參數(shù)化設(shè)計在體育館建筑造型設(shè)計中應(yīng)用-以東方體育中心為例

參數(shù)化設(shè)計在體育館建筑造型設(shè)計中應(yīng)用——以東方體育中心為例第一頁，共21頁?，F(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計參數(shù)化設(shè)計在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的運用案例研究——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)計中的運用1234參數(shù)化設(shè)計體育建筑造型設(shè)計第二頁，共21頁?，F(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計體育館建筑的功能性強，比賽廳大小、形狀受到功能的制約;體育建筑的技術(shù)含量高，其屋蓋結(jié)構(gòu)、空調(diào)、光照、制冷等技術(shù)都對造型有很強的制約;體育建筑受環(huán)境的影響大，需要大而寬敞的外部空間環(huán)境，而具體環(huán)境又反過來影響建筑的造型?？梢?，體育建筑的建筑造型受功能、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)的有機結(jié)合。其創(chuàng)作范疇涵蓋了比賽廳的空間設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、與環(huán)境的依存關(guān)系以及地域文化等精神領(lǐng)域的范圍。第三頁，共21頁。現(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計1.與環(huán)境要求相結(jié)合的創(chuàng)作思路一般情況，我們總是希望體育館雄偉壯觀，最好成為城市一景和標志性建筑，這種希望和要求完全可以理解，但不能不問環(huán)境，一味追求雄偉、有失和諧。體育館本身的體量大小可調(diào)節(jié)余地一般不大，但不等于沒有潛力與可能，體量的外露之多寡則有較大的斟酌余地。比如下沉式布局，選擇扁平或漸沉收斂的體形、設(shè)臺座等，都可減少體量、協(xié)調(diào)環(huán)境。體育館的體量和尺度處理，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)境是否和諧是不可行的。第四頁，共21頁。現(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計2.與美學(xué)規(guī)律相結(jié)合的創(chuàng)作思路形體、結(jié)構(gòu)、材料建筑的美學(xué)規(guī)律涵蓋面非常的廣泛，它貫穿了建筑的形體組織、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)的各個領(lǐng)域。一切事物都有自己的法則和其內(nèi)在的規(guī)律，而體育建筑造型設(shè)計的法則是統(tǒng)一的，而產(chǎn)生美的方式是多種多樣，仁者見仁、智者見智的;基于現(xiàn)代體育建筑往往在造型上反映社會物質(zhì)生活與文化生活的面貌、氣氛和時代性。第五頁，共21頁?，F(xiàn)代體育建筑的造型設(shè)計3.與立意構(gòu)思相結(jié)合的創(chuàng)作思路與立意構(gòu)思相結(jié)合的創(chuàng)作思路涉及體育建筑設(shè)計的各個方面。它是一條主線，將建筑的環(huán)境、功能、技術(shù)完整而有力地整合在一起，創(chuàng)造一種超凡的建筑意境、建筑形態(tài)、建筑情感，來震撼觀眾的心靈，升華體育建筑的藝術(shù)成就。第六頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的運用參數(shù)化設(shè)計是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，通過一組參數(shù)對其拓撲關(guān)系進行約定，改變參數(shù)帶進而改變整體圖形。產(chǎn)品的設(shè)計都是要經(jīng)過概念設(shè)計，草圖設(shè)計，詳細設(shè)計等多個過程，每個過程又伴隨著反復(fù)的推敲，那么經(jīng)常的改動這一個設(shè)計的特點正適合參數(shù)化的應(yīng)用，可以使效率大大提高。使得建筑師從繁重的勞動中解放出來，更加專注于設(shè)計的過程。