基于氣候因素制約的寒地體育場(chǎng)館地域適應(yīng)性設(shè)計(jì)研究

羅鵬，李麗華/LUO Peng, LI Lihua

基于氣候因素制約的寒地體育場(chǎng)館地域適應(yīng)性設(shè)計(jì)研究

羅鵬，李麗華/LUO Peng, LI Lihua

人、建筑、環(huán)境構(gòu)成了一個(gè)相互聯(lián)系，相互作用的有機(jī)整體。寒冷地區(qū)，地域的自然環(huán)境、社會(huì)文化和人的行為習(xí)慣受氣候條件的影響，形成了具有鮮明特征的整體環(huán)境。體育建筑作為一種獨(dú)特的建筑類(lèi)型，其使用功能、建筑形態(tài)、空間性能和應(yīng)用技術(shù)與眾不同。本文以寒地體育場(chǎng)館為研究對(duì)象，將調(diào)查研究與設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合，從功能適需、形態(tài)適地、空間適候、技術(shù)適宜4個(gè)方面，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外案例的綜合分析，探索寒地體育場(chǎng)館地域適應(yīng)性設(shè)計(jì)策略。旨在使寒地體育場(chǎng)館與當(dāng)?shù)氐牡赜颦h(huán)境有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低碳高效，可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

氣候，寒地，體育場(chǎng)館，地域適應(yīng)性設(shè)計(jì)

1 概述

氣候作為原生自然條件，是自然環(huán)境中最主要也是最敏感的影響因素，它不但直接作用于建筑，同時(shí)它還影響地域的自然景觀、社會(huì)文化和人的行為習(xí)慣等方方面面，形成具有鮮明特征的地域環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，從多方面綜合作用于建筑。當(dāng)代，氣候的變化給人類(lèi)社會(huì)的生存和發(fā)展帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。特別是在氣候條件嚴(yán)苛的寒冷地區(qū)，人、建筑、環(huán)境之間的矛盾更加突出。體育場(chǎng)館作為城市的重要公共設(shè)施，往往伴隨重大活動(dòng)而建設(shè)，對(duì)城市的發(fā)展和城市空間格局演變具有重要作用。體育場(chǎng)館與城市的融合，真正成為社會(huì)生活、城市文化的有機(jī)組成部分，并為城市形成自身特色做出貢獻(xiàn)，需要一定的過(guò)程，但場(chǎng)館本身所具備的品質(zhì)和適應(yīng)性是其成敗的關(guān)鍵。就寒地體育場(chǎng)館而言，如何從寒地地域環(huán)境的實(shí)際情況出發(fā)，實(shí)現(xiàn)基于特殊環(huán)境制約下的理性創(chuàng)新，使其真正融入寒地地域環(huán)境的整體系統(tǒng)之中，在形成自身特色的同時(shí)達(dá)到低碳高效、可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是擺在寒地體育建筑設(shè)計(jì)工作者面前的挑戰(zhàn)。

2 理念解析

“適應(yīng)”原本是一個(gè)生物學(xué)上的概念，是生物特有且普遍存在的現(xiàn)象，指生物的結(jié)構(gòu)形態(tài)和生理機(jī)能與其賴(lài)以生存的環(huán)境條件相適合的現(xiàn)象[1]。建筑領(lǐng)域，將“適應(yīng)”理念引入建筑設(shè)計(jì)，用以處理建筑與環(huán)境的關(guān)系。

狹義的氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)，是指在建筑設(shè)計(jì)中充分利用氣候資源、發(fā)揮氣候的有利條件、避免氣候的不利影響，達(dá)到不用或少用人工機(jī)械設(shè)備，創(chuàng)造健康舒適環(huán)境的目的，最終實(shí)現(xiàn)減少不可再生資源消耗和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)[2]。而基于氣候因素制約的地域適應(yīng)性設(shè)計(jì)把氣候放在地域的更廣義視角加以審視，從氣候?qū)Φ赜蛘w環(huán)境的影響出發(fā)，認(rèn)為建筑對(duì)氣候的適應(yīng)不是一個(gè)孤立的技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)將人的因素和技術(shù)因素有機(jī)結(jié)合，針對(duì)地域環(huán)境中由于氣候因素影響所形成的獨(dú)特的氣象、行為、景觀、文化等條件，從多方面實(shí)現(xiàn)對(duì)地域氣候的綜合適應(yīng)。

