參數化設計在體育館建筑造型設計中的應用

參數數化化設設計計在在體體育育建建筑筑造造型型設設計計中中的的應應用用———以東東方方體體育育中中心心為為例例上海海交交通通大大學學現代代體體育育建建筑筑的的造造型型設計計參數數化化設設計計在在現現代代建建筑筑設設計計中中的的運運用用案例例研研究究———東方方體體育育中中心心參數數化化設設計計在在東東方方體體育育中中心心建建筑筑造造型型設設計計中中的的運運用用1234參數數化設設計計體育育建建筑筑造型型設設計計現代代體體育育建建筑筑的的造造型型設設計計體育育館館建建筑筑的的功功能能性性強強，，比比賽賽廳廳大大小小、、形形狀狀受受到到功功能能的的制制約約;體育育建建筑筑的的技技術術含含量量高高，，其其屋屋蓋蓋結結構構、、空空調調、、光光照照、、制制冷冷等等技技術術都都對對造造型型有有很很強強的的制制約約;體育建建筑受受環(huán)境境的影影響大大，需需要大大而寬寬敞的的外部部空間間環(huán)境境，而而具體體環(huán)境境又反反過來來影響響建筑筑的造造型。?？梢娨姡w體育建建筑的的建筑筑造型型受功功能、、技術術、環(huán)環(huán)境制制約較較大，，其造造型創(chuàng)創(chuàng)作特特點是是綜合合性強強，是是建筑筑藝術術與技技術的的有機機結合合。其其創(chuàng)作作范疇疇涵蓋蓋了比比賽廳廳的空空間設設計、、技術術設計計、與與環(huán)境境的依依存關關系以以及地地域文文化等等精神神領域域的范范圍。?，F代體體育建建筑的的造型型設計計1.與環(huán)境境要求求相結結合的的創(chuàng)作作思路路一般情情況，，我們們總是是希望望體育育館雄雄偉壯壯觀，，最好好成為為城市市一景景和標標志性性建筑筑，這這種希希望和和要求求完全全可以以理解解，但但不能能不問問環(huán)境境，一一味追追求雄雄偉、、有失失和諧諧。體體育館館本身身的體體量大大小可可調節(jié)節(jié)余地地一般般不大大，但但不等等于沒沒有潛潛力與與可能能，體體量的的外露露之多多寡則則有較較大的的斟酌酌余地地。比比如下下沉式式布局局，選選擇扁扁平或或漸沉沉收斂斂的體體形、、設臺臺座等等，都都可減減少體體量、、協調調環(huán)境境。體體育館館的體體量和和尺度度處理理，應應以環(huán)環(huán)境條條件為為轉移移，不不應一一成不不變，，只強強調雄雄偉壯壯觀而而不問問環(huán)境境是否否和諧諧是不不可行行的?！，F代體體育建建筑的的造型型設計計2.與美學學規(guī)律律相結結合的的創(chuàng)作作思路路形體、、結構構、材材料建筑的的美學學規(guī)律律涵蓋蓋面非非常的的廣泛泛，它它貫穿穿了建建筑的的形體體組織織、內內外空空間表表現、、裝修修與色色彩等等多個個方面面，也也滲透透到物物理、、結構構、材材料、、心理理、仿仿生、、社會會、文文化、、藝術術的各各個領領域。。一切切事物物都有有自己己的法法則和和其內內在的的規(guī)律律，而而體育育建筑筑造型型設計計的法法則是是統一一的，，而產產生美美的方方式是是多種種多樣樣，仁仁者見見仁、、智者者見智智的;基于現代體體育建筑往往往在造型型上反映社社會物質生生活與文化化生活的面面貌、氣氛氛和時代性性。現代體育建建筑的造型型設計3.與立意構思思相結合的的創(chuàng)作思路路與立意構思思相結合的的創(chuàng)作思路路涉及體育育建筑設計計的各個方方面。