氣膜體育場館的現(xiàn)狀分析

□盧 亞 鄭振亞

一、引言

隨著經(jīng)濟物質(zhì)文化水平的高速發(fā)展，人們對體育的認識也更加全面。伴隨著人們投入體育熱情的高漲，體育場地缺乏的問題也愈演愈烈。城市化高速發(fā)展的現(xiàn)代都市乃寸土寸金之地，健身、運動場地的匱乏已然成為人們不能更好投身體育運動的一大困擾。加之有些群眾喜歡的運動項目受天氣影響比較大，場館的建設(shè)能很好地解決這一問題，讓群眾的運動不受天氣的影響。隨著人們健康意識的加強和對霧霾污染認識的深入，群眾們活動的局限性就更大了。隨著全民健身事業(yè)的發(fā)展，體育場館的修建將成為公共體育服務(wù)體系的重要環(huán)節(jié)。氣膜體育場館的出現(xiàn)將在很大程度上解決這些棘手的問題。

二、氣膜建筑的發(fā)展歷史

氣膜建筑系統(tǒng)最早由美國工程師大衛(wèi)·H·蓋勒在1970年日本大阪的萬國博覽會當中首次提出。大衛(wèi)提出這一概念的目的是為了使體育場館具有更高的抗震性、提高體育場館的安全系數(shù)。20 世界70年代初期的美國率先研發(fā)出來永久性膜建筑材料，并于1973年在美國加利福尼亞建成了學生活動中心。在20 世紀70年代隨著永久性膜材料的完善與發(fā)展，氣膜場館的技術(shù)發(fā)展有了進一步的提升，伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展，在美國各地相繼出現(xiàn)很多大型氣膜場館。借著計算機發(fā)展的大趨勢，氣膜體育場館有了更快的發(fā)展，并且對數(shù)據(jù)的分析、處理的軟件也日趨成熟。20 世紀90年代初期膜結(jié)構(gòu)在大型體育場館開始大量使用，這也標志著膜結(jié)構(gòu)建筑漸漸進入高峰期。之后世界各地都逐漸出現(xiàn)各種具有標志性的膜體場館，膜體結(jié)構(gòu)已被廣泛使用于各種建筑。在氣膜建筑日漸發(fā)展的過程當中膜材料也在不斷更新?lián)Q代。20 世紀70年代由杜邦公司率先探索出ETFE 薄膜材料，而后由德國維克多福伊特克公司開始專門針對ETFE 膜材料進行研究，并將其推廣使用。1963年，ASATI 公司時任的CEO Dan Fraioli 先生為一個網(wǎng)球場設(shè)計并主持建造了首個充氣式膜結(jié)構(gòu)篷頂，這一舉動使得整個體育、休閑娛樂業(yè)對于充氣篷頂?shù)膹V泛用途有了更多認識。現(xiàn)在世界上已經(jīng)有了數(shù)以千計的氣膜體育場正在為人們提供服務(wù)。通過查閱文獻來看雖然氣膜體育場看似像個大氣球一樣但事實上其符合規(guī)范的永久建筑。

三、氣膜建筑的特點

氣膜體育場館建筑有單層、雙層、氣肋式三種形式，充氣膜建筑一般需要長期不間斷的能源供應(yīng)。低拱、大跨度建筑中的單層充氣膜結(jié)構(gòu)必須是封閉的空間，并保證一定的室內(nèi)外氣壓差。隨著充氣膜建筑分析理論和設(shè)計施工經(jīng)驗的不斷成熟和完善，充氣膜建筑已從眾多的現(xiàn)代建筑形式中異軍突起，越發(fā)地受到人們的青睞，吸引著眾多的建筑、結(jié)構(gòu)工程師們來設(shè)計建造現(xiàn)代大中小型永久性或半永久性的充氣膜建筑。

(一)氣膜體育場館的外形。氣膜體育場的外形結(jié)構(gòu)要像一個信封一樣成一個整體，這樣才可以均攤整個房頂?shù)膲毫Γ駝t，如果整體結(jié)構(gòu)不能夠均攤壓力就會產(chǎn)生小的褶皺或者是壓力點，這將會成為整個場館的致命弱點。

(二)氣膜體育場館的結(jié)構(gòu)。從材料方面來看，皮膜場館運用的材料跟所用張力抗拉結(jié)構(gòu)材料是一樣的，即合成纖維組織物如玻璃纖維或者是聚酯纖維，旨在防止紫外線或者風沙侵蝕。同時根據(jù)場館用途的區(qū)分會對內(nèi)膜加以處理加工例如隔熱、隔音等。半透明的頂棚材料讓場館內(nèi)部白天不需要燈光。

(三)氣膜體育場館氣壓。在現(xiàn)實當中氣膜場館負載最主要的還是風、頂部積雪和氣壓。考慮到風力和積雪主要是通過對頂部充氣結(jié)構(gòu)的相應(yīng)調(diào)整。現(xiàn)代氣膜場館的結(jié)構(gòu)都是由電腦直接控制，它會根據(jù)所承受的壓力來改變頂部充氣壓力。高質(zhì)量的頂棚結(jié)構(gòu)才能承受更強的風雪。為了安全保障，頂棚的氣壓跟場館內(nèi)部的氣壓是相等的。對于皮膜場館來說幾乎很少出現(xiàn)緊急塌陷事件，除非是沒有看到報警信號，會導(dǎo)致館頂?shù)某惺艹厝缓笾率固?/p>