我國(guó)寒冷地區(qū)四季分明、冬季漫長(zhǎng)、晝夜溫差大、極端氣溫較低，低溫、寒風(fēng)、積雪等嚴(yán)酷的氣候環(huán)境是寒地建筑設(shè)計(jì)的制約條件[3]。在寒地氣候的長(zhǎng)期作用下，人的行為習(xí)慣和審美心理、地域的物理和景觀環(huán)境都受其影響，形成了地域環(huán)境具體而獨(dú)特的個(gè)性特征。體育場(chǎng)館作為一種獨(dú)特的建筑類(lèi)型，由于受體育工藝、結(jié)構(gòu)技術(shù)等方面較強(qiáng)的制約，在功能、形態(tài)、空間、技術(shù)等方面類(lèi)型特征明顯。基于氣候因素制約的寒地城市體育場(chǎng)館地域適應(yīng)性設(shè)計(jì)，緊扣氣候這一寒地最主要的影響因素，將體育場(chǎng)館的內(nèi)部影響因素與外部影響因素有機(jī)結(jié)合，根據(jù)外部環(huán)境條件調(diào)整內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，在內(nèi)外因的共同制約中尋求雙向契合，整體和諧。

3 設(shè)計(jì)策略

3.1 功能適需

寒地冬季寒冷的氣候條件，對(duì)體育運(yùn)動(dòng)的開(kāi)展產(chǎn)生“質(zhì)”與“量”兩方面的巨大影響。在“質(zhì)”的方面，寒地獨(dú)特的氣候環(huán)境為開(kāi)展冰雪運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的自然條件。在“量”的方面，嚴(yán)苛的氣候和由此帶來(lái)的空氣污染等問(wèn)題，一方面嚴(yán)重地制約了體育運(yùn)動(dòng)的開(kāi)展，另一方面又使群眾對(duì)于室內(nèi)運(yùn)動(dòng)健身設(shè)施的需求量劇增。根據(jù)筆者對(duì)東北三省7市運(yùn)動(dòng)健身行為習(xí)慣以及20余座體育場(chǎng)館運(yùn)營(yíng)使用狀況的調(diào)查顯示：（1）群眾對(duì)運(yùn)動(dòng)健身的認(rèn)知程度較高，參與熱情高漲（表1）；（2）冬夏兩季運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所選擇和從事項(xiàng)目變化較大，冬季大量健身活動(dòng)轉(zhuǎn)向室內(nèi)，場(chǎng)館設(shè)施不足（表2）；（3）群眾對(duì)于冰雪運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的喜愛(ài)程度高，但場(chǎng)館設(shè)施支持不足，且對(duì)外開(kāi)放程度差（圖3）；（4）由于場(chǎng)館設(shè)計(jì)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理等沒(méi)考慮寒地城市特殊的氣候條件和環(huán)境特點(diǎn)，造成功能僵化、成本高昂、設(shè)施不配套等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重制約了場(chǎng)館效益的發(fā)揮（表3）；（5）場(chǎng)館開(kāi)展各項(xiàng)活動(dòng)比例失調(diào)，競(jìng)技比賽匱乏，建設(shè)模式與實(shí)際使用存在背離現(xiàn)象（表4）。

針對(duì)以上實(shí)際情況，要解決寒地城市體育場(chǎng)館的適應(yīng)性問(wèn)題，首要的是從寒地的實(shí)際需求出發(fā)，通過(guò)場(chǎng)館功能的“轉(zhuǎn)型”和“優(yōu)化”，解決其運(yùn)營(yíng)和使用問(wèn)題，提高效益，走寒地體育場(chǎng)館特色發(fā)展之路。

轉(zhuǎn)型：轉(zhuǎn)型是指改變體育場(chǎng)館規(guī)劃和建設(shè)的思路和重點(diǎn)，由競(jìng)技型向群眾型轉(zhuǎn)變、由專(zhuān)業(yè)型向社會(huì)型轉(zhuǎn)變、由夏季型向冬夏季結(jié)合型轉(zhuǎn)變。

