参数化设计在体育馆建筑造型设计中的应用

参数化设计在体育建筑造型设计中的应用——以东方体育中心为例上海交通大学现代体育建筑的造型设计参数化设计在现代建筑设计中的运用案例研究——东方体育中心参数化设计在东方体育中心建筑造型设计中的运用1234参数化设计体育建筑造型设计现代体育建筑的造型设计体育馆建筑的功能性强，比赛厅大小、形状受到功能的制约;体育建筑的技术含量高，其屋盖结构、空调、光照、制冷等技术都对造型有很强的制约;体育建筑受环境的影响大，需要大而宽敞的外部空间环境，而具体环境又反过来影响建筑的造型。可见，体育建筑的建筑造型受功能、技术、环境制约较大，其造型创作特点是综合性强，是建筑艺术与技术的有机结合。其创作范畴涵盖了比赛厅的空间设计、技术设计、与环境的依存关系以及地域文化等精神领域的范围。现代体育建筑的造型设计1.与环境要求相结合的创作思路一般情况，我们总是希望体育馆雄伟壮观，最好成为城市一景和标志性建筑，这种希望和要求完全可以理解，但不能不问环境，一味追求雄伟、有失和谐。体育馆本身的体量大小可调节余地一般不大，但不等于没有潜力与可能，体量的外露之多寡则有较大的斟酌余地。比如下沉式布局，选择扁平或渐沉收敛的体形、设台座等，都可减少体量、协调环境。体育馆的体量和尺度处理，应以环境条件为转移，不应一成不变，只强调雄伟壮观而不问环境是否和谐是不可行的。现代体育建筑的造型设计2.与美学规律相结合的创作思路形体、结构、材料建筑的美学规律涵盖面非常的广泛，它贯穿了建筑的形体组织、内外空间表现、装修与色彩等多个方面，也渗透到物理、结构、材料、心理、仿生、社会、文化、艺术的各个领域。一切事物都有自己的法则和其内在的规律，而体育建筑造型设计的法则是统一的，而产生美的方式是多种多样，仁者见仁、智者见智的;基于现代体育建筑往往在造型上反映社会物质生活与文化生活的面貌、气氛和时代性。现代体育建筑的造型设计3.与立意构思相结合的创作思路与立意构思相结合的创作思路涉及体育建筑设计的各个方面。它是一条主线，将建筑的环境、功能、技术完整而有力地整合在一起，创造一种超凡的建筑意境、建筑形态、建筑情感，来震撼观众的心灵，升华体育建筑的艺术成就。参数化设计在现代建筑设计中的运用参数化设计是指设计对象的结构形状比较定型，通过一组参数对其拓扑关系进行约定，改变参数带进而改变整体图形。产品的设计都是要经过概念设计，草图设计，详细设计等多个过程，每个过程又伴随着反复的推敲，那么经常的改动这一个设计的特点正适合参数化的应用，可以使效率大大提高。使得建筑师从繁重的劳动中解放出来，更加专注于设计的过程。参数化设计在现代建筑设计中的运用Rhinoceros拥有强大的建模功能：Rhinoceros带有布尔运算、放样、旋转、控制点调节等来创建NURBS曲线、曲面和实体的3D建模工具，基于NURBS，Rhinoceros的建模是精确和强大的，用它所生产的模型可以直接交付厂家进行生产制造；可快速修改：Rhinoceros自带延伸、合并剪切、挤压等对曲线、曲面和实体的编辑工具，可以不受约束的进行袖带；支持多种格式：Rhinoceros涵盖了主流的3D格式类型，如DWG、3DS、JPG、RIP等；渲染方面，Rhinoceros提供了材质较多的控制，现如今，也有很多插件如Penguin、Flamingo。1.Rhinoceros参数化设计在现代建筑设计中的运用Grasshopper最显著的特点就是它由自己一套独特的方式来完成整个建模的过程——通过节点与连线的方式组织自己的算法与几何操作；实时展示效果：在作为模型动态变化的发起者，可以使用户在调整和揣摩设计成果的时候具有更细致、自由的观察力；严谨的数据化建模操作。