán)境影響大，需要大而寬大外部空間環(huán)境，而詳細(xì)環(huán)境又反過來影響建筑造型。可見，體育建筑建筑造型受功效、技術(shù)、環(huán)境制約較大，其造型創(chuàng)作特點是綜合性強，是建筑藝術(shù)與技術(shù)有機結(jié)合。其創(chuàng)作范圍涵蓋了比賽廳空間設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、與環(huán)境依

2、存關(guān)系以及地域文化等精神領(lǐng)域范圍。第3頁當(dāng)代體育建筑造型設(shè)計1.與環(huán)境要求相結(jié)合創(chuàng)作思緒普通情況，我們總是希望體育館雄偉壯觀，最好成為城市一景和標(biāo)志性建筑，這種希望和要求完全能夠了解，但不能不問環(huán)境，一味追求雄偉、有失友好。體育館本身體量大小可調(diào)整余地普通不大，但不等于沒有潛力與可能，體量外露之多寡則有較大斟酌余地。比以下沉式布局，選擇扁平或漸沉收斂體形、設(shè)臺座等，都可降低體量、協(xié)調(diào)環(huán)境。體育館體量和尺度處理，應(yīng)以環(huán)境條件為轉(zhuǎn)移，不應(yīng)一成不變，只強調(diào)雄偉壯觀而不問環(huán)境是否友好是不可行。第4頁當(dāng)代體育建筑造型設(shè)計2.與美學(xué)規(guī)律相結(jié)合創(chuàng)作思緒 形體、結(jié)構(gòu)、材料建筑美學(xué)規(guī)律涵蓋面非常廣泛，它貫通了建

3、筑形體組織、內(nèi)外空間表現(xiàn)、裝修與色彩等多個方面，也滲透到物理、結(jié)構(gòu)、材料、心理、仿生、社會、文化、藝術(shù)各個領(lǐng)域。一切事物都有自己法則和其內(nèi)在規(guī)律，而體育建筑造型設(shè)計法則是統(tǒng)一，而產(chǎn)生美方式是各種多樣，仁者見仁、智者見智;基于當(dāng)代體育建筑往往在造型上反應(yīng)社會物質(zhì)生活與文化生活面貌、氣氛和時代性。第5頁當(dāng)代體育建筑造型設(shè)計3.與立意構(gòu)思相結(jié)合創(chuàng)作思緒與立意構(gòu)思相結(jié)合創(chuàng)作思緒包括體育建筑設(shè)計各個方面。它是一條根本，將建筑環(huán)境、功效、技術(shù)完整而有力地整合在一起，創(chuàng)造一個超凡建筑意境、建筑形態(tài)、建筑情感，來震撼觀眾心靈，升華體育建筑藝術(shù)成就。第6頁參數(shù)化設(shè)計在當(dāng)代建筑設(shè)計中利用參數(shù)化設(shè)計是指設(shè)計對象結(jié)構(gòu)

4、形狀比較定型，經(jīng)過一組參數(shù)對其拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行約定，改變參數(shù)帶進(jìn)而改變整體圖形。產(chǎn)品設(shè)計都是要經(jīng)過概念設(shè)計，草圖設(shè)計，詳細(xì)設(shè)計等多個過程，每個過程又伴伴隨重復(fù)推敲，那么經(jīng)常改動這一個設(shè)計特點正適合參數(shù)化應(yīng)用，能夠使效率大大提升。使得建筑師從繁重勞動中解放出來，愈加專注于設(shè)計過程。第7頁參數(shù)化設(shè)計在當(dāng)代建筑設(shè)計中利用Rhinoceros擁有強大建模功效：Rhinoceros帶有布爾運算、放樣、旋轉(zhuǎn)、控制點調(diào)整等來創(chuàng)建NURBS曲線、曲面和實體3D建模工具，基于NURBS，Rhinoceros建模是準(zhǔn)確和強大，用它所生產(chǎn)模型能夠直接交付廠家進(jìn)行生產(chǎn)制造；可快速修改：Rhinoceros自帶延伸、合并剪

5、切、擠壓等對曲線、曲面和實體編輯工具，能夠不受約束進(jìn)行袖帶；支持各種格式：Rhinoceros涵蓋了主流3D格式類型，如DWG、3DS、JPG、RIP等；渲染方面，Rhinoceros提供了材質(zhì)較多控制，現(xiàn)如今，也有很多插件如Penguin、Flamingo。1. Rhinoceros第8頁參數(shù)化設(shè)計在當(dāng)代建筑設(shè)計中利用Grasshopper最顯著特點就是它由自己一套獨特方式來完成整個建模過程經(jīng)過節(jié)點與連線方式組織自己算法與幾何操作；實時展示效果：在作為模型動態(tài)改變發(fā)起者，能夠使用戶在調(diào)整和琢磨設(shè)計結(jié)果時候含有更細(xì)致、自由觀察力；嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)據(jù)化建模操作。Grasshopper中主要是以數(shù)據(jù)操作為依