從國(guó)外經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家體育場(chǎng)館建設(shè)與其體育、文化產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，場(chǎng)館的建設(shè)不只是一個(gè)孤立的的設(shè)計(jì)和建造的問(wèn)題，它與投資、開(kāi)發(fā)、運(yùn)營(yíng)、管理統(tǒng)一考慮，場(chǎng)館在設(shè)計(jì)建設(shè)之前，就有較完善的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃和明確的功能定位。如美國(guó)職業(yè)籃球聯(lián)盟（NBA）、歐洲各國(guó)的職業(yè)足球聯(lián)賽，都對(duì)本國(guó)或本地區(qū)的場(chǎng)館建設(shè)產(chǎn)生直接影響；而在氣候寒冷的加拿大、北歐、俄羅斯等國(guó)家，冰球、花樣滑冰、滑雪等冰雪運(yùn)動(dòng)發(fā)展成熟、產(chǎn)業(yè)化健全，其場(chǎng)館的規(guī)模和功能也有明顯的對(duì)應(yīng)性。除此之外，為滿(mǎn)足冬季群眾的室內(nèi)健身需求，社區(qū)型和學(xué)校型中小運(yùn)動(dòng)健身設(shè)施被重視并大量建設(shè)。

我國(guó)傳統(tǒng)的體育運(yùn)營(yíng)管理模式，屬于政府部門(mén)主導(dǎo)的“事業(yè)性”體制，場(chǎng)館建設(shè)和管理也以政府為主導(dǎo)，近年來(lái)產(chǎn)業(yè)化雖有所發(fā)展，但還遠(yuǎn)未達(dá)到成熟階段。由此，很多場(chǎng)館建設(shè)之初就成為只針對(duì)短期競(jìng)技賽事，而沒(méi)有現(xiàn)代化管理體系和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)發(fā)展規(guī)劃支撐的“早產(chǎn)兒”。在我國(guó)競(jìng)技性體育場(chǎng)館快速發(fā)展，已基本趨于飽和，甚至很多地方出現(xiàn)資源閑置浪費(fèi)、運(yùn)營(yíng)難以為繼的情況下，只有通過(guò)“轉(zhuǎn)型”，引入市場(chǎng)機(jī)制，重視社會(huì)需求，科學(xué)地調(diào)整場(chǎng)館建設(shè)目標(biāo)和重點(diǎn)，才能使我國(guó)體育場(chǎng)館建設(shè)走上科學(xué)發(fā)展的道路。對(duì)于寒地城市而言，轉(zhuǎn)型一方面是結(jié)合地域體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，場(chǎng)館功能設(shè)置適當(dāng)突出冰雪運(yùn)動(dòng)主題，有力推動(dòng)冰雪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；另一方面，是針對(duì)冬季嚴(yán)酷的氣候條件，大力發(fā)展群眾性體育設(shè)施，以滿(mǎn)足大眾的健身需求。

優(yōu)化：優(yōu)化是指根據(jù)轉(zhuǎn)型要求，對(duì)體育場(chǎng)館的布局結(jié)構(gòu)、空間組成、場(chǎng)地效率、應(yīng)變能力等進(jìn)行優(yōu)化，使場(chǎng)館更加適合寒地城市的實(shí)際使用要求。具體包括優(yōu)化場(chǎng)地尺寸與形態(tài)，兼容冰雪功能；優(yōu)化空間效率，緩解冬季健身壓力；多元功能系統(tǒng)配套，提高綜合適應(yīng)能力；彈性應(yīng)變，提高季節(jié)應(yīng)變能力等幾個(gè)方面。

例如，東北大學(xué)體育館除將一層看臺(tái)設(shè)計(jì)為活動(dòng)座席以外，在二層也設(shè)計(jì)了活動(dòng)座席，活動(dòng)看臺(tái)占總坐席的2/3以上，平時(shí)座席收起，可在二層布置乒乓球訓(xùn)練場(chǎng)地和200m環(huán)形跑道，為滿(mǎn)足冬季訓(xùn)練和健身提供了更多的場(chǎng)地空間。大連理工大學(xué)體育館附屬用房采用空間通用化設(shè)計(jì)，70%以上的面積可以于訓(xùn)練和健身。哈爾濱國(guó)際會(huì)展體育中心體育館不但兼容了球類(lèi)、體操和冰球等冰上項(xiàng)目，同時(shí)其與商業(yè)、餐飲、會(huì)議、展覽、住宿等多種功能相結(jié)合，形成了現(xiàn)代化的大型建筑綜合體，設(shè)施齊全，功能配套，成為我國(guó)東北地區(qū)運(yùn)營(yíng)效益最好的綜合性體育設(shè)施之一。以上的實(shí)例都是根據(jù)寒地的實(shí)際使用需求進(jìn)行的創(chuàng)新性探索（表5）。