第七頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的運用Rhinoceros擁有強大的建模功能：Rhinoceros帶有布爾運算、放樣、旋轉(zhuǎn)、控制點調(diào)節(jié)等來創(chuàng)建NURBS曲線、曲面和實體的3D建模工具，基于NURBS，Rhinoceros的建模是精確和強大的，用它所生產(chǎn)的模型可以直接交付廠家進行生產(chǎn)制造；可快速修改：Rhinoceros自帶延伸、合并剪切、擠壓等對曲線、曲面和實體的編輯工具，可以不受約束的進行袖帶；支持多種格式：Rhinoceros涵蓋了主流的3D格式類型，如DWG、3DS、JPG、RIP等；渲染方面，Rhinoceros提供了材質(zhì)較多的控制，現(xiàn)如今，也有很多插件如Penguin、Flamingo。1.Rhinoceros第八頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的運用Grasshopper最顯著的特點就是它由自己一套獨特的方式來完成整個建模的過程——通過節(jié)點與連線的方式組織自己的算法與幾何操作；實時展示效果：在作為模型動態(tài)變化的發(fā)起者，可以使用戶在調(diào)整和揣摩設(shè)計成果的時候具有更細致、自由的觀察力；嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)化建模操作。Grasshopper中主要是以數(shù)據(jù)操作為依據(jù)，是依據(jù)運算器進行連接組織來實現(xiàn)模型的創(chuàng)建的，通過參數(shù)的變化來控制模型，在建模的調(diào)控中，圖形只起到了監(jiān)視程序編寫的作用；完整的保存數(shù)據(jù)。2.Grasshopper第九頁，共21頁。上海東方體育中心是為舉辦第十四屆上海國際泳聯(lián)世界錦標賽而興建。馮·格康，瑪格及合伙人建筑師事務(wù)所于2008年贏得了項目設(shè)計競賽，建筑綜合體從設(shè)計到落成歷時將近兩年半的時間。綜合體包括一座可舉辦多種體育賽事以及文化活動的多功能體育館、一座游泳館、一座室外跳水館和一個媒體中心?；诳沙掷m(xù)的城市發(fā)展方針政策，體育中心取代了黃浦江沿岸的工業(yè)區(qū)舊址，為這一地區(qū)重新注入活力。案例研究——東方體育中心第十頁，共21頁。在第十四屆上海國際泳聯(lián)世界錦標賽期間，體育館承辦花樣游泳錦標賽，賽后這里還可為拳擊、籃球、羽毛球、冰球等運動項目提供場地或用來舉辦音樂會等文化活動。館內(nèi)設(shè)有14000多個觀眾坐席，也可通過增加臨時座位擴展至18000個坐席。封閉的體育館體采用圓形平面，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。平行的鋼梁依次排列形成一座35m高的拱廊，將環(huán)繞賽場布置的開放式前廳的玻璃幕墻圍合于其內(nèi)。案例研究——東方體育中心1.綜合體育館第十一頁，共21頁。游泳館內(nèi)設(shè)有4個一字排開的兩個標準尺寸泳池、一個跳水池和一個娛樂池。館內(nèi)設(shè)有3500個固定坐席，為滿足世界錦標賽的賽事要求，可擴展至5000座。封閉的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，高22m，其上安裝有三角形的玻璃天窗。日間光線沿著鋼梁結(jié)構(gòu)之間的細長窗帶射入館內(nèi)，在實現(xiàn)自然采光的同時有效避免了直射光線造成的眩光問題。案例研究——東方體育中心2.游泳館第十二頁，共21頁。室外跳水館綜合體坐落于人工島之上，可提供2000個固定坐席。在世錦賽或其他高規(guī)格賽事舉行期間可擴容至5000席。跳水館的配置為一個標準室外跳水賽池、跳塔以及一個標準游泳賽池。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，構(gòu)造則與其他兩座場館大同小異。屋蓋梁架由建筑主體結(jié)構(gòu)支撐，位于結(jié)構(gòu)單位之間的輕質(zhì)張拉膜可起到遮陽擋雨的作用。案例研究——東方體育中心3.室外跳水館游泳館第十三頁，共21頁。80m高的媒體中心位于基地北側(cè)，共有15層。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)則的8.4m結(jié)構(gòu)網(wǎng)格保證內(nèi)部空間可進行靈活的分隔利用。外立面表皮采用白色微孔鋁合金鑲板，表達了湖面水波蕩漾的美好意象。案例研究——東方體育中心4.媒體中心第十四頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中的運用上海東方體育中心項目的建設(shè)是為舉辦2011年第14屆FINA國際泳聯(lián)世界錦標賽,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)計有限公司于2008年中標該項目。