隨著“健康中國”發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)、全民健身理念深入人心,公眾對體育運(yùn)動和健身活動的熱情不斷提高,客觀上對體育健身場所建設(shè)的數(shù)量和質(zhì)量都產(chǎn)生了不斷增加的需求。國家也相繼頒布實(shí)施了一系列政策以鼓勵(lì)相關(guān)配套體育設(shè)施的建設(shè)和落實(shí)。與此同時(shí)，城市高密度背景下土地使用日益緊張，體育設(shè)施建設(shè)用地相對不足，因此如何在寸土寸金的城市高密度區(qū)域拓展體育空間以滿足公眾日益增長的運(yùn)動健身需求，是未來城市土地使用和空間規(guī)劃必須要考慮的重要問題。在此背景下，近年來出現(xiàn)了利用地下空間建設(shè)體育建筑的發(fā)展趨勢。
01地下體育建筑發(fā)展概述
傳統(tǒng)意義上的體育建筑地下空間主要是作為停車庫、設(shè)備用房或服務(wù)配套功能使用。地下體育建筑由于其自身的復(fù)雜性，常面臨著結(jié)構(gòu)難度大、造價(jià)高、人員疏散困難等現(xiàn)實(shí)問題，相關(guān)理論和實(shí)踐項(xiàng)目較少。地下體育建筑發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)70年代，隨著人們開始對地下空間進(jìn)行開發(fā)利用，文化體育設(shè)施等公共建筑也開始向地下延伸，建成了一些對今后發(fā)展產(chǎn)生積極影響的地下體育建筑。進(jìn)入21世紀(jì)以來，依托地鐵建設(shè)，許多國家開始大規(guī)模開發(fā)利用地下空間。其中，芬蘭、挪威等北歐國家在地下空間開發(fā)利用方面處于世界前列，美國、日本等國家的地下空間建設(shè)也較為完善，在此期間也建成了一些有代表性的地下體育建筑。近年來，隨著我國城市高密度的快速發(fā)展，許多城市陸續(xù)開展了地下空間規(guī)劃工作，完善了地下建筑相關(guān)規(guī)范，建造技術(shù)體系也日益成熟，這使得地下體育建筑越來越成為可能，成為一種新的選擇。地下體育建筑在某種程度上可以實(shí)現(xiàn)城市土地的高效利用和城市體育配套功能的完善(表1)。
02地下體育建筑開發(fā)動因
2.1 城市體育用地緊張
隨著我國新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，鄉(xiāng)村人口大量涌入城市，高密度化的城市人口又進(jìn)一步導(dǎo)致更多城市空間需求的產(chǎn)生。在此背景下，城市可建設(shè)用地日益緊張、容積率提升、土地價(jià)格飛漲、人地矛盾日益突出。與此同時(shí)，民眾日益高漲的運(yùn)動健身熱情使體育人口呈現(xiàn)出逐年增長的態(tài)勢，群眾有關(guān)開拓更多體育設(shè)施的呼聲不斷，各地體育健身場地不足問題日益凸顯。根據(jù)國家體育總局發(fā)布的《“十四五”體育發(fā)展規(guī)劃》，2020年底我國人均體育場地面積達(dá)到2.2m2，未來五年人均體育場地面積將達(dá)到2.6m2。面對公眾日益增長的體育健身需求，必須尋求更為高效的發(fā)展途徑。由于城市土地價(jià)格不斷上漲，比起土地成本，建設(shè)費(fèi)用所占比重有所下降，如果將部分體育功能下沉到地下可以有效提升城市高密度區(qū)域土地的使用效率，緩解當(dāng)前城市日益緊張的用地壓力。通過地上、地下的城市立體開發(fā)可以拓寬體育設(shè)施發(fā)展新空間，加大全民健身場地設(shè)施供給。
2.2 體育建筑集約化發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求
隨著我國經(jīng)濟(jì)從粗放型向集約型發(fā)展，城市建設(shè)也逐漸從盲目追求標(biāo)志性大規(guī)模的開發(fā)轉(zhuǎn)為可持續(xù)發(fā)展的集約化設(shè)計(jì)。2015年12月舉行的中央城市工作會議，要求堅(jiān)持集約發(fā)展，樹立“精明增長”“緊湊城市”理念，推動城市發(fā)展由外延擴(kuò)張式向內(nèi)涵提升式轉(zhuǎn)變。為了在不增加用地的前提下獲得更多的運(yùn)動面積，滿足更加多樣化的運(yùn)動需求，體育建筑集約化發(fā)展有其內(nèi)在的邏輯必然性。作為集約化發(fā)展的重要設(shè)計(jì)模式之一，體育建筑通過拓展地下空間為體育功能所用，可以進(jìn)一步提升城市土地利用效率，通過地上、地下體育功能的層疊設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更少用地、更多功能的建設(shè)目標(biāo)。