國(guó)際方面，以冬奧會(huì)冰上比賽場(chǎng)館為例，與夏季奧運(yùn)會(huì)相比較，冬奧會(huì)場(chǎng)館更多地利用城市原有場(chǎng)館設(shè)施或臨時(shí)性場(chǎng)館。場(chǎng)館功能亦更多地考慮賽后城市的實(shí)際使用需求，旨在使場(chǎng)館“適需而生、物盡其用”（表6 ）。

表1 東北寒地人群對(duì)非冬季健身和冬季健身重視程度統(tǒng)計(jì)表

東北寒地人群非冬季健身與冬季健身的重視程度對(duì)比圖

東北寒地人群對(duì)于體育鍛煉與自身健康的認(rèn)識(shí)

表2 東北寒地人群不同時(shí)態(tài)下各屬性健身場(chǎng)所選擇比例統(tǒng)計(jì)表

寒地人群不同季節(jié)時(shí)健身場(chǎng)所變更對(duì)比圖

冰上健身項(xiàng)目場(chǎng)地?cái)?shù)量的滿(mǎn)足率

表3 影響東北寒地人群冬季室內(nèi)健身的主要因素調(diào)查表

表4 寒地城市體育館各項(xiàng)活動(dòng)的季節(jié)性統(tǒng)計(jì)比例

張家港市體育館與牡丹江市體育館近5年各項(xiàng)活動(dòng)統(tǒng)計(jì)比例對(duì)比圖

不同時(shí)態(tài)下寒地綜合體育館各項(xiàng)活動(dòng)的2013年平均統(tǒng)計(jì)比例對(duì)比圖

表5 寒地體育場(chǎng)館功能適需性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)策舉例

表6 近3屆冬奧會(huì)冰上比賽場(chǎng)館賽時(shí)與賽后使用情況統(tǒng)計(jì)

3.2 形態(tài)適地

建筑是技術(shù)與藝術(shù)的統(tǒng)一體，其形態(tài)生成是內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境相互作用、動(dòng)態(tài)適應(yīng)的結(jié)果。[5]在寒冷地區(qū)，自然氣候條件是建筑創(chuàng)作的主要制約因素之一。一方面，作為物質(zhì)存在，寒冷地區(qū)客觀存在的低溫、寒風(fēng)、積雪、日照時(shí)間短等嚴(yán)苛的自然條件對(duì)建筑能耗和內(nèi)部環(huán)境舒適性的影響強(qiáng)烈，需要建筑形態(tài)順應(yīng)自然條件，趨利避害，理性適應(yīng)。另一方面，作為文化載體，在寒地氣候條件影響下形成的獨(dú)特的地域景觀和人群性格特質(zhì)、文化心理，潛移默化地影響著人們對(duì)建筑的接受度和認(rèn)同感，要求寒地建筑在創(chuàng)作過(guò)程順應(yīng)地域建筑“語(yǔ)境”、體現(xiàn)寒地建筑性格特征，實(shí)現(xiàn)感性適應(yīng)。寒地獨(dú)特的氣候條件，對(duì)建筑形態(tài)創(chuàng)作既是制約也是一種啟發(fā)，巧妙地利用氣候與建筑之間的矛盾，成為建筑創(chuàng)作的靈感，在適應(yīng)地域環(huán)境的過(guò)程中，會(huì)自然地生成既合乎邏輯與美學(xué)，又富有個(gè)性的建筑形態(tài)。

具體結(jié)合體育建筑而言，體育場(chǎng)館由于受體育工藝、場(chǎng)館規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式、觀賞要求等方面的制約，其建筑形體具有體量巨大、空間完整、主次分明等原型特征，其高度、跨度和基本形態(tài)往往受到一定限制。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分尊重體育建筑自身的類(lèi)型特點(diǎn)，內(nèi)外因相結(jié)合綜合考慮。

