参数化设计在体育馆建筑造型设计中的应用

参数数化化设设计计在在体体育育建建筑筑造造型型设设计计中中的的应应用用———以东东方方体体育育中中心心为为例例上海海交交通通大大学学现代代体体育育建建筑筑的的造造型型设计计参数数化化设设计计在在现现代代建建筑筑设设计计中中的的运运用用案例例研研究究———东方方体体育育中中心心参数数化化设设计计在在东东方方体体育育中中心心建建筑筑造造型型设设计计中中的的运运用用1234参数数化设设计计体育育建建筑筑造型型设设计计现代代体体育育建建筑筑的的造造型型设设计计体育育馆馆建建筑筑的的功功能能性性强强，，比比赛赛厅厅大大小小、、形形状状受受到到功功能能的的制制约约;体育育建建筑筑的的技技术术含含量量高高，，其其屋屋盖盖结结构构、、空空调调、、光光照照、、制制冷冷等等技技术术都都对对造造型型有有很很强强的的制制约约;体育建建筑受受环境境的影影响大大，需需要大大而宽宽敞的的外部部空间间环境境，而而具体体环境境又反反过来来影响响建筑筑的造造型。。可见见，体体育建建筑的的建筑筑造型型受功功能、、技术术、环环境制制约较较大，，其造造型创创作特特点是是综合合性强强，是是建筑筑艺术术与技技术的的有机机结合合。其其创作作范畴畴涵盖盖了比比赛厅厅的空空间设设计、、技术术设计计、与与环境境的依依存关关系以以及地地域文文化等等精神神领域域的范范围。。现代体体育建建筑的的造型型设计计1.与环境境要求求相结结合的的创作作思路路一般情情况，，我们们总是是希望望体育育馆雄雄伟壮壮观，，最好好成为为城市市一景景和标标志性性建筑筑，这这种希希望和和要求求完全全可以以理解解，但但不能能不问问环境境，一一味追追求雄雄伟、、有失失和谐谐。体体育馆馆本身身的体体量大大小可可调节节余地地一般般不大大，但但不等等于没没有潜潜力与与可能能，体体量的的外露露之多多寡则则有较较大的的斟酌酌余地地。比比如下下沉式式布局局，选选择扁扁平或或渐沉沉收敛敛的体体形、、设台台座等等，都都可减减少体体量、、协调调环境境。体体育馆馆的体体量和和尺度度处理理，应应以环环境条条件为为转移移，不不应一一成不不变，，只强强调雄雄伟壮壮观而而不问问环境境是否否和谐谐是不不可行行的。。现代体体育建建筑的的造型型设计计2.与美学学规律律相结结合的的创作作思路路形体、、结构构、材材料建筑的的美学学规律律涵盖盖面非非常的的广泛泛，它它贯穿穿了建建筑的的形体体组织织、内内外空空间表表现、、装修修与色色彩等等多个个方面面，也也渗透透到物物理、、结构构、材材料、、心理理、仿仿生、、社会会、文文化、、艺术术的各各个领领域。。一切切事物物都有有自己己的法法则和和其内内在的的规律律，而而体育育建筑筑造型型设计计的法法则是是统一一的，，而产产生美美的方方式是是多种种多样样，仁仁者见见仁、、智者者见智智的;基于现代体体育建筑往往往在造型型上反映社社会物质生生活与文化化生活的面面貌、气氛氛和时代性性。现代体育建建筑的造型型设计3.与立意构思思相结合的的创作思路路与立意构思思相结合的的创作思路路涉及体育育建筑设计计的各个方方面。它是是一条主线线，将建筑筑的环境、、功能、技技术完整而而有力地整整合在一起起，创造一一种超凡的的建筑意境境、建筑形形态、建筑筑情感，来来震撼观众众的心灵，，升华体育育建筑的艺艺术成就。。参数化设计计在现代建建筑设计中中的运用参数化设计计是指设计计对象的结结构形状比比较定型，，通过一组组参数对其其拓扑关系系进行约定定，改变参参数带进而而改变整体体图形。产产品的设计计都是要经经过概念设设计，草图图设计，详详细设计等等多个过程程，每个过过程又伴随随着反复的的推敲，那那么经常的的改动这一一个设计的的特点正适适合参数化化的应用，，可以使效效率大大提提高。使得得建筑师从从繁重的劳劳动中解放放出来，更更加专注于于设计的过过程。参数化设设计在现现代建筑筑设计中中的运用用Rhinoceros拥有强大大的建模模功能：：Rhinoceros带有布尔尔运算、、放样、、旋转、、控制点点调节等等来创建建NURBS曲线、曲曲面和实实体的3D建模工具具，基于于NURBS，Rhinoceros的建模是是精确和和强大的的，用它它所生产产的模型型可以直直接交付付厂家进进行生产产制造；；可快速速修改：：Rhinoceros自带延伸伸、合并并剪切、、挤压等等对曲线线、曲面面和实体体的编辑辑工具，，可以不不受约束束的进行行袖带；；支持多多种格式式：Rhinoceros涵盖了主主流的3D格式类型型，如DWG、3DS、JPG、RIP等；渲染染方面，，Rhinoceros提供了材材质较多多的控制制，现如如今，也也有很多多插件如如Penguin、Flamingo。