2.3 城市景觀的現(xiàn)實(shí)要求
一味追求城市高密度發(fā)展，很容易導(dǎo)致公共空間品質(zhì)降低、交通擁堵、環(huán)境惡化等城市問題的出現(xiàn)，因此保留城市綠地作為開放空間對于提升城市品質(zhì)具有直接的現(xiàn)實(shí)意義。如果充分利用城市綠地在其下方建設(shè)地下體育建筑，則既可以保留原有城市景觀，又可以實(shí)現(xiàn)與體育設(shè)施配套的雙贏。同時(shí)，新增地面體育設(shè)施往往具有龐大的建筑體量，可能會對城市景觀帶來不良影響，有些城市區(qū)域還會有建筑限高要求，如果將部分體育功能下沉則可以有效降低建筑高度，有利于形成人性化的建筑尺度和親切宜人的城市景觀。此外，地下體育建筑通過設(shè)置下沉式廣場或庭院，可以打造公共開放的室外活動場地，形成豐富立體的城市景觀，將起到提升城市環(huán)境品質(zhì)、調(diào)節(jié)城市生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)城市公共空間活力的重要作用。
03地下體育建筑開發(fā)的可行性
基于體育功能的地下空間開發(fā)在空間、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、采光、消防、疏散等方面都有著一定程度的限制，面臨著諸多開發(fā)及建造難點(diǎn)，但國家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善以及現(xiàn)代建造技術(shù)的不斷發(fā)展使得利用地下空間建設(shè)體育建筑具備了一定的可行性。
3.1 國家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不斷完善
隨著建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，當(dāng)前我國地下空間開發(fā)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。政府部門陸續(xù)出臺、補(bǔ)充修訂了許多相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范，許多城市還編制了詳細(xì)的全市地下空間開發(fā)規(guī)劃。這在一定程度上解決了地下體育建筑建設(shè)過程中經(jīng)常遇到的防火超限問題、土地開發(fā)容量問題、整體規(guī)劃缺失問題等，初步建立起較為完善的地下空間開發(fā)體系，為地下體育建筑后續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。譬如2021年11月公示的《深圳市地下空間資源利用規(guī)劃(2020—2035年)(草案)》在編制內(nèi)容和方法上有著顯著的提升。再比如體育建筑的大跨度空間在進(jìn)行下沉設(shè)計(jì)時(shí)，往往會面臨防火分區(qū)面積超規(guī)、超限的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。2019年12月發(fā)布的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》針對體育活動場所的防火分區(qū)面積進(jìn)行了補(bǔ)充修訂，“建筑中游泳池、消防水池等的水面面積、溜冰場等的冰面面積、滑雪場等的雪面面積，均可不計(jì)入所在防火分區(qū)的建筑面積”。這一修訂擴(kuò)展了地下體育建筑的設(shè)計(jì)邊界，提升了空間設(shè)計(jì)的靈活性。
3.2 現(xiàn)代建造技術(shù)發(fā)展支撐
地下體育建筑具有工程建設(shè)難度大、內(nèi)部空間要求高、采光通風(fēng)局限性大等特點(diǎn)，這使得建設(shè)過程中不得不面對一系列諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建造困難、環(huán)境舒適度差、消防疏散解決困難等問題，然而現(xiàn)代建造技術(shù)的不斷發(fā)展，為以上問題解決提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。