大興安嶺體育文化中心地處我國(guó)東北嚴(yán)寒地區(qū)，冬季寒冷、多雪、多風(fēng)，場(chǎng)館形態(tài)設(shè)計(jì)從地域環(huán)境出發(fā)，采用聚合、覆土、順風(fēng)、塑型、控色等一系列手法，在特殊的地域環(huán)境中創(chuàng)造了自身獨(dú)特的個(gè)性特征。首先，針對(duì)冬季的嚴(yán)寒，從功能和節(jié)能考慮，設(shè)計(jì)師將主比賽廳、訓(xùn)練館、游泳館等幾座不同規(guī)模的場(chǎng)館聚合形成統(tǒng)一的整體，有效地縮小了建筑的整體體形系數(shù)。同時(shí)，一層采用覆土處理，進(jìn)一步減小建筑外露體量，降低由于熱傳導(dǎo)所帶來(lái)的能量損耗。針對(duì)當(dāng)?shù)囟臼⑿形鞅憋L(fēng)和西風(fēng)的特點(diǎn)，主比賽廳采用不對(duì)稱(chēng)布置，結(jié)合訓(xùn)練館和游泳館的空間高度，形成東高西低，西北最低的形體關(guān)系，既有效地減弱了冬季寒風(fēng)的吹襲，又借助風(fēng)的作用，有利于屋面排雪。在建筑性格塑造方面，設(shè)計(jì)從該地區(qū)“冰、雪、山、林”的自然景觀基因出發(fā)，結(jié)合寒地豪邁、大氣、敦厚的性格，形成簡(jiǎn)潔、純凈、厚重又富于動(dòng)感的建筑特征，實(shí)現(xiàn)了“利用地域條件、融于地域環(huán)境”的創(chuàng)作初衷[6]。

表7 寒地體育場(chǎng)館形態(tài)適地性設(shè)計(jì)對(duì)策舉例

東北大學(xué)渾南校區(qū)風(fēng)雨操場(chǎng)設(shè)計(jì)方案，從寒地氣候條件出發(fā)，適應(yīng)基地環(huán)境與寒地氣候特征、激發(fā)多元運(yùn)動(dòng)行為，在突出寒地建筑特色的同時(shí)，創(chuàng)造綠色和富有活力的空間環(huán)境。在建筑形體塑造過(guò)程中綜合運(yùn)用了“減體、順勢(shì)、融合”等一系列設(shè)計(jì)對(duì)策?！皽p體”就是減小建筑體量，一方面順應(yīng)寒地建筑節(jié)能的需求，另一方面也降低大空間建筑巨大的體量在相對(duì)緊張的基地環(huán)境中對(duì)于周邊環(huán)境的壓迫。為此，主訓(xùn)練廳根據(jù)球類(lèi)運(yùn)動(dòng)的軌跡特征，結(jié)合屋蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將邊緣部分適當(dāng)降低，形成中部高周邊低的形體關(guān)系；同時(shí)局部空間采取下沉處理，從而有效地縮小了建筑體量。進(jìn)一步運(yùn)用“順勢(shì)”的方法，結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)環(huán)境和日照條件，優(yōu)化形體關(guān)系。屋面傾斜角度根據(jù)太陽(yáng)入射角度進(jìn)行優(yōu)化，從而為屋面集成太陽(yáng)能設(shè)施創(chuàng)造更好的條件，減少陰影面積，并且有利于屋面排雪。附屬用房布置于主場(chǎng)地周邊，并采取與景觀一體化的覆土處理，既形成了主體空間的緩沖，減少寒風(fēng)對(duì)建筑的影響，又創(chuàng)造了富于趣味性的空間體驗(yàn)，可以激發(fā)冬夏兩季多種活動(dòng)的開(kāi)展。建筑界面結(jié)合內(nèi)部空間特點(diǎn)，通過(guò)大實(shí)大虛大處理手法，堅(jiān)硬而棱角鮮明的細(xì)部處理，塑造出實(shí)體感強(qiáng)烈、力量感與動(dòng)勢(shì)十足的建筑，具有強(qiáng)烈的寒地地域性格特征。