1.Rhinoceros参数化设设计在现现代建筑筑设计中中的运用用Grasshopper最显著的的特点就就是它由由自己一一套独特特的方式式来完成成整个建建模的过过程——通过节点点与连线线的方式式组织自自己的算算法与几几何操作作；实时时展示效效果：在在作为模模型动态态变化的的发起者者，可以以使用户户在调整整和揣摩摩设计成成果的时时候具有有更细致致、自由由的观察察力；严严谨的数数据化建建模操作作。Grasshopper中主要是是以数据据操作为为依据，，是依据据运算器器进行连连接组织织来实现现模型的的创建的的，通过过参数的的变化来来控制模模型，在在建模的的调控中中，图形形只起到到了监视视程序编编写的作作用；完完整的保保存数据据。2.Grasshopper上海东方方体育中中心是为为举办第第十四届届上海国国际泳联联世界锦锦标赛而而兴建。。冯·格康，玛玛格及合合伙人建建筑师事事务所于于2008年赢得了了项目设设计竞赛赛，建筑筑综合体体从设计计到落成成历时将将近两年年半的时时间。综综合体包包括一座座可举办办多种体体育赛事事以及文文化活动动的多功功能体育育馆、一一座游泳泳馆、一一座室外外跳水馆馆和一个个媒体中中心。基基于可持持续的城城市发展展方针政政策，体体育中心心取代了了黄浦江江沿岸的的工业区区旧址，，为这一一地区重重新注入入活力。。案例研究——东方体育中心心在第十四届上上海国际泳联联世界锦标赛赛期间，体育育馆承办花样样游泳锦标赛赛，赛后这里里还可为拳击击、篮球、羽羽毛球、冰球球等运动项目目提供场地或或用来举办音音乐会等文化化活动。馆内内设有14000多个观众坐席席，也可通过过增加临时座座位扩展至18000个坐席。封闭闭的体育馆体体采用圆形平平面，主体为为钢筋混凝土土结构，屋面面钢结构跨度度170m，其上覆盖铝铝合金表皮。。平行的钢梁梁依次排列形形成一座35m高的拱廊，将将环绕赛场布布置的开放式式前厅的玻璃璃幕墙围合于于其内。案例研究——东方体育中心心1.综合体育馆游泳馆内设有有4个一字排开的的两个标准尺尺寸泳池、一一个跳水池和和一个娱乐池池。馆内设有有3500个固定坐席，，为满足世界界锦标赛的赛赛事要求，可可扩展至5000座。封闭的游游泳馆平面为为长方形，主主体为钢筋混混凝土结构，，屋面为钢结结构，长约210m，宽120m，高22m，其上安装有有三角形的玻玻璃天窗。日日间光线沿着着钢梁结构之之间的细长窗窗带射入馆内内，在实现自自然采光的同同时有效避免免了直射光线线造成的眩光光问题。案例研究——东方体育中心心2.游泳馆室外跳水馆综综合体坐落于于人工岛之上上，可提供2000个固定坐席。。在世锦赛或或其他高规格格赛事举行期期间可扩容至至5000席。跳水馆的的配置为一个个标准室外跳跳水赛池、跳跳塔以及一个个标准游泳赛赛池。跳水馆馆屋面结构外外环直径约130m，内环直径90m，形式与建筑筑圆形平面相相吻合，构造造则与其他两两座场馆大同同小异。屋盖盖梁架由建筑筑主体结构支支撑，位于结结构单位之间间的轻质张拉拉膜可起到遮遮阳挡雨的作作用。案例研究——东方体育中心心3.室外跳水馆游游泳馆80m高的媒体中心心位于基地北北侧，共有15层。内有健身身中心、会议议室、医疗服服务中心、贵贵宾休息区和和办公区。规规则的8.4m结构网格保保证内部空空间可进行行灵活的分分隔利用。。外立面表表皮采用白白色微孔铝铝合金镶板板，表达了了湖面水波波荡漾的美美好意象。。案例研究——东方体育中中心4.媒体中心参数化设计计在案例建建筑造型设设计中的运运用上海东方方体育中中心项目目的建设设是为举举办2011年第14届FINA国际泳联联世界锦锦标赛,同时也为为将上海海建设成成亚洲体体育中心心城市。。德国GMP国际建筑筑设计有有限公司司于2008年中标该该项目。。项目包包括三个个主要体体育场馆馆—综合体育育馆、游游泳馆及及室外跳跳水馆。。