例如地下體育建筑對于結(jié)構(gòu)有著較高要求，從體育功能需求出發(fā)，建筑內(nèi)部往往需要無柱的大跨度空間，傳統(tǒng)地上體育建筑通常使用輕盈的鋼結(jié)構(gòu)，然而地下空間這一特殊條件使得地下體育建筑無法選用上部難以承重的常用大跨鋼結(jié)構(gòu)選型。近20年來，各種新型大跨結(jié)構(gòu)的多樣化發(fā)展解決了上述問題，大大提升了地下體育建筑實(shí)際建造的可行性。除此之外，綠色智能調(diào)控技術(shù)的成熟可以有效解決地下空間的通風(fēng)、采光問題，可以保證進(jìn)行體育活動時(shí)人體舒適度和室內(nèi)環(huán)境滿意度，為地下體育建筑發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。
04地下體育建筑開發(fā)的類型
4.1 根據(jù)功能分類
(1)城市型地下體育建筑城市型地下體育建筑是指位于城市公共空間，面向公眾開放，或?yàn)橹苓吷鐓^(qū)提供公共服務(wù)的地下體育場館。地下體育建筑發(fā)展伊始，面積普遍較小，輻射范圍多為周邊，屬于社區(qū)服務(wù)型建筑。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和地下空間開發(fā)的推進(jìn)，城市型地下體育建筑體量逐漸增加，甚至可以作為面向全市的大型體育場館。在高密度城市背景下，許多城市綠地和開敞空間不足，城市公共空間環(huán)境品質(zhì)亟待改善。因此目前城市型地下體育建筑多為覆土建筑，地上空間往往被設(shè)計(jì)成綠地公園或城市廣場。1997年建成的日本大阪中央體育館是一座典型的城市型地下體育建筑。體育館地下共3層，可容納近萬人觀看比賽，提供了多種復(fù)合型功能空間。如此巨大的建筑體量卻被完全藏在八幡屋公園綠地下方，僅有兩個(gè)穹頂?shù)囊徊糠致冻龅孛妗ｓw育館的整體設(shè)計(jì)與自然景觀巧妙結(jié)合，保留了城市綠地，并為公眾釋放了更多的地上公共空間用于戶外體育活動。此外，法國費(fèi)奈Longvic體育中心、日本Omiyamae體育館、中國揚(yáng)州體育館、徐家匯體育公園等也都屬于城市型地下體育建筑的典型案例。
(2)校園型地下體育建筑校園型地下體育建筑是指位于校園內(nèi)部，主要服務(wù)于學(xué)生的地下體育建筑，其地上往往是室外體育場地。1979年建成的美國喬治城大學(xué)亞斯特體育館利用校園原有體育場地下空間拓展運(yùn)動功能，將室外體育場層疊在體育館上方，屬于典型的校園型地下體育建筑。通常體育設(shè)施是校園規(guī)劃中占地面積較大的服務(wù)設(shè)施，譬如最為常見的400m標(biāo)準(zhǔn)田徑場就需要近1.6萬m2的建設(shè)用地，這將導(dǎo)致很多校園用地緊張。為了有效提高校園土地的使用效率，目前出現(xiàn)了“上天入地”的綜合發(fā)展思路，“上天”即利用校園建筑屋頂進(jìn)行建設(shè)，“入地”則是向地下空間發(fā)展，建設(shè)地下體育場館。例如北京大學(xué)附屬中學(xué)將體育場館建設(shè)在田徑場下方的地下空間內(nèi)，可以容納 6個(gè)籃球場、6個(gè)乒乓球場以及6個(gè)羽毛球場，有效拓展了校園體育空間。
4.2 根據(jù)剖面分類
(1)全地下體育建筑全地下體育建筑是指建筑主體完全埋于地下，只有局部采光通風(fēng)井或疏散樓梯間暴露在地面之上，完全為城市綠地、廣場、公園或室外體育場騰出地上空間。此種模式可以提高土地使用效率，保證地上、地下兩種功能空間的完整性。建筑完全消隱于地下，最大程度上削減了大體量體育建筑對于城市環(huán)境的影響，有利于提升高密度城市背景下的公共空間品質(zhì)。BIG設(shè)計(jì)事務(wù)所為丹麥Gammel Hellerup高中設(shè)計(jì)的地下多功能體育館便是一個(gè)經(jīng)典的全地下體育建筑項(xiàng)目。新體育館位于校園中心廣場地下5m處，占地約1100m2。為了不影響學(xué)?，F(xiàn)存建筑的采光、不改變現(xiàn)有的校園中心廣場，建筑主體完全被埋于地下，為校園公共活動讓出地上空間。設(shè)計(jì)師巧妙設(shè)計(jì)了丘陵般的起伏屋面，作為大型的廣場裝置給學(xué)生們提供了一個(gè)開展體育活動和社交聚會的場所，成為校園內(nèi)一道靚麗的風(fēng)景。
