解构大跨度网红体育馆的空间美学

□四川日报全媒体记者 王若晔

　　大运会之后，四川又将迎来重大体育赛事。8月7日，2025年第12届世界运动会将在成都拉开帷幕，这是中国大陆首次举办该项全球性体育盛会。
　　场馆是运动竞技、观赛的主要载体，历来是重大赛事的一大看点。大家见过的赛事场馆多为大跨度建筑，可满足多种功能需求和大量人群的活动。在令人震撼而又轻巧优美的“跨越”背后，是诸多前沿科技、理论和先进材料的坚实支撑。四川有啥“硬核”大跨度建筑？这些建筑如何建成？

新闻名词
　　大跨度钢结构公共建筑，通常指的是跨度较大（一般在60米及以上），采用钢结构作为主要承重体系的公共建筑，广泛应用于需要大空间、无立柱支撑的场合，如体育馆、展览馆、剧院、大会堂、医院门厅、候机大厅等人员密集型公共建筑。主要特点是跨度大、空间利用率高、造型美观、抗震性能好。

刚与柔
　　在众多体育建筑中，凤凰山体育公园足球场占有一席之地，这是世界首例大开口索穹顶结构大跨度建筑。
　　站在凤凰山体育公园内，抬头可见天空，建筑穹顶由561根拉索与钢杆相互交织，像是工匠以坚韧丝线编织的银色“巨网”。看似薄如蝉翼，却举重若轻，向内延伸的屋盖最大悬挑达到了64米。穹底之下，是绿草如茵的足球场和可容纳6万观众的坐席。
　　结构相当于建筑骨骼，承载了整个建筑的荷载，确保建筑能够站立起来。而大跨度建筑规模宏大，专业难度很高，被誉为建筑王冠上的明珠。“大跨度结构最大影响因素是自重，结构的承载力中，有很大一部分要用来抵抗自重产生的荷载效应，所以减轻自重很重要。”中国建筑西南设计研究院有限公司总工程师冯远说，合理的结构体系也很关键，这样才能达到事半功倍的效果。此外，还要发挥建筑形状的效率，利用空间结构三维受力形式，最大程度发挥材料的特性，最终使结构能更经济地跨越更大空间。
　　在凤凰山体育公园，结构工程师采用了经典的马鞍形双曲面单层索穹顶结构，来实现200米的大跨度。
　　索穹顶结构是一种结构效率极高、用材很省的结构，在国内外体育建筑多有应用。2016年，雅安天全建成了跨度77.3米的索穹顶体育馆屋盖，是国内首个全刚性屋面索穹顶结构。
　　不过，国内外的索穹顶结构普遍用于封闭屋盖体育馆设计。由于建筑功能和观众视线等设计，足球场罩棚中部往往具有大开洞，开洞尺寸接近甚至超过结构长度或宽度的一半。看起来就好像是将封闭的体育馆顶部“开个洞”，但实现建筑美观、安全、简洁、高效，是一个复杂而庞大的工程体系。
　　凤凰山体育公园在大开口索穹顶结构设计上首次将索穹顶结构用于非封顶的罩棚中，提出了大开口内环刚性索穹顶结构，拓展了索穹顶结构的应用范围。
　　“罩棚覆盖材料选择上，足球场项目选择了通透率较高的膜材，不仅可大大降低荷载，减小对主体结构的影响，通透轻盈的屋面还有利于优质草坪的维护保养，保证观众的观赛体验。”冯远说。
　　看似单薄的穹顶，承载力却非常高。通过对拉索施加张拉力，让本身柔软的拉索变得刚硬，就像绷紧的弓弦，撑起45000平方米的屋面。