Grasshopper中主要是以数据操作为依据，是依据运算器进行连接组织来实现模型的创建的，通过参数的变化来控制模型，在建模的调控中，图形只起到了监视程序编写的作用；完整的保存数据。2.Grasshopper上海东方体育中心是为举办第十四届上海国际泳联世界锦标赛而兴建。冯·格康，玛格及合伙人建筑师事务所于2008年赢得了项目设计竞赛，建筑综合体从设计到落成历时将近两年半的时间。综合体包括一座可举办多种体育赛事以及文化活动的多功能体育馆、一座游泳馆、一座室外跳水馆和一个媒体中心。基于可持续的城市发展方针政策，体育中心取代了黄浦江沿岸的工业区旧址，为这一地区重新注入活力。案例研究——东方体育中心在第十十四届届上海海国际际泳联联世界界锦标标赛期期间，，体育育馆承承办花花样游游泳锦锦标赛赛，赛赛后这这里还还可为为拳击击、篮篮球、、羽毛毛球、、冰球球等运运动项项目提提供场场地或或用来来举办办音乐乐会等等文化化活动动。馆馆内设设有14000多个观观众坐坐席，，也可可通过过增加加临时时座位位扩展展至18000个坐席席。封封闭的的体育育馆体体采用用圆形形平面面，主主体为为钢筋筋混凝凝土结结构，，屋面面钢结结构跨跨度170m，其上上覆盖盖铝合合金表表皮。。平行行的钢钢梁依依次排排列形形成一一座35m高的拱拱廊，，将环环绕赛赛场布布置的的开放放式前前厅的的玻璃璃幕墙墙围合合于其其内。。案例研研究——东方体体育中中心1.综合体体育馆馆游泳馆馆内设设有4个一字字排开开的两两个标标准尺尺寸泳泳池、、一个个跳水水池和和一个个娱乐乐池。。馆内内设有有3500个固定定坐席席，为为满足足世界界锦标标赛的的赛事事要求求，可可扩展展至5000座。封封闭的的游泳泳馆平平面为为长方方形，，主体体为钢钢筋混混凝土土结构构，屋屋面为为钢结结构，，长约约210m，宽120m，高22m，其上上安装装有三三角形形的玻玻璃天天窗。。日间间光线线沿着着钢梁梁结构构之间间的细细长窗窗带射射入馆馆内，，在实实现自自然采采光的的同时时有效效避免免了直直射光光线造造成的的眩光光问题题。案例研究——东方体育中中心2.游泳馆室外跳水馆馆综合体坐坐落于人工工岛之上，，可提供2000个固定坐席席。在世锦锦赛或其他他高规格赛赛事举行期期间可扩容容至5000席。跳水馆馆的配置为为一个标准准室外跳水水赛池、跳跳塔以及一一个标准游游泳赛池。。跳水馆屋屋面结构外外环直径约约130m，内环直径径90m，形式与建建筑圆形平平面相吻合合，构造则则与其他两两座场馆大大同小异。。屋盖梁架架由建筑主主体结构支支撑，位于于结构单位位之间的轻轻质张拉膜膜可起到遮遮阳挡雨的的作用。案例研究——东方体育中中心3.室外跳水馆馆游泳馆80m高的媒体中中心位于基基地北侧，，共有15层。内有健健身中心、、会议室、、医疗服务务中心、贵贵宾休息区区和办公区区。规则的的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体体育中心项项目的建设设是为举办办2011年第14届FINA国际泳联世世界锦标赛赛,同时也为将将上海建设设成亚洲体体育中心城城市。德国国GMP国际建筑设设计有限公公司于2008年中标该项项目。项目目包括三个个主要体育育场馆—综合体育馆馆、游泳馆馆及室外跳跳水馆。其其外形特征征是建筑由由一系列连连续变化的的大跨度空空间析架组组成。参数数化方法的的介入为解解决设计和和建造过程程中遇到的的问题提供供了强大支支持。参数化设计计在案例建建筑造型设设计中的运运用在概念设计计阶段,水、波、桥桥梁、风帆帆等意象元元素作为设设计概念首首先感性地地决足了体体育馆的建建筑形态由由若干动态态变化的位位点，甚至至尺度的定定义都在一一个相对较较大的可调调或可选范范围内。此此时很多常常规的三维维软件都能能把控、塑塑造这样一一个三维模模型，以满满足建筑师师的视觉要要求，并通通过缩放、、拉伸、挤挤压等操作作对形体进进行整体的的、模糊的的修改。