6、據(jù)，是依據(jù)運算器進(jìn)行連接組織來實現(xiàn)模型創(chuàng)建，經(jīng)過參數(shù)改變來控制模型，在建模調(diào)控中，圖形只起到了監(jiān)視程序編寫作用；完整保留數(shù)據(jù)。2. Grasshopper第9頁上海東方體育中心是為舉行第十四屆上海國際泳聯(lián)世界錦標(biāo)賽而興建。馮格康，瑪格及合作人建筑師事務(wù)所于贏得了項目設(shè)計競賽，建筑綜合體從設(shè)計到落成歷時快要兩年半時間。綜合體包含一座可舉行各種體育賽事以及文化活動多功效體育館、一座游泳館、一座室外跳水館和一個媒體中心?；诳蛇B續(xù)城市發(fā)展方針政策，體育中心取代了黃浦江沿岸工業(yè)區(qū)舊址，為這一地域重新注入活力。案例研究東方體育中心第10頁在第十四屆上海國際泳聯(lián)世界錦標(biāo)賽期間，體育館承接花樣游泳錦標(biāo)賽，賽

7、后這里還可為拳擊、籃球、羽毛球、冰球等運動項目提供場地或用來舉行音樂會等文化活動。館內(nèi)設(shè)有14000多個觀眾坐席，也可經(jīng)過增加暫時座位擴展至18000個坐席。封閉體育館體采取圓形平面，主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋面鋼結(jié)構(gòu)跨度170m，其上覆蓋鋁合金表皮。平行鋼梁依次排列形成一座35m高拱廊，將圍繞賽場布置開放式前廳玻璃幕墻圍合于其內(nèi)。案例研究東方體育中心1.綜合體育館第11頁游泳館內(nèi)設(shè)有4個一字排開兩個標(biāo)準(zhǔn)尺寸泳池、一個跳水池和一個娛樂池。館內(nèi)設(shè)有3500個固定坐席，為滿足世界錦標(biāo)賽賽事要求，可擴展至5000座。封閉游泳館平面為長方形，主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋面為鋼結(jié)構(gòu)，長約210m，寬120m，

8、高22m，其上安裝有三角形玻璃天窗。日間光線沿著鋼梁結(jié)構(gòu)之間細(xì)長窗帶射入館內(nèi)，在實現(xiàn)自然采光同時有效防止了直射光線造成眩光問題。案例研究東方體育中心2.游泳館第12頁室外跳水館綜合體坐落于人工島之上，可提供個固定坐席。在世錦賽或其它高規(guī)格賽事舉行期間可擴容至5000席。跳水館配置為一個標(biāo)準(zhǔn)室外跳水賽池、跳塔以及一個標(biāo)準(zhǔn)游泳賽池。跳水館屋面結(jié)構(gòu)外環(huán)直徑約130m，內(nèi)環(huán)直徑90m，形式與建筑圓形平面相吻合，結(jié)構(gòu)則與其它兩座場館大同小異。屋蓋梁架由建筑主體結(jié)構(gòu)支撐，位于結(jié)構(gòu)單位之間輕質(zhì)張拉膜可起到遮陽擋雨作用。案例研究東方體育中心3.室外跳水館游泳館第13頁80m高媒體中心位于基地北側(cè)，共有15層。

9、內(nèi)有健身中心、會議室、醫(yī)療服務(wù)中心、貴賓休息區(qū)和辦公區(qū)。規(guī)則8.4m結(jié)構(gòu)網(wǎng)格確保內(nèi)部空間可進(jìn)行靈活分隔利用。外立面表皮采取白色微孔鋁合金鑲板，表示了湖面水波蕩漾美好意象。案例研究東方體育中心4.媒體中心第14頁參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中利用上海東方體育中心項目標(biāo)建設(shè)是為舉行年第14屆FINA國際泳聯(lián)世界錦標(biāo)賽,同時也為將上海建設(shè)成亞洲體育中心城市。德國GMP國際建筑設(shè)計有限企業(yè)于中標(biāo)該項目。項目包含三個主要體育場館綜合體育館、游泳館及室外跳水館。其外形特征是建筑由一系列連續(xù)改變大跨度空間析架組成。參數(shù)化方法介入為處理設(shè)計和建造過程中碰到問題提供了強大支持。第15頁參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)

10、計中利用在概念設(shè)計階段,水、波、橋梁、風(fēng)帆等意象元素作為設(shè)計概念首先感性地決足了體育館建筑形態(tài)由若干動態(tài)改變位點，甚至尺度定義都在一個相對較大可調(diào)或可選范圍內(nèi)。此時很多常規(guī)三維軟件都能把控、塑造這么一個三維模型，以滿足建筑師視覺要求，并經(jīng)過縮放、拉伸、擠壓等操作對形體進(jìn)行整體、含糊修改。本項目利用Rhinoceros軟件自帶建模功效，經(jīng)過放樣作為輪廓線空間曲線得到單榀桁架，陣列并由Cage Edit命令整體修改后得到形體。1.參數(shù)化設(shè)計在本項目中特點第16頁參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中利用而當(dāng)項目進(jìn)人深化設(shè)計階段，數(shù)據(jù)將以施工依據(jù)作為目標(biāo)，對準(zhǔn)確性要求不言而喻。同時，大量現(xiàn)實問題將會被納人考

