从亚运到奥运：奥体中心体育场改扩建工程中的设计创新

　　随着北京奥运会的日益临近，许多奥运场馆已经纷纷展现在世人面前。而在北京众多的奥运场馆之中，有一批被称为改扩建场馆的建筑群体，它们并不像“鸟巢”、“水立方”、国家体育馆这些新建场馆那样广受关注，但却同样承担着奥运会的许多重要比赛项目。同时，这些项目的建成也正在为城市自身的改造更新做出积极的贡献，这些场馆就是当年的“亚运场馆”。
　　从北京承办1990年第十一届亚运会到2008年承办第二十九届奥运会，整整18年过去了。当年为亚运会新建及改造的33个各类场馆，不仅成功举办了亚运盛会，赛后更为提高北京市民的健康水平发挥了重要作用。
　　十几年后，当北京为申办2008年奥运会而进行场馆普查发现，由于多种原因，亚运会的部分体育场馆在亚运会后曾长期处于闲置状态，或没能充分被利用，甚至有部分场馆被改为它用。以国家奥林匹克体育中心的英东游泳馆为例，该馆在建成后几乎从未承办过正式体育赛事。
　　能否充分利用数量众多的亚运场馆，使其成为奥运会比赛或训练场馆：能否使这些场馆经过改造重新焕发活力特别是在奥运会后作为全民健身场所，使其发挥更大的社会效益。这既是城市自身改造更新过程中的重要机遇，更是能否真正落实中央提出“节俭办奥运”思想的重要体现。
　　正因为如此，一批基础条件较好的亚运会场馆，经过改造将成为本次北京奥运场馆的重要组成部分，并将再次以崭新的面貌展现在世人面前。这其中就包括国家奥林匹克体育中心体育场、英东游泳馆、体育馆及曲棍球场，工人体育馆、工人体育场、首都体育馆、丰台垒球场等场馆。
　　而笔者作为主要设计师全程参与了这其中改造难度最大，改变也最多的项目——国家奥林匹克体育中心体育场改扩建工程。
　　
　　工程现状分析
　　
　　国家奥林匹克体育中心(以下简称奥体中心)的设计完成于1987年是我院马国馨院士和其他老一辈建筑师的杰出代表作。当时提出的许多设计理念都曾经是国内首创，并对我国体育建筑设计的发展产生过深远的影响。例如，奥体中心规划中，首次提出并实现了人、车完全分流的交通系统，首次实现了全部场地及建筑物的无障碍通行系统等等。而在建筑材料、色彩、设计手法乃至建筑细部处理上也都经过了统一而精心的设计，成为完整的整体。
　　经过近20年的使用，奥体中心内部结构依然保存完好，但由于当时国力所限，许多建设标准偏低，众多场馆的设施、设备普遍存在老化陈旧的问题，功能用房面积、布局、看台数量等情况，均远远不能满足2008年奥运会比赛和日益增长的全民健身的要求，需进行全面的改造和扩建。
　　奥体中心体育场位于奥体中心西南部，是奥体中心的重要场馆之一。该场原有建筑面积20000m²(实际功能用房仅有8000m²，其余为高架平台面积)，仅东、西两侧设有单层看台，JAR有西侧看台局部有罩棚，设有观众坐席18000个。
　　当时出于国家财力等方面的限制，无法建造一个大型体育场但仍然为未来的扩建预留了条件，比如看台支撑部分的结构就预留了加建的可能，这也为本次改扩建打下了良好的基础。
　　
　　体育建筑功能需求及设计理念的变化趋势
　　
　　
　　从北京的亚运会开始，近十几年来全国各地在承办国际单项比赛、全运会、城运会等赛事过程中，先后建设了一大批新的体育场馆。在国外，体育建筑的设计理念也一直在不断发展，特别是近几届奥运会及世界杯足球场的场馆设计，体育建筑的建设迎来了一个又一个建设高潮。
　　虽然没有机会参加当年亚运场馆的设计，但通过场馆改扩建的设计，为我们提供了一个独特的视角：即通过分析单个体育建筑近20年的前后变化，通过对比新旧的体育建筑设计实例，可以管窥我国体育建筑的发展历程，总结体育建筑发展的趋势。
　　总的来说，当前体育场馆的设计可以用两个趋势来概括：其一，场馆设计以最大限度满足不断变化的体育比赛需要为中心，以充分满足现场观看及电视转播需求为依据其二，赛后运营日益成为场馆设计面对的重要问题，无论是新建场馆还是改造场馆均如此。甚至有国外知名的体育建筑设计公司提出第四代体育建筑设计理念，即以赛后运营为核心，满足大型体育赛事要求的场馆设计。