它是是一條主線線，將建筑筑的環(huán)境、、功能、技技術完整而而有力地整整合在一起起，創(chuàng)造一一種超凡的的建筑意境境、建筑形形態(tài)、建筑筑情感，來來震撼觀眾眾的心靈，，升華體育育建筑的藝藝術成就。。參數化設計計在現代建建筑設計中中的運用參數化設計計是指設計計對象的結結構形狀比比較定型，，通過一組組參數對其其拓撲關系系進行約定定，改變參參數帶進而而改變整體體圖形。產產品的設計計都是要經經過概念設設計，草圖圖設計，詳詳細設計等等多個過程程，每個過過程又伴隨隨著反復的的推敲，那那么經常的的改動這一一個設計的的特點正適適合參數化化的應用，，可以使效效率大大提提高。使得得建筑師從從繁重的勞勞動中解放放出來，更更加專注于于設計的過過程。參數化設設計在現現代建筑筑設計中中的運用用Rhinoceros擁有強大大的建模模功能：：Rhinoceros帶有布爾爾運算、、放樣、、旋轉、、控制點點調節(jié)等等來創(chuàng)建建NURBS曲線、曲曲面和實實體的3D建模工具具，基于于NURBS，Rhinoceros的建模是是精確和和強大的的，用它它所生產產的模型型可以直直接交付付廠家進進行生產產制造；；可快速速修改：：Rhinoceros自帶延伸伸、合并并剪切、、擠壓等等對曲線線、曲面面和實體體的編輯輯工具，，可以不不受約束束的進行行袖帶；；支持多多種格式式：Rhinoceros涵蓋了主主流的3D格式類型型，如DWG、3DS、JPG、RIP等；渲染染方面，，Rhinoceros提供了材材質較多多的控制制，現如如今，也也有很多多插件如如Penguin、Flamingo。1.Rhinoceros參數化設設計在現現代建筑筑設計中中的運用用Grasshopper最顯著的的特點就就是它由由自己一一套獨特特的方式式來完成成整個建建模的過過程——通過節(jié)點點與連線線的方式式組織自自己的算算法與幾幾何操作作；實時時展示效效果：在在作為模模型動態(tài)態(tài)變化的的發(fā)起者者，可以以使用戶戶在調整整和揣摩摩設計成成果的時時候具有有更細致致、自由由的觀察察力；嚴嚴謹的數數據化建建模操作作。Grasshopper中主要是是以數據據操作為為依據，，是依據據運算器器進行連連接組織織來實現現模型的的創(chuàng)建的的，通過過參數的的變化來來控制模模型，在在建模的的調控中中，圖形形只起到到了監(jiān)視視程序編編寫的作作用；完完整的保保存數據據。2.Grasshopper上海東方方體育中中心是為為舉辦第第十四屆屆上海國國際泳聯聯世界錦錦標賽而而興建。。馮·格康，瑪瑪格及合合伙人建建筑師事事務所于于2008年贏得了了項目設設計競賽賽，建筑筑綜合體體從設計計到落成成歷時將將近兩年年半的時時間。綜綜合體包包括一座座可舉辦辦多種體體育賽事事以及文文化活動動的多功功能體育育館、一一座游泳泳館、一一座室外外跳水館館和一個個媒體中中心。基基于可持持續(xù)的城城市發(fā)展展方針政政策，體體育中心心取代了了黃浦江江沿岸的的工業(yè)區(qū)區(qū)舊址，，為這一一地區(qū)重重新注入入活力。。案例研究——東方體育中心心在第十四屆上上海國際泳聯聯世界錦標賽賽期間，體育育館承辦花樣樣游泳錦標賽賽，賽后這里里還可為拳擊擊、籃球、羽羽毛球、冰球球等運動項目目提供場地或或用來舉辦音音樂會等文化化活動。