四、氣膜體育場館的優(yōu)劣性分析

(一)氣膜體育場館的優(yōu)點。整個體育場館的能耗還不及傳統(tǒng)場館的1/6，對于運營成本來說減少了不少開支。用氣膜建筑做體育場館，只需要傳統(tǒng)建筑造價的不到一半甚至更少。可拆卸，快速的拆裝能力使氣膜建筑能搶占城市的剩余用地，并開拓新地源。外觀獨特、別致，氣膜建筑形式新穎，識別度高，在宣傳方面也能作出特殊貢獻。經(jīng)營模式多樣化。氣膜建筑內(nèi)部空間無阻隔，能靈活處理，方便后期經(jīng)營。氣膜建筑因為采用空氣支撐，利用壓力差作為支撐力，形成大跨度的空間結(jié)構(gòu)，完全不同于傳統(tǒng)建筑，避免了大興土木對環(huán)境的影響，另外其獨特的受力特點——向上的上揚力，也使氣膜建筑對基礎(chǔ)的要求更低、擾動更小。而且，其可遷移性也使氣膜建筑可以方便被拆除、遷走。在建造及遷移時都不會產(chǎn)生大量的建筑垃圾。另外氣膜建筑作為一種節(jié)能建筑，冬季采暖約為傳統(tǒng)建筑的1/3 ～1/4，夏季制冷約為傳統(tǒng)建筑的1/5 ～1/6。較低的能耗使其成為一種具有節(jié)能環(huán)保特點的建筑系統(tǒng)。

氣膜建筑相對于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)存在以下優(yōu)勢:氣膜建筑跨度大，由于膜材料相對較輕，資料顯示每平方米膜材料自重在3 公斤以下。氣膜建筑本身就是利用氣壓將頂棚撐起來所以避免了室內(nèi)的柱子和梁，這是傳統(tǒng)建筑所無法避免的，這就有利于提高體育場的使用率。節(jié)能環(huán)保，膜材料具有較高的熱反射和散熱效果，并且現(xiàn)在所用的透明膜對于陽光的輻射還是起了很大的阻隔效應(yīng)。具有更高的靈活性，膜體安裝簡單方便，施工周期短。而且可以根據(jù)季節(jié)變化決定是否啟用氣膜體育館。同時氣膜體育館也可以與傳統(tǒng)建筑相互連接，只要在連接處做好密封設(shè)計。膜體材料有較高的抗紫外線、抗老化、高保色、寶光澤的性能，并且在保溫方面遠高于傳統(tǒng)建筑。

(二)氣膜體育場館的不足之處。能源系統(tǒng)的依賴性比較強。在霧霾嚴重的今天，很多戶外運動也會受到威脅，運動本身就是為了更加健康但是PM2．5 的侵襲讓人們對戶外運動的顧慮更加嚴重。然而在氣膜場館內(nèi)，通風、循環(huán)、空氣的溫度、濕度、甚至含氧量、清潔度二氧化碳都能受到電腦的實時監(jiān)控。在場館外側(cè)是氣膜體育場核心設(shè)備，這個設(shè)備負責維持室內(nèi)的壓力，送風、過濾空氣、冬天供暖、夏天制冷這一切都得依賴這個氣膜體育場的“心臟”。在能源方面氣膜體育場比較依賴電力，因為外部的“心臟”是氣膜體育場的核心，如果停止了電力的供應(yīng)，氣膜的充氣，室內(nèi)的氣溫，空氣的循環(huán)等等程序的運作都會陷入一片混亂。若壓力不均衡或者膜體受到外力損壞會引起頂棚的塌陷。隔熱隔音效果沒有實體墻面那么完美，頂棚受限于負載率。相對于傳統(tǒng)體育場館沒有那么長的使用壽命。

五、結(jié)語

作為時代與科技的產(chǎn)物，氣膜體育場在很大程度上解決了天氣對運動的影響，讓那些想運動的人們可以隨時做自己喜歡的事。但是新興事物的普及總是需要過程，需要大家的支持。同時氣膜體育場館也存在一些不足，需要更多的科學研究去促進它技術(shù)和材料的發(fā)現(xiàn)。

［1］天津首座氣膜體育館響螺灣開建［J］．施工技術(shù)，2014，23:117

［2］北京一中學推出氣膜體育館應(yīng)對霧霾天氣［J］．天津中學生，2014，11:12

［3］王韶輝．氣膜建筑:撐起一片藍天［J］．新財經(jīng)，2014，2:94 ～96

［4］雪見．氣膜場館防霾新利器［N］．中國建設(shè)報，2015 -4 -20(005)

［5］趙申．約頓氣膜:神奇的防霾建筑［N］．中華建筑報，2014-8 -19(005)