(2)半地下體育建筑半地下體育建筑是指將原本全埋地下的體育建筑首層抬高以解決采光通風(fēng)問題，或者將原本處于地上的體育建筑下挖以拓展空間高度，進(jìn)而形成處于一定高度的室外體育場和半地下室內(nèi)體育空間的一種建筑類型。這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于大跨度體育空間并沒有完全被埋入地下，而是進(jìn)行了抬高處理，形成了可用于地下空間采光的側(cè)界面，大大降低了采光通風(fēng)和消防疏散的設(shè)計(jì)難度。在法國普拉伯內(nèi)克體育館項(xiàng)目中，輔助功能空間圍繞主題球場呈“U”型布置，被整體埋入地下，以減少對地面景觀的侵占，主題球場也下沉處理，從而降低了建筑的體積感。主空間由于高度需求，仿佛懸掛的玻璃盒子般暴露在地面以上，給室內(nèi)帶來了充足采光和面向周圍自然景觀的開闊視野。南京師范大學(xué)附屬中學(xué)體育活動中心也是半地下體育建筑，根據(jù)不同的功能凈高要求分別下挖2.6~6.9m，將300m田徑場置于地面上方2.2m處，不僅改善了地下體育建筑的通風(fēng)和采光，而且滿足了內(nèi)部復(fù)合多功能空間的高度需求。
(3)部分體育功能空間下沉的體育建筑體育功能層疊布置是當(dāng)前體育建筑重要的發(fā)展趨勢之一，層疊式體育建筑在垂直方向通過緊湊高效的空間布局，滿足多樣化的體育功能要求。在層疊式體育建筑中，我們可以根據(jù)建筑高度要求以及實(shí)際功能需要，將局部體育空間下沉，并結(jié)合下沉廣場或庭院等設(shè)計(jì)要素，起到實(shí)際功能和立體景觀兼顧的效果。西班牙馬德里的弗朗西斯科維多利亞大學(xué)綜合體包含體育館、游泳館、多功能大廳、健身場地以及康復(fù)用房等多種功能，其中游泳館被安排在了地下，并在一側(cè)設(shè)置下沉式庭院，以實(shí)現(xiàn)自然采光和通風(fēng)。北京大興區(qū)西紅門體育中心也采用了相似的手法，將游泳館置于地下一層，有效降低了建筑主體高度，結(jié)合下沉廣場打造了立體化的城市景觀(表2)。
05地下體育建筑的設(shè)計(jì)要素
5.1 結(jié)構(gòu)選型
體育建筑結(jié)構(gòu)選型多為大跨空間結(jié)構(gòu)，如拱結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、張弦梁結(jié)構(gòu)、索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)等。不同于地上建筑，地下體育建筑的結(jié)構(gòu)需要承載上部荷載、滿足更高的防火要求，并降低造價(jià)，因此在實(shí)際建設(shè)中結(jié)構(gòu)選型應(yīng)綜合考慮各種因素的影響，以滿足經(jīng)濟(jì)、適用、美觀的建設(shè)目標(biāo)。當(dāng)前校園體育建筑和一些小型地下體育建筑主要使用梁柱框架體系，如北京市第八中學(xué)地下綜合館的內(nèi)部大空間可容納2片標(biāo)準(zhǔn)籃球場地、12片標(biāo)準(zhǔn)羽毛球場地，其結(jié)構(gòu)選型采用梁高約為2m的密肋梁承接上部室外體育場的荷載。除此之外，上文介紹的北京大學(xué)附屬中學(xué)體育館也使用了框架結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系雖然經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但無法更好地滿足體育建筑空間的整體性和體育功能的多樣性。近年來，隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)與建造技術(shù)的發(fā)展，針對層疊式大跨度結(jié)構(gòu)的研究逐漸拓展到混合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，譬如北京林業(yè)大學(xué)體育場地下空間擴(kuò)建項(xiàng)目中就應(yīng)用了混合盒式結(jié)構(gòu)。混合結(jié)構(gòu)往往具有更大的跨度，更低的用鋼量，在降低工程造價(jià)的同時(shí)，也滿足了各種體育功能對于空間的需求。
5.2 功能流線
一般競技型體育場館通常利用室外大樓梯引導(dǎo)觀眾到達(dá)二層平臺作為入場觀眾流線，并實(shí)現(xiàn)與運(yùn)動員、裁判員、媒體、賽事工作人員以及貴賓等流線的分離。在地下體育建筑中，由于比賽空間的下沉，普通觀眾可從地面層直接進(jìn)入，減少了流線長度，有利于入場和疏散。運(yùn)動空間的下沉雖然有效縮短了普通觀眾的流線長度，但會相應(yīng)增加其他使用者的流線長度，并使流線組織復(fù)雜化，這是應(yīng)該特別關(guān)注的問題。地下體育建筑的主入口需要同時(shí)考慮室外體育場、地下體育館等多個(gè)標(biāo)高的流線設(shè)計(jì)，需要合理組織并引導(dǎo)人員進(jìn)入地下體育建筑，實(shí)現(xiàn)從地面到達(dá)地下的便捷性。除此之外，城市型地下體育建筑的流線組織，還應(yīng)當(dāng)考慮與城市軌道交通銜接的可能性，方便城市市民到達(dá)和使用。
