从复杂到纯净的设计:聚焦五棵松文化体育中心体育馆建设
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在2002年举行的五棵松文化体育中心规划设计竞赛中，瑞士Burckhart+Partner AG公司提交的构思新颖的体育馆设计方案成为汇聚大家眼球的最大亮点。尽管只是与美国的SASAKI公司并列二等奖，却是最后的赢家。但建筑方案不能只是让人眼前一亮那么简单，如何实施才是关键。瑞士公司的方案中标后经过一轮又一轮的修改、优化。当2005年北京市建筑设计研究院拿出最终的实施方案时，可以说已经是面目全非了。这其中经历了怎样的过程呢?
瑞士公司的方案在中标后，首先面临的就是深化修改的问题。但五棵松文化体育中心的业主是采用法人招标的形式，当时业主还没有产生，只能由海淀区政府代行业主的职责。由于真正的业主缺位，所以许多问题都定不下来。此时北京市建筑设计研究院作为瑞士公司的中方合作单位开始介入方案调整。由于设计周期和设计费的问题，瑞士公司在做体育馆方案的时候并未找一家负责体育工艺的公司配合设计，所以北京院介入后的主要工作就是按体育工艺的要求对体育馆的平面做了整个修改，也得到了瑞士公司的认可。这一轮刚修改完，业主就产生了。于是对方案的修改有了更明确的目标，也开始真正面对设计上的难题。
瑞士公司的方案极富想象力，构思大胆。内部空间丰富，亮点颇多。但设计上的亮点往往也是技术上的难点。出于使商业文娱设施和体育馆在运营过程中达到互惠互利的目的，该方案将一个6万m2的商业及文化娱乐设施放置在一个18000座的大型体育馆屋顶上。这种做法在世界范围内都是极为罕见的。由此造成建筑体形庞大。对于其上部的设施来说，结构、通风、采光均存在问题。为此该方案在建筑顶部设计了一个10m高的立体桁架，通过上部设施内部布置的12个双曲面体，将体育馆的屋顶和6层楼板吊起来。这12个双曲面体在最初的设计中有四种功能：结构构件、采光。通风、消防排烟。该方案将上部设施的室内设计为一个连通的空间,共7层，每层楼板做成互不相同的自由曲线形，从而形成类似喀斯特地貌的室内空间。在建筑的四个立面设计了四个各7000m2的LED大屏幕。设计者试图通过四个巨大的显示屏，使建筑立面成为一个传递信息的载体，从而形成一个观众可以从内外同时观看比赛或表演的场所，并在平时提供一个广告外墙。为了解决两个大型设施同时使用的交通问题，体育馆观众入口层的地面不得不放到地下8m的位置。
中标方案的这些特点带来了巨大的技术挑战和巨额的建造费用。首先是一个6万m2的商业设施与一个1，8万座的体育馆同时使用的交通问题。尽管经过多方优化，建筑师给出了解决方案，但也只是理论上的。真正到了体育馆举行大型活动的时候，交通一实行管制，商业设施就很难正常使用。其次是结构问题，在中方技术人员介入之前，瑞士公司对投标方案中的结构方案已经进行了重大调整，将原结构体系中用双曲面体吊挂体育馆的方案优化为一个30多m高的立体桁架，整个商业实施都放在桁架内，因为多了许多斜撑、吊柱之类的结构构件，空间效果已经完全不同了。这样一来12个双曲面体的结构作用就消失了，只剩下一个采光和消防排烟的作用。即便如此，结构也已异常复杂，消防、抗震等问题都难以解决。北京市消防局的专家看了该方案后，认为这是所有奥运场馆里消防问题最难解决的一个。外立面的大屏幕则存在光污染、高耗能。可视距离过远等一系列问题，而且造价过高，投入与产出极不成比例。
业主接手项目后，觉得原方案实施起来难度过大，造价过高，就要求北京院主持方案修改，瑞士公司则变成了业主的顾问。根据业主的要求，北京院对瑞士公司的方案进行了大幅度的修改。
在原有方案的基础上对体育馆内部交通流线进行了重大调整，增加了大型环形车道，优化了进入上部设施的天桥。采用分层分区的手法，将体育馆特殊人员、观众和上部商业娱乐设施的人流、货流分别布置在不同的层次和区域内，基本解决了内部流线不清，两种设施无法同时使用的问题。
将整个项目分解成两大部分和四小部分，从建筑分区上解决了消防设计中的重大难题，为消防性能化设计的顺利进行扫清了障碍。原方案在设计中未考虑消防设计的问题，整幢建筑在空间上相互连通，这样使消防设计几乎无法进行。修改后的设计将整个建筑分解成体育馆和上部设施两部分，同时又将体育馆再分成两部分，一部分为特殊人员用房，一部分为比赛大厅和观众休息大厅。上部设施也再次被分成两部分，一部分为中庭，另一部分为使用空间，所有自由形楼板全部取消。这样一来使得体育馆的消防设计问题得以圆满解决。当然，这样做的代价是原来的室内空间效果已经荡然无存了。