　　从这个意义上审视北京20世纪80年代为举办亚运会建设的一系列场馆，包括奥体中心体育场在内，由于时代的原因，无论是建设标准，设计理念还是建筑技术水平，都与目前国际体育建筑的发展水平有了较大差距。特别是功能需求、赛后经营理念、结构技术等方面，都有了很大发展。
　　而此次北京奥运会无疑提供了一个良好的契机，成为众多亚运场馆重新焕发活力、发挥更多社会及经济效益的大好时初。
　　
　　奥体中心体育场改扩建的目标
　　
　　根据2000年申办北京奥运时的承诺，改扩建后的奥体中心体育场将承办2008年奥运会期间现代五项比赛中的马术及跑步项目、男子足球预赛和女子足球决赛。赛后作为国家队训练基地的同时，还将承担国内外相应级别的田径、足球比赛，并面向全社会开放，为全民健身创造条件，
　　设计完成后，由于比赛日程安排方面的原因，在施工阶段才最终确定奥运会期间，奥体中心体育场只作为现代五项的决赛场地使用。实际建成后的体育场，其场地及功能用房完全可以满足国际足球、田径比赛要求。
　　
　　体育场改扩建面临的主要挑战
　　
　　奥体中心体育场改扩建的目标就决定了这次改造将跨越时间的间隔，将一个小型体育场改造成为满足奥运会这种最高级别比赛的全新体育场。这种跨越为我们带来了机遇，也同样带来了巨大的挑战。
　　首先，本次改造是以满足奥运会体育比赛功能为依据，因此赛时功能设计成为本次改造的核心内容之一，同时要兼顾赛后运营的使用要求。然而从规模来说 奥运会要求有40000个永久坐席，而现状体育场坐席数量仅18000个实际功能用房面积仅有8000m²，远远无法满足奥运会的功能要求，必然需要进行大规模的扩建。因此，使用功能设计的合理性成为整个改扩建工程的基础。
　　其次，奥体中心体育场功能需求、建筑规模的大幅度改变，必然导致包括建筑占地、轴网关系、体量高度在内的建筑体形发生重大变化，而这也就决定了奥体中心体育场改扩建的难度极大。如何在充分尊重原有设计思路，合理利用现状结构的基础上，通过采用新的结构形式、技术措施，创造崭新的建筑空间以容纳全新的功能需求，是体育场改扩建面临的重大问题，同时这也为展现体育建筑自身特有的逻辑之美创造了机会。
　　此外，奥体中心建筑群以其特殊的地理位置、独特的造型设计，自上世纪建成以来就成为城市北部重要的地标，其整体建筑形象早已深入人心，而这次体育场的改扩建将会在建筑形体上发生重大变化。因此，如何使改造后体育场在造型、色彩、材料、设计手法等方面与体育馆、游泳馆相协调，并使其成为新的整体展现在北四环及城市北中轴线旁边，进而与北侧奥林匹克公园中心区众多的新建场馆形成对话。可以说体育场改扩建工程城市空间维度的思考，一直是我们从方案构思之初就在考虑的另一个重要方面。
　　由于篇幅所限，而改造工程涉及到的内容又十分繁杂，本文将主要针对当时在设计过程中遇到的以上三个问题进行回顾和思考，以期对今后其他体育场馆的改扩建项目有所帮助。
　　
　　以功能合理性为基础的改扩建设计
　　
　　1.赛时功能用房的扩建与调整
　　奥运会项目无疑是功能及流线最为复杂的体育比赛从赛时运营设计看，满足赛时不同人员的多方面需要，高效、便捷的赛时运转将是场馆改造成功与否的重要标志。具体地说，即保证运动员及教练、竞赛官员、媒体、贵宾、安保、场馆运营、赞助商、观众的功能分区、看台分布合理，流线设计顺畅。
　　首层东、西两侧在保留原有柱网的基础上，将内部空间重新布局，扩充功能用房面积，增加运动员、媒体、竞赛管理、场馆运营等功能用房面积，以满足奥运会的比赛要求。南北两侧新增设备、电气机房及部分场馆运营用房
　　改造后首层建筑面积达到12788m²(不含高架平台面积)，远远超过了现状体育场功能用房面积的总和。这也从一个侧面反应了当今体育场设计中首层功能用房的需求，较之20年前变化幅度之大。