表8 寒地體育場(chǎng)館空間物理性能適候設(shè)計(jì)對(duì)策舉例

國(guó)外許多優(yōu)秀的寒地體育場(chǎng)館設(shè)計(jì)實(shí)例也正是從地域環(huán)境出發(fā)形成了自身特色，為我們提供了許多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。例如，挪威利勒哈默爾冬奧會(huì)速滑館，建筑形態(tài)收斂而富于寓意，并且運(yùn)用當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的木材作為主要建筑材料，建筑形象如同“倒扣的北歐海盜船”與地域文化和氣候特征實(shí)現(xiàn)雙適應(yīng)[7]。而其冰球館則完全是利用自然條件，將場(chǎng)館與天然的山洞相結(jié)合，在國(guó)際體育場(chǎng)館建設(shè)領(lǐng)域?qū)懴铝霜?dú)具特色的一筆。加拿大卡爾加里速滑館，利用折線拱結(jié)構(gòu)，有效地降低了場(chǎng)館的空間高度，并形成屋面起伏的肌理，建筑如同匍匐于大地之上，適寒節(jié)能。索契冬奧會(huì)波紹伊體育館整體形象簡(jiǎn)潔、完整，橢圓形圓滑的形體有利于避風(fēng)和排雪，潔白的色彩與冬季冰雪景觀融為一體，相得益彰（表7）。

綜合以上實(shí)例可以看出，寒地體育場(chǎng)館具有完整、簡(jiǎn)潔、收斂、厚實(shí)且富于動(dòng)感和力量等共性特征。這是建筑的內(nèi)在空間類(lèi)型特質(zhì)與地域的氣候條件、景觀基因相互作用，形成理性與感性、技術(shù)與藝術(shù)雙適應(yīng)的結(jié)果。堅(jiān)持形態(tài)創(chuàng)作的適地原則，挖掘表象背后的深層動(dòng)因，實(shí)現(xiàn)扎根本土的地域建筑特色創(chuàng)新，是寒地建筑形象創(chuàng)作應(yīng)該秉承的原則。

3.3 空間物理性能適候

建筑空間的物理性能受外部氣候條件的作用最為直接，對(duì)于建筑功能的實(shí)現(xiàn)、能源的消耗和人體感受的舒適性等方面都有重要的影響。氣候條件的主要構(gòu)成要素由溫度、太陽(yáng)輻射、風(fēng)、降水等因素組成，建筑的內(nèi)部空間環(huán)境也同樣包含溫度、照明、氣流和濕度等具體控制變量。寒地氣候具有變化劇烈、嚴(yán)苛的特點(diǎn)，而體育場(chǎng)館的內(nèi)部空間性能要求相對(duì)穩(wěn)定。在處理這對(duì)矛盾的過(guò)程中，關(guān)注室內(nèi)外環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，本著“適候性”原則，對(duì)寒地氣候“防”與“用”相結(jié)合，通過(guò)主動(dòng)適應(yīng)減少技術(shù)調(diào)節(jié)所帶來(lái)的能耗和運(yùn)營(yíng)成本的增加。

減容增效。比賽廳作為體育場(chǎng)館的主體空間其性能對(duì)體育建筑整體空間性能的影響是決定性的。比賽廳內(nèi)部空間的體積直接影響其熱穩(wěn)定性，體積越大熱量損耗越大，其空間環(huán)境控制所需要的能耗越高。因此，在滿(mǎn)足功能要求的基礎(chǔ)上，盡量減少空間體積是寒地體育場(chǎng)館適候性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。加拿大卡爾加里冬奧會(huì)冰球館，采用馬鞍形的雙曲懸索屋面結(jié)構(gòu)，有效地降低了2萬(wàn)座席大型場(chǎng)館比賽廳中部空間的高度，起到了節(jié)能適寒的作用。

表皮應(yīng)變。建筑表皮是熱交換的主要界面，表皮的性能直接影響建筑的能耗。寒地建筑從防寒的角度出發(fā)表皮大多厚實(shí)、封閉。長(zhǎng)野市綜合體育館在此基礎(chǔ)上結(jié)合寒冷地區(qū)冬夏季氣候變化明顯的特點(diǎn)，采用雙層可調(diào)節(jié)式外墻構(gòu)造。通過(guò)建筑表皮的性能調(diào)節(jié)，適應(yīng)氣候條件的季節(jié)性變化，達(dá)到更加高效節(jié)能的內(nèi)部空間性能控制效果。

