浅析参数化辅助设计在体育场视线分析中的应用

浅析参数化辅助设计在体育场视线分析中的应用

张健

中南建筑设计院股份有限公司  430000

摘要 看台设计是休育场建筑设计的重难点之一，其中视线设计又是看台设计的关键性因素之一，视线设计决定了看台剖面形式，同时也直接影响观看舒适性，本文以4万座中型体育场为研究对象，探索参数化辅助设计在视线分析中的应用。旨在能够快速准确地完成看台视线设计，同时做到调整的时效性和便捷性。本方法可用于体育场方案设计中，同时也可用于初步设计、施工图设计中。

关键词 体育场、看台、参数化、视线分析

引言

近年来随着大型体育赛事，如奥运会、全运会、省运会等的举办，体育建筑也迎来了蓬勃发展的新阶段，各省、市、县纷纷开始规划建设体育场馆、体育中心等项目。体育场馆的建设规模通常与相应城市的规模等级有一定的关联性。体育建筑等级，分为四级：1）特级举办亚运会、奥运会及世界级比赛主场；2）甲级举办全国性和单项性国际比赛；3）乙级举办地区性和全国单项比赛；4）丙级举办地方性、群众性运动会。大型和特大型体育场，规模在40000座以上，通常在省会、直辖市等重点城市建设。中型体育场目前建设的数量最多，通常在地级城市建设，规模在20000～40000座之间。小型体育场规模在20000座以下，通常在县一级城市建设。   

在体育场设计中，观众看台座席数量庞大，很大一部分为重复性工作。视线C值的调整、看台轮廓的调整都会带来看台座席布置的调整和座席数量统计工作。如何让计算机快速高效地完成这些工作，显得尤为必要。本文主要从三个方面探讨体育场看台参数化辅助设计的应用：视线设计、看台模型生成、看台座席布置，这三个过程具有一定的关联性，并相互制约，从而最终完成看台设计。主要应用软件：Autocad，Rhino，Grasshopper等。运用参数化的方法，具有以下步骤，设定预期目标，搭建生成逻辑，推演生成方法，检验是否满足预期目标。

1、首排看台轮廓

通常中型体育场会设有高区看台和低区看台，均与场地区（内场）外轮廓线相关联，即首排看台轮廓线。场地区外轮廓形状有长圆形（二心长圆、六心长圆）、椭圆形（四心椭圆、八心椭圆）、其它形式，在条件允许时，通常采用四心椭圆形。

2、视点标准

体育场看台以东西向为最好，其中西看台为最佳，一般在西看台正中位置设置主席台，在100m终点线附近设置媒体看台。

基本视点：综合性体育场内大部分比赛项目都在跑道包围的区域内，而跑道以西直道起终点线附近为观看重点，因此一般设计以西直道最外侧终点处作为基本视点。视点高度=0.00m或0.60m。

次要视点：跑道其他部位及跑道外侧的其他田径项目场地，作为次要区域。如：东直道及弯道的外边线处（视点高度≤1.20m）、跑道外侧的障碍水池处（也可设置在跑道内侧，视点高度≤1.00m）、跑道外侧的跳远和三级跳远沙坑处（视点高度=0.00m）。

3、视线分析

根据视点距地面高度及视线升高C值不同，视线质量可分为三个等级：Ⅰ级，较高标准（优秀）C值取120（视点距地面高度0.0m）；Ⅱ级，一般标准（良好）（视点距地面高度0.0m）；Ⅲ级，较低标准（尚可）C值取60（视点距地面高度0.6m）。

视线设计的方法有逐排计算法、拆线计算法、任意阶计算法、绘图法。计算机作图精确性较高，可采用绘图法，可根据C值确定的看台座席排升表。视线设计是个反复调整的过程，视线设计主要与视点、首排观众距视点的水平距离、首排观众视点高度、排深、视线C值、是否设有水平过道等因素相关联。

首排观众距视点的水平距越小，观看越清晰，视觉质量越好。首排观众视点高度越高，深度感越好。排值越小，视线C值相对越大，视线越佳，反之视线越差。当设有水平过道时，需要考虑水平过道对后排观众视地的遮挡。

4、参数化视线分析过程

1）视线质量分析目标：通过彩色点云代表看台不同区域观众视线质量的优劣，用点云模拟看台观众。

第一组点云：C值＜60（用黑色点云表示），视线不满足规范要求；第二组点云：60≤C值＜90（用红色点云表示），视线质量尚可；第三组蓝色点云：90≤C值＜120（用蓝色点云表示），视线质量较好；第四组点云，C值≥120（用绿色点云表示）视线质量优秀。

2）参数化构建过程，通过视点位置、首排看台轮廓线、首排观众水平视距、首排观众视高、C值等因素，搭建grasshopper电池组，并可调整看台排升数据，生成不同的结果，如下图所示。为简化看台实际施工难度，看台采用每5级为一组（组内采用相同的排升值）。同时为提高施工精确性，看台排升值精确到5mm。

视线分析构建过程

3）视线分析成果

如下图所示，视线分析结果与预期设定的目标保持一致。同时可通过不同的排升值，生成不同的视线质量分析图。

分析一 不满足要求 部分观众C值小于60

重新调整看台排升值，C值均≥60，未出现黑色点云，并可适当控制视线质量范围。同时可输出看台排升表，得出每级看台的标高，排升值，C值。计算出不同颜色点云（观众）的数量，并计算出在点云总数（总座席）中所占的比例。例如输出：C值≥120的观众数量和其所占的比例。

本次分析结果：第一组黑色点云：C值＜60，数量：4640座，所占比例11.60%，主要位于高区看台南北两端，不满足规范要求，所占比例28.67%；第二组点红色云：60≤C值＜90，观众数量：11468座；第三组蓝色点云：90≤C值＜120，观众数量：8502座，所占比例21.25%；第四组绿色点云，C值≥120，观众数量：15390座，所占比例38.47%。总计40000座。共4640座观众视线不满足规范要求。

分析二 满足要求：观众席C值均大于等于60

本次分析结果：第一组黑色点云：C值＜60，数量：0座，占比0.00%；第二组点红色云：60≤C值＜90，观众数量：15261座，所占比例38.15&；第三组蓝色点云：90≤C值＜120，观众数量：8078座，所占比例：20.19%；第四组绿色点云，C值≥120，观众数量：16661座，所占比例：41.65%。总计40000座。

结语

本分析方法，与实际工程紧密结合，运用参数化辅助设计的方法，通过设定不同的参数来得出视线分析数据。具有可控性，且易于调节，并可大量节省设计时间和精力，提高工作效率和设计质量，弥补一般传统分析方法的不足。

参考文献：

[1]. 体育建筑设计规范 JGJ 31-2003

[2]. 建筑设计资料集第三版（第6分册），中国建筑工业出版社，2017

[3]. 王亮 体育场看台视线设计方法及优化初探，2003，01