　　2层利用上部新增空间的架空区域增建了开敞式观众大厅，有利于更好地组织观众出入，也为观众提供了良好的休息环境和集散空间。同时，在奥运会期间，观众大厅西侧部分结合媒体看台位置临时封闭，作为媒体工作区，以满足奥运会对媒体临时性用房的需求。观众大厅外侧保留了足够宽度和面积的室外平台环道，保证观众的疏散安全。在环道外侧设置旋转坡道与楼座平台联系，以减少池座观众与经2层平台去楼层的观众流线交叉。
　　为了满足奥运会及大型文体活动对贵宾、赞助商、安保、媒体等特殊人员的要求，在3、4层结合现状看台外侧马鞍形曲线的轮廓，通过加高C、D两轴高度，新增了贵宾休息室、包厢、赞助商休息厅及其他功能用房。西侧形成两层包厢层上层包厢层提供了部分看台。两侧共布置近80套标准包厢，每套包厢约40m²。
　　5层利用新增看台下部空间，作为半开敞式楼座观众休息空间并设有观众服务设施。
　　看台层设计以优先增加视线较好的东西看台为原则，通过东西两侧增建楼座看台及包厢的方式(约12000席) 以及在南北两侧新建池座看台(约10000席)，达到坐席总教量的要求。
　　针对新增罩棚高度较高，而可覆盖面积相对较小矛盾将主席台区上移，入口标高与3层包厢平齐，并借助专用电梯与贵宾入口相连。既解决了原有贵宾区面积狭小、交通不便的问题，又满足了无障碍要求，还满足了主席台区的罩棚覆盖要求。
　　
　　媒体看台位于主席台南侧，运动员看台位于主席台北侧。
　　经过上述调整，功能用房总面积增加到近3万m²，较好地满足了奥运会各种功能分区及流线组织的使用需求同时为将来国际单项足球或田径赛事预留了充分的条件。
　　
　　2.赛后经营设计
　　奥体中心体育场的赛后经营设计，是本次功能改造的另 项重要内容。经过了近20年的运营，奥体中心业主在使用过程中也积累了一些经验供我们参考，比如，以目前国内体育市场的成熟程度看，纯粹的体育赛事根本无法养活场馆自身的支出，因此，商业演出、文体活动、用房出租是体育场赛后运营的主要内容。
　　与其他类型的体育建筑，如体育馆、游泳馆等相比，体育场的赛后利用由于其主要场地的不封闭性，使其运营深受自然气候条件影响，同时，其功能用房的分布特点也决定了体育场难以形成整体的经营效果，反而适合于分段，分散式的运营模式。
　　因此，我们确定的奥体中心体育场赛后经营的原则是在满足国际、国内大型比赛及活动，满足国家队日常训练的前提下，各功能用房均具有较大的灵活性，具备多功能使用的可能，结合体育场的自身特征，布置与足球、田径项目相关且富有特色的全民健身用房，通过良好的视线设计、音响及转播效果也为大型演唱会等多种文艺活动创造良好的基础条件
　　赛后经营设计的具体措施包括：
　　首层预留部分大空间，赛时部分空间通过轻质隔墙分隔 赛后除保留部分必备的赛时用房和国家集训队日常训练用房外，可以根据赛后利用要求重新进行平面划分，部分作为办公用房出租，其余可作为与足球、田径等项目相关的训练健身、医疗保健用房使用。
　　观众休息大厅层在赛时满足媒体和观众服务需求 赛后将充分利用其良好的采光、通风优势，以及空间较高的特点，作为休闲、展示空间，发挥更大的社会效益。
　　2层包厢层利用其内外两侧均视线良好的特点可以根据赛后经营需要改为运动员公寓、体育宾馆，或结合比赛改为小型餐厅、体育主题酒吧、体育俱乐部等等，也可以作为办公用房出租使用。
　　滨水一侧高架平台的下部空间赛后可改为餐厅、咖啡厅等服务设施，为体育中心环湖景区提供服务。
　　赛后可利用体育场周边停车场，改为篮球场(14块)和排球场(7块)，为市民提供全民健身活动场地。
　　
　　追求建筑空间、形态自身逻辑性的改扩建设计
　　
　　通常，体育场馆改造工程的技术难度都相对较大，特别是本次奥体中心体育场改扩建工程，不仅功能需求变化大，建筑面积增加多，需要增加一倍以上的看台和全部罩棚并且是在原有建筑轴网基础上的扩建，建筑高度也从22m增加到42m。这就要求扩建部分必须充分利用原有结构体系，同时必须采用轻质高强的结构及维护系统来实现。