11、慮，此時需要兼顧各專業(yè)提出要求以確保建造可行性及正常使用。首先是建筑師深入推敲形體要求，這里怎樣得到一個可視化三維模型并能夠快速依據(jù)要求進(jìn)行修改是關(guān)鍵。其次是結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師設(shè)計主體鋼結(jié)構(gòu)要求，將形體表面向內(nèi)偏移后得到結(jié)構(gòu)軸線、發(fā)展其為桁架系統(tǒng)，并計算、驗證該結(jié)構(gòu)模型是否可行，這種配合亦是一個雙向、重復(fù)過程，要求高效地調(diào)整模型。另外，幕墻顧問也將依據(jù)施工可能性提出以下要求：怎樣準(zhǔn)確實現(xiàn)規(guī)模超常雙曲面，包含材料選擇、加工工藝、職異形分塊等。1.參數(shù)化設(shè)計在本項目中特點第17頁參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中利用“找形（Form Finding）”是每個形體特殊項目必須完成而且貫通設(shè)計始末工作，決定找

12、形規(guī)則原因很多，包含設(shè)計意圖、結(jié)構(gòu)形式、幕墻材料與施工工藝、風(fēng)壓、采光與遮陽、太陽能利用等等。本項目標(biāo)找形規(guī)則很大程度取決于幕墻材料與施工工藝。深化設(shè)計初始，為形成流暢雙曲面，兩種材料作為幕墻外裝飾面板被納人考慮：GRC與鋁單板。兩種材料曲面成形都需要經(jīng)過同百分比模具，而通常模具制作高昂成本正是雙曲面裝飾鋁板高昂總價主要原因。故為防止制作自由雙曲面所需成千上萬不一樣模具，同時也是力爭以最簡單方式描述形體，找形規(guī)則被確定為全部曲面都是標(biāo)準(zhǔn)球體或圓環(huán)一部分，這么全部在同一側(cè)面內(nèi)板塊都能夠用同一塊模具成形，不一樣模具總數(shù)量降低了95%以上。2.參數(shù)化設(shè)計在本項目中處理方案第18頁參數(shù)化設(shè)計在案例建筑

13、造型設(shè)計中利用全部曲面都是標(biāo)準(zhǔn)球體或圓環(huán)一部分這一找形標(biāo)準(zhǔn)，加上全部曲面都是內(nèi)凹這一條件，翻譯成幾何邏輯即為：用多個位置、尺寸受控標(biāo)準(zhǔn)幾何體對一個范圍超出所需形體體塊作布爾相減運算，得到最終形體。其中標(biāo)準(zhǔn)幾何體位置、尺寸定位非常關(guān)鍵。為了使全部桁架個體形成建筑整體能連續(xù)均勻改變，全部標(biāo)準(zhǔn)幾何體就必須經(jīng)過在空間中連續(xù)均勻分布控制點（多為形體頂點，且經(jīng)過四個控制點有且僅有一個球體）。依據(jù)上述幾何邏輯，就能夠在Grasshopper中構(gòu)建建筑形體參數(shù)化模型了：先制訂形體控制軸線（平面與空間皆有），將軸線相交形成空間控制點，然后用幾何作圖法求得經(jīng)過控制點標(biāo)準(zhǔn)幾何體布爾，最終將對應(yīng)形體布爾相減得到模型結(jié)

14、果。2.參數(shù)化設(shè)計在本項目中處理方案第19頁參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中利用上海東方體育中心主體鋼結(jié)構(gòu)為空間桁架系統(tǒng)，桁架找形標(biāo)準(zhǔn)是：依據(jù)幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)厚度與主體鋼結(jié)構(gòu)本身管徑，將形體外表面向內(nèi)偏移固定距離，得到主體鋼結(jié)構(gòu)軸線控制面，進(jìn)而相交得到控制輪廓線，最終在軸線控制面和控制輪廓線上依據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則作出空間桁架軸線。其中受最多關(guān)注也是調(diào)整次數(shù)最多參數(shù)之一是梁高，對于大跨度結(jié)構(gòu)來說，跨中結(jié)構(gòu)高度是影響整個結(jié)構(gòu)是否成立最敏感部分。在柱腳部分，主體結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)為混凝土柱墩或鋼板箱體以及減震盤，形態(tài)往往比較特殊且難以控制，故需要充分考慮并調(diào)整參數(shù)化模型以確保這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件能被形體外表面裝飾鋁板覆蓋。2.參數(shù)化設(shè)計在本項目中處理方案第20頁結(jié)論在東方體育中心造型設(shè)計中，參數(shù)化設(shè)