防風(fēng)與用風(fēng)。冬季寒風(fēng)的吹襲能夠?qū)е聢?chǎng)館內(nèi)部氣流的不穩(wěn)定，更能帶走大量的熱量。與南方建筑強(qiáng)調(diào)通風(fēng)降溫不同，寒地建筑更加注重冬季的防風(fēng)。但如能夠通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，在防御的同時(shí)利用風(fēng)的作用，冬季排雪、夏季降溫，實(shí)現(xiàn)防用結(jié)合，更有助于場(chǎng)館對(duì)地域氣候的適應(yīng)。日本札幌穹頂體育館根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)環(huán)境進(jìn)行了有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。場(chǎng)館北向封閉、南向開(kāi)敞，同時(shí)根據(jù)風(fēng)環(huán)境分析，對(duì)場(chǎng)館形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，使建筑具備良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能。冬季防風(fēng)的同時(shí)，利用風(fēng)力吹走屋面的積雪；夏季南向界面開(kāi)啟，將風(fēng)引入室內(nèi)，帶來(lái)清新的空氣并降低室內(nèi)溫度。

合理用光。體育建筑空間進(jìn)深大，合理地應(yīng)用自然采光可以減少照明能耗，并能給室內(nèi)帶來(lái)自然怡人的空間感受，在寒地冬季寒冷的氣候條件里使內(nèi)部空間的舒適性大大提升。長(zhǎng)野冬奧會(huì)速滑館利用屋蓋之間的高差設(shè)置采光天窗。光線通過(guò)折射進(jìn)入室內(nèi)，在有效避免炫光的基礎(chǔ)上，形成了開(kāi)敞、明亮的內(nèi)部空間感受（表8）。

1 加拿大卑詩(shī)穹頂原狀、屋頂撕裂塌陷及改造后照片

2 日本大館樹(shù)海穹頂外觀及屋頂排雪技術(shù)綜合應(yīng)用[8]

3 日本太陽(yáng)之鄉(xiāng)體育館的太陽(yáng)能綜合利用[7]

除以上主要手法之外，通過(guò)觀眾休息廳和輔助用房設(shè)置氣候緩沖區(qū)，利用大地通過(guò)下沉和覆土提高熱穩(wěn)定性等一系列手法，都是改善寒地體育場(chǎng)館空間性能氣候適應(yīng)能力的有效途徑，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)具體情況合理采用并不斷進(jìn)行創(chuàng)新探索。

3.4 技術(shù)適宜

“適宜”在《辭?！分芯哂小昂线m、相宜”的意思，強(qiáng)調(diào)和諧統(tǒng)一、調(diào)和折中，認(rèn)為事物的發(fā)展過(guò)猶不及。寒地體育場(chǎng)館的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用必須考慮地域?qū)嶋H的自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)制約，一方面技術(shù)應(yīng)用要適合于寒地實(shí)際的環(huán)境條件；另一方面，要講求實(shí)際使用效果，在實(shí)際能力可承受的范圍實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益、投入與產(chǎn)出的綜合平衡與優(yōu)化。合理的技術(shù)措施能夠取得良好的應(yīng)用效果。反之，盲目應(yīng)用，片面迷信高新技術(shù)，在帶來(lái)大量資金投入增長(zhǎng)、建設(shè)難度增加的同時(shí)，不但不能解決問(wèn)題，甚至還會(huì)產(chǎn)生一系列問(wèn)題。

例如，加拿大溫哥華舉辦2010年冬奧會(huì)的卑詩(shī)穹頂體育館，屋頂采用充氣膜結(jié)構(gòu)，但由于大風(fēng)和降雪等惡劣的氣候條件，體育館屋頂多次出現(xiàn)坍陷和撕裂事故，不得不改為懸索結(jié)構(gòu)（圖1）。在哈爾濱國(guó)際會(huì)展體育中心最初的方案設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，也有外國(guó)建筑師提出過(guò)采用膜結(jié)構(gòu)屋面的設(shè)想，但終因不適應(yīng)哈爾濱冬季寒冷的氣候條件，能耗過(guò)高而被放棄。與之相對(duì)比，日本大館樹(shù)海體育館、音更町綜合體育館、鳥(niǎo)取穹頂?shù)葓?chǎng)館，專(zhuān)門(mén)針對(duì)當(dāng)?shù)亟笛┝看蟮臍夂蛱卣?，進(jìn)行了屋面排雪的技術(shù)研究和設(shè)計(jì)（圖2）；而日本的太陽(yáng)之鄉(xiāng)體育館結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況綜合運(yùn)用了太陽(yáng)能和地?zé)豳Y源（圖3），以上成功案例都是從地域的實(shí)際情況出發(fā)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，取得了良好的效果。