　　因此，从方案投标阶段我们就始终与各个相关专业紧密配合，经过多方案反复比选，最终提出了实施方案充分展现了体育建筑自身特有的结构逻辑性，并通过全新的建筑空间塑造，成为容纳奥运会重大体育事件的良好载体具体的技术措施主要包括：
　　
　　1.Ⅰ、Ⅲ段改造
　　改造首层功能用房及2层观众卫生间。拆除现状看台后排出挑部分及西侧罩棚。在C、D轴处利用东西两侧原有结构，增加包厢层及楼座看台，东西两侧新建外挑约23m－38m的罩棚，以满足照明及遮阳要求。
　　东西看台加固改造后的结构下部为框架－钢支撑，上部为钢框架，即1层为混凝土框架－耗能钢支撑结构，2层为钢管混凝土耗能钢支撑过渡3、4、5层为钢框架的结构体系，屋面罩棚采用型钢－拉索结构体系。新建池座及楼座看台采用密肋钢次梁上铺2.5mm厚钢板，现浇60mm混凝土的组合看台楼板，新建三、四、五层楼板采用120mm厚压型钢组合楼承板；罩棚屋面板采用轻质阳光板基础仍采用独立基础形式，仅对原D轴线的独立柱基进行加固。
　　通过上述设计，在保证结构整体性、安全的前提下，实现了结构形式从钢筋混凝土到钢结构的转换，有效减轻了结构自身重量。
　　特别是屋顶及楼座钢结构看台的支撑部分，为了更好地体现建筑中部出挑大、南北出挑小的特点，结构支撑也相应地通过每一榀渐变的方式调整钢结构柱的截面及立面尺寸，这样的设计极大地增加了建筑和结构专业设计的工作量，却在真实反映结构受力特点的基础上，形成结构支撑体系富有韵律的变化效果。
　　
　　2.Ⅱ、Ⅳ段改造
　　拆除南北两侧高架平台内环的部分柱子，保留原结构最外圈柱网，新增池座看台。新增南北看台的结构采用混凝土框架结构体系。柱基础仍采用独立基础加地梁的形式。除原结构E轴线柱基础及环向地梁保留外，其余均新建。圆形坡道设计
　　由于观众座席数量增加较多，特别是新增的楼座看台上1万多名观众的疏散必须通过安全、快捷的技术措施来组织，因此我们通过大量实例分析和比较，对比了楼梯和坡道两类方案，最终采用了四个圆形坡道的设计，在满足疏散时间的前提下，人性化地解决了观众的疏散问题。
　　同时，由于坡道用地范围内有室外管线通过，为了避免坡道对管线的影响，经过多方案比较，圆形坡道最终采用吊挂结构体系，内筒为直径9m，壁厚300mm的混凝土核心筒承受全部竖向、水平荷载，筒体顶部设置16榀钢桁架，用吊杆吊挂螺旋坡道。坡道楼板采用120mm厚压型钢组合楼承板。基础采用筏型基础。不仅避免了外圈16根柱子直接落地，消除了对室外管线的影响，更在造型上形成整体稳重而又不失轻巧的视觉效果。
　　
　　屋顶罩棚设计
　　
　　为了提供更好的观赛环境，体育场新增的屋面面积达到了9000m²。在满足使用功能的前提下为了减小自重，满足草坪生长，屋面系统采用了米字型截面聚碳酸酯多层板。聚碳酸酯板材能够有效阻隔紫外线，并有较强的抗化学腐蚀能力。在满足建筑光影效果要求的同时，使得入射光线均匀，不聚光、聚热，满足了看台光线需求，同时营造舒适的环境。
　　为保证足球场地草坪冬季有较长的日照时间，满足生长要求，屋顶阳光板采用两种透光率：屋顶外挑一侧三分之一透光率为70％，后部三分之二透光率为30％。这样既保证了使用功能，又使屋面造型富于变化。
　　此外其它比赛设施的改造还包括：拆除现状计时计分牌，并在南侧增设新计时计分牌；为满足体育比赛新的电视转播要求，拆除原有四角的照明灯杆，结合新增罩棚的设计，根据奥运会设施标准的要求，增加了180m连续光带的照明及相应的吊挂扩声系统等新设施，满足了比赛需要。
　　特别值得一提的是灯光马道设计。由于屋顶采用透明聚碳酸酯板及钢结构，整体效果轻盈舒展，如果采用传统的下挂马道方案，再加上检修空间，马道底面到屋顶结构下部高度至少要2m高，将极大地破坏屋面的完整性。
　　为了保证屋顶整体视觉效果，同时更好地满足灯光照射角度的要求，我们采用了非常规的上置式马道设计，马道地面采用钢格栅材料。为了解决上置式马道上人检修的问题，我们又结合钢结构斜柱巧妙地设计了专用的检修及线缆通道，在保证使用功能的同时，充分实现了原初的设计构思。