消防性能化设计单位利用国际先进的计算机软件对双曲面体的通风、采光、排烟作用进行了模拟检验，发现双曲面体的消防排烟作用极其有限，而且原方案设想利用双曲面体为体育馆提供天然采光，但根据奥运会电视转播的要求，不允许体育馆内有自然光线。在业主的一再要求下，双曲面体由原来的1 2个减少至4个，使得上部商业设施的空间更加完整，并节约了造价(一个双曲面体的造价达到数百万元)。外立面的大屏幕也大大缩小了尺寸，变成一块小屏幕。
2004年中，修改后的初步设计完成，就在即将开始施工图设计时，传来了”节俭办奥运，重新优化奥运场馆设计”的消息。在新的政策指导下，北京院对方案实施了进一步的优化。优化后的方案将上部商业设施完全移走，从而大大简化了结构的设计难度，而且消防问题也不存在了；将观众入口大厅由地下放到地上，从而简化了交通流线：将外立面大屏幕取消，重新设计了外立面。最后的实施方案建筑面积比原来减少了一半。只剩下63000m2，造价也大幅度降低。项目定位为设施完善的大型篮球比赛馆，兼顾其它项目。
修改设计后的五棵松体育馆作为大型篮球比赛馆有以下特点：
①观众席紧靠比赛场地
比赛场地尺寸的确定直接关系到体育馆的使用性质。五棵松体育馆的场地在活动看台全部打开时，是按篮球场地设计的，而国内大型体育馆在坐满观众时其内场一般是按手球比赛设计的。也就是说五棵松体育馆内场尺寸较国内其他大型体育馆内场尺寸小。第一排观众距篮球比赛场地的边缘近。大家经常从电视上看到NBA的比赛。观众席一直延伸到比赛场边，赛场气氛热烈。这种布局不论是对观众，还是对运动员以及电视转播均有很大的好处。但由于我国大型体育馆均为综合体育馆，为了满足多功能的要求，第一排观众在观看篮球、排球比赛时距离场边很远，视觉质量不高，且不利于场上热烈气氛的形成。五棵松体育馆在设计时，采用了较灵活的策略，既不追求在坐满18000人时能举行所有比赛，而只考虑篮球及场地比篮球小的项目的比赛。这样可以使五棵松体育馆区别于北京市已有的大型场馆，个性鲜明，并节省了投资。
②特殊人员用房满足最高规格篮球比赛要求
在国内同等规模的体育馆中，五棵松体育馆特殊人员用房完全按篮球比赛配置，而且标准相当高，在国内是绝无仅有的。如一般球类馆的运动员更衣、淋浴设施都做两套，五棵松体育馆做了6套，每套都在120m2以上。
③信息显示系统配置标准高
五棵松体育馆在场地中心上方，设置了符合篮球比赛要求的中央斗型屏。该斗型屏共有8块显示屏，其中4块图像屏，4块文字屏，同时在场地东西轴上还有两块大型文字屏。显示屏的配置数量之多和质量之高堪称国内罕见。
④极佳的每座容积指标
观众总座位数去除比赛大厅的体积就是每座容积指标，该指标是建声和电声设计的重要指标，同时也是通风。空调设计的重要参数。五棵松体育馆由于内场尺寸小，平面布局紧凑，其每座容积指标仅为19，2m3。这个指标为声学设计。节约空调能耗和节约土地提供了极佳的条件。
⑤别具特色的立面及外墙技术
在五棵松体育馆原设计中。立面是一个LED大屏幕。外墙构造为一个多重结构。从外到内依次为LED屏幕。外侧玻璃幕墙、幕墙结构、内侧玻璃幕墙。经过数次优化设计，外墙的LED屏幕和双层玻璃幕墙已经不存在了。
修改后的五棵松体育馆的体型为一个简洁的正方体。为保持建筑简洁现代的风格，建筑师希望通过对立面肌理的处理，利用玻璃和光线之间的关系，将体育馆外形设计成一个不断变换光影的“宝盒”。为此，建筑师提出了一个外挑玻璃肋单元式玻璃幕墙方案。为了表现体型和材料的纯洁性，并突出光影的作用，方案采用了600mm外挑密肋式构造，同时在外侧没有任何金属构件。这一样式在国际上尚无先例，而且在构造上极富挑战性。为了解决好美观。日常维护、节能等多项功能的要求，在外立面上采用了多重镀膜的手法。
首先在最外侧采用了中科院自主开发的纳米易洁镀膜，该项技术具有国际先进水平。这项技术一改过去易洁玻璃采用憎水材料的方法，采用了纳米级超亲水材料对玻璃进行处理。一旦水接触玻璃表面就会形成均匀的水膜，同时完全浸湿玻璃和污染物，最终通过水的重力将附着于玻璃上的污染物带走，从而达到清洁的效果。
为了减少太阳辐射对建筑物内部的影响，建筑师在外挑玻璃肋和幕墙的第二面上进行了彩釉处理。这样使得该幕墙拥有了大量外遮阳设施，大大降低了玻璃的遮阳系数，从而减少了太阳辐射对室内的影响。同时在幕墙的第三面上增加了一层低辐射镀膜，可以有效地防止冬天室内热量向外辐射。
通过纳米材料镀膜、彩釉、中空、低辐射镀膜等多道立体设防。使五棵松体育馆的外墙性能得到很大改善。
在环境上，五棵松体育中心总占地52ha。除了一座体育馆和两块室外运动场，其余均为市民健身和绿化用地，容积率极低，而绿化率极高(总计有20ha绿地)，为北京的西部社区提供了一处极佳的室外运动休闲场所。
从五棵松体育馆的设计过程。我们看到了一种从复杂到简单的变化，看到了一种逐渐务实的走向。最终，这样一座重要的奥运建筑所呈现出来的却是一种极简主义的风格，在现时躁动的中国建筑界可以说是一件非常难得的事吧。