館內內設有14000多個觀眾坐席席，也可通過過增加臨時座座位擴展至18000個坐席。封閉閉的體育館體體采用圓形平平面，主體為為鋼筋混凝土土結構，屋面面鋼結構跨度度170m，其上覆蓋鋁鋁合金表皮。。平行的鋼梁梁依次排列形形成一座35m高的拱廊，將將環(huán)繞賽場布布置的開放式式前廳的玻璃璃幕墻圍合于于其內。案例研究——東方體育中心心1.綜合體育館游泳館內設有有4個一字排開的的兩個標準尺尺寸泳池、一一個跳水池和和一個娛樂池池。館內設有有3500個固定坐席，，為滿足世界界錦標賽的賽賽事要求，可可擴展至5000座。封閉的游游泳館平面為為長方形，主主體為鋼筋混混凝土結構，，屋面為鋼結結構，長約210m，寬120m，高22m，其上安裝有有三角形的玻玻璃天窗。日日間光線沿著著鋼梁結構之之間的細長窗窗帶射入館內內，在實現自自然采光的同同時有效避免免了直射光線線造成的眩光光問題。案例研究——東方體育中心心2.游泳館室外跳水館綜綜合體坐落于于人工島之上上，可提供2000個固定坐席。。在世錦賽或或其他高規(guī)格格賽事舉行期期間可擴容至至5000席。跳水館的的配置為一個個標準室外跳跳水賽池、跳跳塔以及一個個標準游泳賽賽池。跳水館館屋面結構外外環(huán)直徑約130m，內環(huán)直徑90m，形式與建筑筑圓形平面相相吻合，構造造則與其他兩兩座場館大同同小異。屋蓋蓋梁架由建筑筑主體結構支支撐，位于結結構單位之間間的輕質張拉拉膜可起到遮遮陽擋雨的作作用。案例研究——東方體育中心心3.室外跳水館游游泳館80m高的媒體中心心位于基地北北側，共有15層。內有健身身中心、會議議室、醫(yī)療服服務中心、貴貴賓休息區(qū)和和辦公區(qū)。規(guī)規(guī)則的8.4m結構網格保保證內部空空間可進行行靈活的分分隔利用。。外立面表表皮采用白白色微孔鋁鋁合金鑲板板，表達了了湖面水波波蕩漾的美美好意象。。案例研究——東方體育中中心4.媒體中心參數化設計計在案例建建筑造型設設計中的運運用上海東方方體育中中心項目目的建設設是為舉舉辦2011年第14屆FINA國際泳聯聯世界錦錦標賽,同時也為為將上海海建設成成亞洲體體育中心心城市。。德國GMP國際建筑筑設計有有限公司司于2008年中標該該項目。。項目包包括三個個主要體體育場館館—綜合體育育館、游游泳館及及室外跳跳水館。。其外形形特征是是建筑由由一系列列連續(xù)變變化的大大跨度空空間析架架組成。。參數化化方法的的介入為為解決設設計和建建造過程程中遇到到的問題題提供了了強大支支持。參數化設設計在案案例建筑筑造型設設計中的的運用在概念設設計階段段,水、波、、橋梁、、風帆等等意象元元素作為為設計概概念首先先感性地地決足了了體育館館的建筑筑形態(tài)由由若干動動態(tài)變化化的位點點，甚至至尺度的的定義都都在一個個相對較較大的可可調或可可選范圍圍內。此此時很多多常規(guī)的的三維軟軟件都能能把控、、塑造這這樣一個個三維模模型，以以滿足建建筑師的的視覺要要求，并并通過縮縮放、拉拉伸、擠擠壓等操操作對形形體進行行整體的的、模糊糊的修改改。本項項目利用用Rhinoceros軟件的的自帶帶建模模功能能，通通過放放樣作作為輪輪廓線線的空空間曲曲線得得到單單榀桁桁架，，陣列列并由由CageEdit命令整整體修修改后后得到到形體體。1.