杭州奥体博览城主体育场设计——参数化设计方法在体育建筑中的应用

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1、杭州奥体博览城主体育场设计——参数化设计方法在体育建筑中的应用UtilizationofParametricDesignintheMainStadiumofHangzhouOlympicandInternationalEXPOCentre撰文籍成科郑倬华CCDI中建国际设计摘要以杭州奥体博览中心主体育场为例，介绍参数化设计方法与BIM协同设计在体育建筑设计中的应用。关键词参数化BIM协同设计体育建筑参数化设计工具与方法的日趋成熟为建筑师提供了一种可能性：既可以在设计上充分发挥想象力，同时又不必担心与各领域工程师

2、的信息交换及图纸的精确表达。由于形体与结构的复杂性，体育建筑设计成为参数化设计应用的一个典型领域。随着设计手段、施工技术、材料技术的不断进步，近年来国内体育建筑的形体与幕墙设计更加自由、结构构成更加复杂，杭州奥体博览城主体育场就是参数化设计应用方面的典型案例。杭州奥体博览城主体育场是CCDI与NBBJ合作完成的一座大型体育场馆，位于杭州奥体博览城的中心位置，2隔钱塘江与杭州新的市民中心相望（图1、2）。体育场建筑面积22万m，建筑高度60m，设有8万个座席。体育场以“荷”为设计概念，有别于江对岸大剧院与会议中心

3、构成的“日月同辉”的稳重，体育场追寻的是一种轻盈的律动感；通过编织的概念，将原本生硬的结构骨架转化为呼应场地曲线的柔美形态，再以一种秩序将这些体态轻盈的结构系统编织起来，最终形成了体育场的主体造型，使人群行走在其中时，能够享受到一种既震撼又轻盈的空间体验。2008年该方案从数家国内外知名设计单位的竞标中脱颖而出，被确定为实施方案，欣喜之余也给设计团队带来前所未有的压力与挑战：罩棚形体与结构构成复杂、功能复杂、设计周期紧张。为能高效、高质量地完成设计工作，设计团队尝试采用了参数化设计方法，并将其应用到从概念设计到

4、施工图设计的全过程（图3）。图1区域总图图2鸟瞰图68项目概况：业主：杭州市奥体博览中心建设有限公司设计单位：CCDI中建国际设计顾问有限公司合作单位：美国NBBJ建筑设计事务所2用地面积：42万m2建筑面积：22万m座席数量：80000个建筑高度：60m项目总负责：胡晓明（CCDI）,RobertMankin(NBBJ)项目经理：刘慧（CCDI）建筑设计：胡志亮，籍成科，秦迪，朱丹，刘诗扬（CCDI）Beom-SeokSuh，NathanMiller(NBBJ),结构、机电设计：CCDI中建国际设计顾问有限公

5、司设计/建成时间：2009/2013（预计时间）图3效果图图4GRASSHOPPER脚本-NBBJ图5利用参数化方法快速形成多方案比较1罩棚及钢结构设计1.1形体生成整个罩棚的形体和结构使用Grasshopper编写的脚本来生成（图4）。在方案初期，设计师通过参数调节单元形体及整个罩棚的单元数量，快速、准确地生成一系列比选方案，使建筑师可以做出更准确的决定（图5）。在初步设计和施工图阶段，设计师通过对脚本的进一步优化，来减少单元种类、优化曲面曲率。利用参数化工具，经过不断地参数化研究，将罩棚体量从自由曲面优化为

6、一系列基本曲面单元的组合，最终确定体育场罩棚由14组“花瓣”单元构成（图6），每个单元包括3个三维曲面。其中外侧的两个曲面为镜像关系（图7），既实现了柔美轻盈的设计概念，又满足了工业生产对标准化的要求。69图6罩棚平面图图7罩棚单元构成1.2结构设计体育场馆的结构设计在很多情况下都不单纯是由结构专业的需求决定的，因为大多数场馆的结构会直接暴露在观众席上方，这些暴露的结构本身就已经成为建筑物整体效果的重要组成部分。同时，由于工具软件使用的限制，对于杭州奥体博览中心主体育场这样形体复杂的建筑来说，结构工程师往往也需

7、要建筑师的帮助才能准确无误地建立起结构的计算模型。在参数化设计方法介入以前，建筑师与结构工程师的配合是单向的、不可逆的，即建筑师建立模型提供给结构工程师，由结构工程师在专业的结构计算软件中进行计算验证，然后将计算结果和要求反馈给建筑师，再由建筑师按照新的要求重新建立模型（图8）。这种方式带来一个局限性就是模型的修改性比较差，建筑师建立的模型基本上都是“一次性”的，如果结构工程师通过计算认为模型受力不合理，或需要对跨度、杆件间距、杆件数量进行调整，模型往往需要重新建立。这种工作方法周期长，效率很低，而且无法避免人

8、工建模过程中出现的误差。参数化设计出现后，建筑师建立的是一个脚本，而不再是以往在计算机里面的虚拟模型。在与结构工程师的互动过程中，建筑师只要根据各方面的反馈信息在脚本中调整一些参数，就可以由计算机自动重新生成符合新条件的模型，使得单一、纯人工模型的生成过程变为互动、可逆的过程，其效率和准确性比传统方式有了飞跃式的提高（图9）。1.3文档编制参数化模型的另一大好处就是可以随时提取所需的构