　　
　　以城市形态自身完善更新为基础的改扩建设计
　　
　　作为改扩建场馆，注定不会像其他新建的奥运场馆那样能够更多地展现自身个性，而是必然要充分尊重所处的现实环境，并与周边已有的建筑形成对话。更何况是在奥体中心这样完整规划体系之中的改扩建项目。
　　奥体中心建筑群自建成以来，其形象深入人心，特别是从北四环路上看，体育馆、英东游泳馆的四个巨塔及两个双坡屋顶形成的整体形象，更成为城市地标。体育场由于当时设计的规模较小，建筑高度仅局部22m，完全属于从属性体量，而且被中轴路东侧高大的绿化掩映其后。因此其形象并不为外人所熟悉。
　　从奥体中心内部空间形态及景观效果看，当年由于资金、条件所限，体育场较小的建筑规模及体量未能真正形成与体育馆、英东游泳馆的对话，应当说是个遗憾。
　　而本次改造后，由于体育场从坐席数量到建筑面积均有较大变化，高度也增加了一倍。建筑体量增加后，体育场在奥体中心内部将形成东西向景观步行带上新的视觉对景，进而有机会与体育馆、游泳馆一起，围合并形成体育中心内部环绕湖面的全新边界形态，构成和谐的城市空间关系。
　　为了更好地与已建成环境相协调，我们通过深入的现状图纸分析、三维模型推敲以及多次的现场踏勘，总结出体育馆、英东游泳馆设计的基本特征，包括：典型的现代派设计手法、强烈的建筑虚实对比效果、下部坚实上部舒展的外部形象等等。其采用的建筑材料主要包括：金属屋面板暖白色弹涂墙面涂料、局部玻璃幕墙等等。
　　以此为基础，我们精心设计、悉心选材，在塑造体育场新形象的同时，力图重新形成奥体中心三大主体建筑之间的相互对话，进而呵护奥体中心原先特有的场所精神。
　　在建筑语言的选用上，体育场楼座看台的支撑结构与屋顶悬挑结构采用型钢－拉索结构，出挑深远。屋面采用半透明聚碳酸酯板材，下部露明钢结构，充分展现体育建筑的结构之美。下部裙房外立面采用水平向的金属百叶、穿孔金属板，形成严整而富于变化的光影效果，较好地解决了东、西向用房的遮阳问题，并与上部屋顶刚劲有力的钢支撑结构形成对比。四个竖向的螺旋坡道均匀地分布在建筑四角，并与整个建筑的水平向体量形成协调的对话关系。从总体上看，形成看台下部坚实有力，屋顶轻盈舒展的崭新建筑形象。
　　型钢－拉索结构设计使看台支撑结构与屋顶悬挑结构成为有机整体，但也使钢结构节点设计十分复杂，特别是屋顶支撑结构中的斜拉索部分。经过与结构专业、钢结构施工单位、厂家多次深化，对主要节点外形进行了数次优化，不仅节省钢材，而且达到了视觉上的美观效果。通过刚劲有力的弓型节点转换结构设计，减少了80多组索头节点，节省了大量资金，在充分展现了结构受力特征的基础上，强化了屋顶结构体系的韵律感，取得了较好的视觉效果。
　　建成后的奥体中心体育场以谦逊的姿态，展现在北京城市中轴线东侧，在烘托奥体中心原有建筑的同时，充分展示着当代体育建筑的新形象，特别是沿中轴路一侧形成了新的城市景观，并与奥林匹克公园中心区的新建场馆区隔北四环路遥遥相望。
　　
　　结语
　　
　　从2004年上半年的前期资料准备、现场踏勘开始，到2004年11月的招标比选、最终中标，到2006年1月完成施工图设计，再到2006年4月的开工建设，经过近一年半的紧张施工，改造后的奥体中心体育场于2007年9月成功举办了“好运北京”系列测试赛中的现代五项世界锦标赛，通过测试赛进一步检验了改造的效果，为2008年奥运会的正式比赛打好了基础。
　　赛事成功举办后，奥体中心体育场改扩建工程得到了国际奥委会、国内各级领导及业主的高度评价，这也是对我们整个设计团队近四年辛勤努力的最好认可。
　　通过本次场馆改造的设计实践，我们从体育竞赛功能的发展变化入手，结合新的结构、技术、材料手段，创造出新的体育建筑形象，并从城市更新与完善的角度，深入思考并延续了改扩建工程特有的场所精神，希望所获得的经验能够对北京数量众多的现有场馆，以及奥运会后各场馆的更新改造提供定的借鉴作用。