本本项目利用用Rhinoceros软件的自带带建模功能能，通过放放样作为轮轮廓线的空空间曲线得得到单榀桁桁架，阵列列并由CageEdit命令整体修修改后得到到形体。1.参数化设计计在本项目目中的特点点参数化设计计在案例建建筑造型设设计中的运运用而当项目进进人深化设设计阶段，，数据将以以施工依据据作为目标标，对精确确性的要求求不言而喻喻。同时，，大量的现现实问题将将会被纳人人考虑，此此时需要兼兼顾各专业业提出的要要求以确保保建造的可可行性及正正常使用。。首先是建建筑师进一一步推敲形形体的要求求，这里如如何得到一一个可视化化的三维模模型并能够够快速根据据要求进行行修改是关关键。其次次是结构设设计工程师师设计主体体钢结构的的要求，将将形体表面面向内偏移移后得到结结构轴线、、发展其为为桁架系统统，并计算算、验证该该结构模型型是否可行行，这种配配合亦是一一个双向、、反复的过过程，要求求高效地调调整模型。。此外，幕幕墙顾问也也将根据施施工可能性性提出如下下要求：如如何精确实实现规模超超常的双曲曲面，包括括材料选择择、加工工工艺、職异异形分块等等。1.参数化设计计在本项目目中的特点点参数化设计计在案例建建筑造型设设计中的运运用“找形（FormFinding）”是每个个形体特殊殊的项目必必须完成并并且贯穿设设计始末的的工作，决决定找形规规则的因素素很多，包包括设计意意图、结构构形式、幕幕墙的材料料与施工工工艺、风压压、采光与与遮阳、太太阳能利用用等等。本本项目的找找形规则很很大程度取取决于幕墙墙材料与施施工工艺。。深化设计计初始，为为形成流畅畅的双曲面面，两种材材料作为幕幕墙外装饰饰面板被纳纳人考虑：：GRC与铝单板。。两种材料料的曲面成成形都需要要通过同比比例的模具具，而通常常模具制作作的高昂成成本正是双双曲面装饰饰铝板高昂昂总价的主主要原因。。故为避免免制作自由由双曲面所所需的成千千上万不同同模具，同同时也是力力求以最简简单的方式式描述形体体，找形的的规则被确确定为所有有的曲面都都是标准球球体或圆环环的一部分分，这样所所有在同一一侧面内的的板块都可可以用同一一块模具成成形，不同同模具总数数量减少了了95%以上。2.参数化设计计在本项目目中的解决决方案参数化设计计在案例建建筑造型设设计中的运运用所有的曲面面都是标准准球体或圆圆环的一部部分这一找找形原则，，加上所有有曲面都是是内凹的这这一条件，，翻译成几几何逻辑即即为：用多多个位置、、尺寸受控控的标准几几何体对一一个范围超超过所需形形体的体块块作布尔相相减运算，，得到最终终形体。其其中标准几几何体的位位置、尺寸寸的定位非非常关键。。为了使所所有桁架个个体形成的的建筑整体体能连续均均匀的变化化，所有标标准几何体体就必须通通过在空间间中连续均均匀分布的的控制点（（多为形体体的顶点，，且通过四四个控制点点有且仅有有一个球体体）。根据据上述几何何逻辑，就就可以在Grasshopper中构建建筑筑形体的参参数化模型型了：先制制定形体控控制轴线（（平面与空空间皆有）），将轴线线相交形成成空间控制制点，然后后用几何作作图法求得得通过控制制点的标准准几何体布布尔，最后后将相应的的形体布尔尔相减得到到模型结果果。2.参数化设计计在本项目目中的解决决方案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体体育中心的的主体钢结结构为空间间桁架系统统，桁架的的找形原则则是：根据据幕墙系统统构造厚度度与主体钢钢结构自身身管径，将将形体外表表面向内偏偏移固定距距离，得到到主体钢结结构轴线控控制面，进进而相交得得到控制轮轮廓线，最最后在轴线线控制面和和控制轮廓廓线上根据据结构规则则作出空间间桁架轴线线。其中受受最多关注注也是调