5.3 通風(fēng)采光
地下體育建筑的室內(nèi)通風(fēng)包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩大類型。一般大型體育建筑由于空間進(jìn)深大，建筑整體能耗中照明能耗和空調(diào)能耗占總能耗的80%左右。由于地下空間的封閉性、采光難度大，地下體育建筑更加依賴機(jī)械通風(fēng)和人工照明，主要通過送風(fēng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣流動，加強(qiáng)與室外空氣交換，以達(dá)到提高地下體育空間健康舒適度的目標(biāo)。然而完全封閉的地下空間會使人產(chǎn)生生理和心理的不適，機(jī)械通風(fēng)和人工照明也會消耗大量能源，不符合當(dāng)下建筑節(jié)能的發(fā)展趨勢。在場地條件允許的情況下，如何設(shè)計(jì)地下體育空間以實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)、引入自然光線，是設(shè)計(jì)師需要著重考慮的設(shè)計(jì)要素。地下體育建筑自然通風(fēng)采光可以通過局部抬高設(shè)置高天窗實(shí)現(xiàn)，這種方式可以減少對地面空間的影響并且有利于避免眩光。除此之外，設(shè)置下沉式庭院或廣場配合側(cè)向采光也是常用的設(shè)計(jì)方法之一。此種方法采光量大，并且可以結(jié)合綠植設(shè)計(jì)，共同營造出人性化的地下運(yùn)動環(huán)境。
5.4 消防疏散
地下體育建筑依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范被定義為地下空間，因此既要滿足地下空間相關(guān)的消防疏散要求，又要兼顧體育建筑的功能使用。由于一些體育運(yùn)動空間面積較大，如何解決體育空間劃分與防火分區(qū)面積限制之間的矛盾，以及消防設(shè)施設(shè)備布置的密集是需要重點(diǎn)解決的問題。下沉廣場是地下體育建筑經(jīng)常使用的設(shè)計(jì)要素之一。通過設(shè)置下沉廣場，不僅提高了地下體育場館的通風(fēng)和采光，而且可以作為人員疏散的緩沖區(qū)，從而較好避免人員擁擠和排隊(duì)現(xiàn)象，有利于提高人員疏散的安全性。通向下沉式廣場的疏散出口應(yīng)盡可能地增加，且分布均勻，營造更加有利的人員疏散環(huán)境。此外，由于體育運(yùn)動空間的疏散距離較大，實(shí)際項(xiàng)目中通常使用避難走道和下挖環(huán)形消防車道來保障地下體育空間的防火安全。下沉消防環(huán)路還可與下沉廣場結(jié)合，用于消防車登高作業(yè)場地，增加消防場地面積。由于地下體育建筑的消防規(guī)范要求較高，在以上策略無法解決的狀況下可以運(yùn)用性能化設(shè)計(jì)方法，充分考慮體育功能、使用面積、人員密度和疏散流線等因素，對每個(gè)具體項(xiàng)目進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)。
06結(jié)語
當(dāng)前城市高密度區(qū)域普遍面臨公眾體育需求增加和城市體育用地緊張的問題，地下體育建筑擁有充足的發(fā)展動因和廣闊的發(fā)展前景，是積極拓展體育空間的有效模式之一。利用地下空間開發(fā)體育建筑是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌考慮結(jié)構(gòu)選型、功能流線、通風(fēng)采光、消防疏散等設(shè)計(jì)要素，而地下空間相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善和現(xiàn)代建造技術(shù)的發(fā)展為其實(shí)際落地的可行性提供了有力支撐。通過體育運(yùn)動空間的下沉，可以有效提高城市容量，增加城市體育設(shè)施的有效供給，最大限度地保留城市綠地和開放空間，對于提升城市景觀，促進(jìn)高密度城市區(qū)域的集約化發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