力与美
　　规模宏大的大跨度建筑，建立在严谨的力学原理基础上，又需要充分考虑使用功能、建筑形态和建筑美学等要求，是科学和艺术的结晶。
　　“结构的设计与构建会直接影响人们的体验，因此，理解人的需求至关重要。尽管结构是强技术性的，但将人放在中心，才能真正做好结构。”冯远说。
　　在大跨度体育场馆设计中平衡力学与建筑美学，提升城市功能与人文体验，“飞碟”造型的成都东安湖体育公园体育场是一个典型例子。体育场屋盖，建筑团队巧妙设计了一个300米长的全景高空展厅及平台，游人站在这里，可将成都龙泉山和东安湖的山水美景尽收眼底。
　　体育场馆设置观景平台，在全国非常少见。相较于视野有遮挡的传统场馆，成都东安湖体育公园体育场在传统大跨度轻型屋盖上，设置超长重型楼盖，并预留观光、展览、健身、休闲、娱乐、餐饮等多种建筑功能荷载，进一步提升大型体育场馆的复合利用率。
　　建筑设计中，常遇到力学和美学要求“打架”的情况。在成都东安湖体育公园体育场观景平台设计中，屋盖外围的交叉支撑杆件，对结构整体抗扭性能至关重要，但这些杆件却会影响观景平台空间使用效果及平台通行。
　　结构受力与使用出现了矛盾，这给设计带来了挑战。“取消外围交叉撑杆能满足观景平台要求，但是影响结构的性能。”冯远说，设计采取策略，利用内部交通筒在其周边设置斜撑杆，形成间断错位布置的内置撑杆。这种传力转换式平台结构既能满足高空观景空间的开阔性和平台出入功能的通畅性需求，又能满足结构的受力性能。

对话
自然带给我许多结构设计的灵感

【专家名片】
　　冯远，全国工程勘察设计大师、中国建筑西南设计研究院有限公司总工程师、“国家卓越工程师团队”中建西南院高性能大跨度空间结构团队主持，长期致力于高性能大跨度空间结构的探索，先后主持设计了成都凤凰山体育公园足球场、郑州奥林匹克体育中心、四川雅安天全县体育馆等项目工程。
　　记者：您设计的第一个大跨度建筑是什么？
　　冯远：是1991年的德阳市体育馆，这个工程是对角线长105米的双曲马鞍面网壳结构，在当年对我们来讲是个很大的挑战。因为当时行业里对空间结构的认识很不够，没有商业软件，设计手段和工具都极度匮乏，当时，我们大胆采用了双曲抛物面双层钢网壳结构，使德阳体育馆成为当时国内同结构形式中跨度最大的体育馆，这是我们的第一个里程碑项目。算起来我们团队大跨度空间结构的设计之路走过了多年历程，其间陆续做了多个项目，收获了多个世界、国内首个和第一。
　　记者：您从哪里汲取建筑灵感？
　　冯远：自然形态给了我很多视觉的印记，带给我很多关于结构设计的启发。比如成都露天音乐公园采用的双曲抛物面单层索网结构，就是受纤细而高强的蜘蛛网特性启发，做出富有张力的“索”结构，采用双曲抛物面单层索网结构，屋盖跨度90米，仅两点落地的拱脚距离180米，为剧场提供了巨大的开敞空间，草坪由室内自由延伸至室外，形成广阔的广场空间。
　　又比如贝壳常呈曲面形状，作为受压壳体，具备优良的刚度，且由钙质构成，抗压能力极强，贝壳高抗压性能启发我们做一个大空间的“壳”结构，对应的项目是成都现代五项赛事中心游泳击剑馆的铝合金单层网壳。
　　记者：大跨度建筑发展已有几十年，结构跨度的极限在哪里？
　　冯远：这些年，我们探索成功了一些采用新的结构体系和新型材料的项目，为企业和行业技术发展提供了成功案例。我们聚焦探索各种结构型式的适用范围和跨度边界，也就是针对不同的建筑形体寻找最适用的结构型式，并且把这种结构型式的跨度不断增加，找到不能成立的那个跨度边界值。我们目标是800米跨度，实际上我们最终做到了1200米跨度。科技发展没有止境，我们的探索也不会停止。