參數化化設計計在本本項目目中的的特點點參數化化設計計在案案例建建筑造造型設設計中中的運運用而當項項目進進人深深化設設計階階段，，數據據將以以施工工依據據作為為目標標，對對精確確性的的要求求不言言而喻喻。同同時，，大量量的現現實問問題將將會被被納人人考慮慮，此此時需需要兼兼顧各各專業(yè)業(yè)提出出的要要求以以確保保建造造的可可行性性及正正常使使用。。首先先是建建筑師師進一一步推推敲形形體的的要求求，這這里如如何得得到一一個可可視化化的三三維模模型并并能夠夠快速速根據據要求求進行行修改改是關關鍵。。其次次是結結構設設計工工程師師設計計主體體鋼結結構的的要求求，將將形體體表面面向內內偏移移后得得到結結構軸軸線、、發(fā)展展其為為桁架架系統統，并并計算算、驗驗證該該結構構模型型是否否可行行，這這種配配合亦亦是一一個雙雙向、、反復復的過過程，，要求求高效效地調調整模模型。。此外外，幕幕墻顧顧問也也將根根據施施工可可能性性提出出如下下要求求：如如何精精確實實現規(guī)規(guī)模超超常的的雙曲曲面，，包括括材料料選擇擇、加加工工工藝、、職異異形分分塊等等。1.參數化化設計計在本本項目目中的的特點點參數化化設計計在案案例建建筑造造型設設計中中的運運用“找形形（FormFinding）”是是每個個形體體特殊殊的項項目必必須完完成并并且貫貫穿設設計始始末的的工作作，決決定找找形規(guī)規(guī)則的的因素素很多多，包包括設設計意意圖、、結構構形式式、幕幕墻的的材料料與施施工工工藝、、風壓壓、采采光與與遮陽陽、太太陽能能利用用等等等。本本項目目的找找形規(guī)規(guī)則很很大程程度取取決于于幕墻墻材料料與施施工工工藝。。深化化設計計初始始，為為形成成流暢暢的雙雙曲面面，兩兩種材材料作作為幕幕墻外外裝飾飾面板板被納納人考考慮：：GRC與鋁單單板。。兩種種材料料的曲曲面成成形都都需要要通過過同比比例的的模具具，而而通常常模具具制作作的高高昂成成本正正是雙雙曲面面裝飾飾鋁板板高昂昂總價價的主主要原原因。。故為為避免免制作作自由由雙曲曲面所所需的的成千千上萬萬不同同模具具，同同時也也是力力求以以最簡簡單的的方式式描述述形體體，找找形的的規(guī)則則被確確定為為所有有的曲曲面都都是標標準球球體或或圓環(huán)環(huán)的一一部分分，這這樣所所有在在同一一側面面內的的板塊塊都可可以用用同一一塊模模具成成形，，不同同模具具總數數量減減少了了95%以上。2.參數化設計在在本項目中的的解決方案參數化設計在在案例建筑造造型設計中的的運用所有的曲面都都是標準球體體或圓環(huán)的一一部分這一找找形原則，加加上所有曲面面都是內凹的的這一條件，，翻譯成幾何何邏輯即為：：用多個位置置、尺寸受控控的標準幾何何體對一個范范圍超過所需需形體的體塊塊作布爾相減減運算，得到到最終形體。。其中標準幾幾何體的位置置、尺寸的定定位非常關鍵鍵。為了使所所有桁架個體體形成的建筑筑整體能連續(xù)續(xù)均勻的變化化，所有標準準幾何體就必必須通過在空空間中連續(xù)均均勻分布的控控制點（多為為形體的頂點點，且通過四四個控制點有有且僅有一個個球體）。根根據上述幾何何邏輯，就可可以在Grasshopper中構建建筑形形體的參數化化模型了：先先制定形體控控制軸線（平平面與空間皆皆有），將軸軸線相交形成成空間控制點點，然后用幾幾何作圖法求求得通過控制制點的標準幾幾何體布爾，，最后將相應應的形體布爾