項目包括三個主要體育場館—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)變化的大跨度空間析架組成。參數(shù)化方法的介入為解決設(shè)計和建造過程中遇到的問題提供了強大支持。第十五頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中的運用在概念設(shè)計階段,水、波、橋梁、風帆等意象元素作為設(shè)計概念首先感性地決足了體育館的建筑形態(tài)由若干動態(tài)變化的位點，甚至尺度的定義都在一個相對較大的可調(diào)或可選范圍內(nèi)。此時很多常規(guī)的三維軟件都能把控、塑造這樣一個三維模型，以滿足建筑師的視覺要求，并通過縮放、拉伸、擠壓等操作對形體進行整體的、模糊的修改。本項目利用Rhinoceros軟件的自帶建模功能，通過放樣作為輪廓線的空間曲線得到單榀桁架，陣列并由CageEdit命令整體修改后得到形體。1.參數(shù)化設(shè)計在本項目中的特點第十六頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中的運用而當項目進人深化設(shè)計階段，數(shù)據(jù)將以施工依據(jù)作為目標，對精確性的要求不言而喻。同時，大量的現(xiàn)實問題將會被納人考慮，此時需要兼顧各專業(yè)提出的要求以確保建造的可行性及正常使用。首先是建筑師進一步推敲形體的要求，這里如何得到一個可視化的三維模型并能夠快速根據(jù)要求進行修改是關(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)的要求，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、反復(fù)的過程，要求高效地調(diào)整模型。此外，幕墻顧問也將根據(jù)施工可能性提出如下要求：如何精確實現(xiàn)規(guī)模超常的雙曲面，包括材料選擇、加工工藝、職異形分塊等。1.參數(shù)化設(shè)計在本項目中的特點第十七頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中的運用“找形（FormFinding）”是每個形體特殊的項目必須完成并且貫穿設(shè)計始末的工作，決定找形規(guī)則的因素很多，包括設(shè)計意圖、結(jié)構(gòu)形式、幕墻的材料與施工工藝、風壓、采光與遮陽、太陽能利用等等。本項目的找形規(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，為形成流暢的雙曲面，兩種材料作為幕墻外裝飾面板被納人考慮：GRC與鋁單板。兩種材料的曲面成形都需要通過同比例的模具，而通常模具制作的高昂成本正是雙曲面裝飾鋁板高昂總價的主要原因。故為避免制作自由雙曲面所需的成千上萬不同模具，同時也是力求以最簡單的方式描述形體，找形的規(guī)則被確定為所有的曲面都是標準球體或圓環(huán)的一部分，這樣所有在同一側(cè)面內(nèi)的板塊都可以用同一塊模具成形，不同模具總數(shù)量減少了95%以上。2.參數(shù)化設(shè)計在本項目中的解決方案第十八頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中的運用所有的曲面都是標準球體或圓環(huán)的一部分這一找形原則，加上所有曲面都是內(nèi)凹的這一條件，翻譯成幾何邏輯即為：用多個位置、尺寸受控的標準幾何體對一個范圍超過所需形體的體塊作布爾相減運算，得到最終形體。其中標準幾何體的位置、尺寸的定位非常關(guān)鍵。為了使所有桁架個體形成的建筑整體能連續(xù)均勻的變化，所有標準幾何體就必須通過在空間中連續(xù)均勻分布的控制點（多為形體的頂點，且通過四個控制點有且僅有一個球體）。根據(jù)上述幾何邏輯，就可以在Grasshopper中構(gòu)建建筑形體的參數(shù)化模型了：先制定形體控制軸線（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通過控制點的標準幾何體布爾，最后將相應(yīng)的形體布爾相減得到模型結(jié)果。2.參數(shù)化設(shè)計在本項目中的解決方案第十九頁，共21頁。參數(shù)化設(shè)計在案例建筑造型設(shè)計中的運用上海東方體育中心的主體鋼結(jié)構(gòu)為空間桁架系統(tǒng)，桁架的找形原則是：根據(jù)幕墻系統(tǒng)構(gòu)造厚度與主體鋼結(jié)構(gòu)自身管徑，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