當(dāng)代，技術(shù)發(fā)展日新月異，太陽(yáng)能、地源熱泵、生態(tài)幕墻、綠色屋頂、智能空調(diào)等大量新結(jié)構(gòu)、新材料和新設(shè)備不斷涌現(xiàn)。這既增加了技術(shù)選擇的多樣性，同時(shí)也要求設(shè)計(jì)師本著實(shí)事求是的態(tài)度理性對(duì)待，探索建筑技術(shù)與地域環(huán)境的科學(xué)結(jié)合、相適相宜。

4 結(jié)論

當(dāng)代，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)于地域性、差異性和多樣性的追求也越來(lái)越強(qiáng)烈。低碳與可持續(xù)發(fā)展等普世價(jià)值觀在被認(rèn)同的同時(shí)，其實(shí)現(xiàn)途徑必須與地域具體的實(shí)際情況相結(jié)合，走多元化、本土化的發(fā)展道路。寒地嚴(yán)苛的氣候條件，制約著體育場(chǎng)館的功能、形象、空間和技術(shù)等方方面面，既帶來(lái)了挑戰(zhàn)也蘊(yùn)含著機(jī)遇。寒地體育場(chǎng)館設(shè)計(jì)必須尊重自然氣候條件，根植于地域的自然與社會(huì)現(xiàn)實(shí)，通過(guò)對(duì)地域環(huán)境的深入挖掘與凝練，走與地域環(huán)境和諧發(fā)展、綜合適應(yīng)的特色創(chuàng)新之路?！?/p>

[1] 梅洪元，適宜與適度理念下的寒地建筑創(chuàng)作，城市·環(huán)境·設(shè)計(jì)，2012.（1+2）: 276-279.

[2] 氣候適應(yīng)設(shè)計(jì)策略，百度文庫(kù)，www.wenku.baidu.com.

[3] 梅洪元，張向?qū)帲謬?guó)海， 東北寒地建筑設(shè)計(jì)適應(yīng)性技術(shù)策略，建筑學(xué)報(bào)，2011（9）: 10-12.

[4] 梅洪元，寒地建筑，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[5] 梅洪元，王飛，張玉良，低能耗目標(biāo)下的寒地建筑形態(tài)適寒設(shè)計(jì)研究，建筑學(xué)報(bào)，2013（11）: 88-93.

[6] 唐佳駿，羅鵬，及強(qiáng)，大興安嶺體育文化中心， 城市建筑，2013（11）: 88-92.

[7] 羅鵬，大型體育場(chǎng)館動(dòng)態(tài)適應(yīng)性設(shè)計(jì)研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

[8] UIA/JIA, Sports facilities in cold and snow-covered area, Nagno Winter Olympic Game Memorial International Seminar, Tokyo, 1998.

Regional Adaptable Design of Sports Venues in Response to Cold Climate

People, climate and architecture relate to each other and form an organic system. In cold regions, the natural environment, culture and human behavior are affected by climate conditions, and manifest common and distinctive features. As a unique building type, the function, form, space, performance and technology of sports venues are different from other buildings. In this paper, by analyzing the result of the surveys of the competitive sports and fitness behavior characteristics, as well as the conditions of the building and using of the sports venues in winter-cities, the relationship between the adaptability of the venue and the cold climate and the influencing factors are elucidated. Then in combination with the design practices and case study, the design strategies to improve the regional adaptability are explored from the four aspects as follows: the function fitting the needs of society, the form fitting the regional landscape, the physical performance fitting the cold climate and the suitability of technologies, in order to realize the design aims of the sports venues in cold region to implement low-carbon, high-efficiency and sustainable development.

climate, cold region, sports venue, regional adaptable design

哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院

2015-08-30