其外形形特征是是建筑由由一系列列连续变变化的大大跨度空空间析架架组成。。参数化化方法的的介入为为解决设设计和建建造过程程中遇到到的问题题提供了了强大支支持。参数化设设计在案案例建筑筑造型设设计中的的运用在概念设设计阶段段,水、波、、桥梁、、风帆等等意象元元素作为为设计概概念首先先感性地地决足了了体育馆馆的建筑筑形态由由若干动动态变化化的位点点，甚至至尺度的的定义都都在一个个相对较较大的可可调或可可选范围围内。此此时很多多常规的的三维软软件都能能把控、、塑造这这样一个个三维模模型，以以满足建建筑师的的视觉要要求，并并通过缩缩放、拉拉伸、挤挤压等操操作对形形体进行行整体的的、模糊糊的修改改。本项项目利用用Rhinoceros软件的的自带带建模模功能能，通通过放放样作作为轮轮廓线线的空空间曲曲线得得到单单榀桁桁架，，阵列列并由由CageEdit命令整整体修修改后后得到到形体体。1.参数化化设计计在本本项目目中的的特点点参数化化设计计在案案例建建筑造造型设设计中中的运运用而当项项目进进人深深化设设计阶阶段，，数据据将以以施工工依据据作为为目标标，对对精确确性的的要求求不言言而喻喻。同同时，，大量量的现现实问问题将将会被被纳人人考虑虑，此此时需需要兼兼顾各各专业业提出出的要要求以以确保保建造造的可可行性性及正正常使使用。。首先先是建建筑师师进一一步推推敲形形体的的要求求，这这里如如何得得到一一个可可视化化的三三维模模型并并能够够快速速根据据要求求进行行修改改是关关键。。其次次是结结构设设计工工程师师设计计主体体钢结结构的的要求求，将将形体体表面面向内内偏移移后得得到结结构轴轴线、、发展展其为为桁架架系统统，并并计算算、验验证该该结构构模型型是否否可行行，这这种配配合亦亦是一一个双双向、、反复复的过过程，，要求求高效效地调调整模模型。。此外外，幕幕墙顾顾问也也将根根据施施工可可能性性提出出如下下要求求：如如何精精确实实现规规模超超常的的双曲曲面，，包括括材料料选择择、加加工工工艺、、職异异形分分块等等。1.参数化化设计计在本本项目目中的的特点点参数化化设计计在案案例建建筑造造型设设计中中的运运用“找形形（FormFinding）”是是每个个形体体特殊殊的项项目必必须完完成并并且贯贯穿设设计始始末的的工作作，决决定找找形规规则的的因素素很多多，包包括设设计意意图、、结构构形式式、幕幕墙的的材料料与施施工工工艺、、风压压、采采光与与遮阳阳、太太阳能能利用用等等等。本本项目目的找找形规规则很很大程程度取取决于于幕墙墙材料料与施施工工工艺。。深化化设计计初始始，为为形成成流畅畅的双双曲面面，两两种材材料作作为幕幕墙外外装饰饰面板板被纳纳人考考虑：：GRC与铝单单板。。两种种材料料的曲曲面成成形都都需要要通过过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双双曲面面装饰饰铝板板高昂昂总价价的主主要原原因。。故为为避免免制作作自由由双曲曲面所所需的的成千千上万万不同同模具具，同同时也也是力力求以以最简简单的的方式式描述述形体体，找找形的的规则则被确确定为为所有有的曲曲面都都是标标准球球体或或圆环环的一一部分分，这这样所所有在在同一一侧面面内的的板块块都可可以用用同一一块模模具成成形，，不同同模具具总数数量减减少了了95%以上。2.参数化设计在在本项目中的的解决方案参数化设计在在案例建筑造造型设计中的的运用所有的曲面都都是标准球体体或圆环的一一部分这一找找形原则，加加上所有曲面面都是内凹的的这一条件，，翻译成几何何逻辑即为：：用多个位置置、尺寸受控控的标准几何何体对一个范范围超过所需需形体的体块块作布尔相减减运算，得到到最终形体。。其中标准几几何体的位置置、尺寸的定定位非常关键键。为了使所所有桁架个体体形成的建筑筑整体能连续续均匀的变化化，所有标准准几何体就必必须通过在空空间中连续均均匀分布的控控制点（多为为形体的顶点点，且通过四四个控制点有有且仅有一个个球体）。根根据上述几何何逻辑，就可可以在Grasshopper中构建建筑形形体的参数化化模型了：先先制定形体控控制轴线（平平面与空间皆皆有），将轴轴线相交形成成空间控制点点，然后用几几何作图法求求得通过控制制点的标准几几何体布尔，，最后将相应应的形体布尔