杭州奥体中心体育游泳馆建筑声学设计

来源：演艺科技传媒编辑：站台丶 2024-02-02 17:04:13 加入收藏

杭州奥体中心作为第19届亚运会的主场馆，由于建筑容积巨大、造型独特，存在混响时间长、语清晰度低等不足，甚至存在回声、声聚焦等声缺陷。本文解析了体育游泳馆的建筑声学设计过程，充分分析场馆实际情况，采取合理布置吸声构造等措施，有效地解决了混响时间长和声聚焦等声学问题。

　　0 引言

　　第19届亚运会(The 19th Asian Games)又称“2022年杭州亚运会”( 以下简称：杭州亚运会)，是继1990年北京亚运会、2010年广州亚运会之后，中国第三次举办亚洲最高规格的国际综合性体育赛事。2022年7月19日，亚洲奥林匹克理事会宣布原定于2022年9月10日至25日举行的第19届亚运会将于2023年9月23日至10月8日举行，赛事名称和标志保持不变。

　　杭州亚运会开闭幕式、田径、篮球、游泳、跳水、花样游泳等项目均在杭州奥体中心举行。杭州奥体中心体育游泳馆声学设计为北京市建筑设计研究院有限公司声学室。

　　1 工程概况

　　体育游泳馆又称“化蝶”双馆，包含两个场馆：体育馆、游泳馆;采用双馆合一的设计理念，为连体式建筑，是世界上最大的两馆连接体非线性造型。两个场馆有10 m高度差，游泳馆高35 m，体育馆高45 m;体育馆地上为五层，游泳馆地上为三层。

　　双馆主体结构体系为现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，两馆钢结构屋盖为一整体结构，屋面采用铝镁合金板，覆盖体育馆、游泳馆、中厅三部分，呈自由双曲面造型。独特的流线造型，结合双层非全覆盖银白色金属屋面和两翼张开的平台形式，形成“化蝶”的杭州文化主题。

　　2 游泳馆

　　游泳馆总建筑面积53 959 m2，共6 000个座位。比赛大厅平面呈矩形，总长度约108 m，宽约87 m，观众席布置在比赛场地两侧，与观众休息厅有墙体分隔;比赛场地长约108 m，宽约41 m，设8条泳道游泳池和水深6 m的跳水池;游泳馆的屋顶为椭球曲面，最大净高约为35 m，有效容积约为241 500 m3，每座容积为39.5 m3/座。游泳馆平剖面图见图1。游泳馆可承办各类游泳、跳水国际赛事，是国内仅次于北京“水立方”的第二大游泳跳水馆。

　　图1 游泳馆平剖面图(图片来源：项目建筑图纸)

　　2.1 声学分析

　　游泳馆是杭州奥体中心的重要组成部分。它作为国际一流的现代化综合性游泳馆，在杭州亚运会期间将作为游泳、跳水、花样游泳等水上项目的主要比赛场馆。游泳馆除进行各种大型国际国内水上项目的体育比赛外，还要求具备举行水上文艺演出、群众健身等活动的条件，所以对声音效果也有较高的要求。室内音质不仅要保证语言清晰度，还要达到良好的音乐效果。因此游泳馆的建筑声学设计是非常重要的。

　　2.2 建筑声学设计指标

　　游泳馆比赛大厅声学设计指标依据《体育建筑设计规范》(JGJ 31-2003)和《体育馆声学设计和测试规程》(JGJ/T 131-2000)，并结合游泳馆的具体情况确定。

　　▪ 混响时间：中频(500 Hz～1 000 Hz)满场混响时间小于2.5 s;

　　▪ 噪声限值：比赛大厅在无人占用，空调运行达到使用工况时，满足噪声评价曲线NR-40;

　　▪ 大厅内不得出现明显的音质缺陷(回声、颤动回声和声聚焦等)。

　　2.3 室内音质设计

　　由于游泳馆的建筑造型呈椭球型，椭球凹曲面屋面是整个游泳馆中最大的界面，所以其吸声性能就成为比赛大厅混响时间控制的至关重要的环节。同时，椭球凹曲面又极易产生声聚焦等声学缺陷，所以采用了强吸声构造来消除声缺陷同时控制混响时间。具体构造如下：

　　1) 屋面最下层为孔径不小于5 mm、穿孔率不小于20%的穿孔铝板，穿孔铝板背后贴敷一层无纺吸声布;

　　2) 穿孔铝板之上设置厚度不小于50 mm，容重为 32 kg/m3的拒水膜吸声板;

　　3) 拒水膜吸声板上部留有不小于200 mm的空气层。

　　比赛大厅屋面强吸声构造见图2所示。

　　图2 屋面吸声构造示意图(图片来源：项目建筑图纸)

　　游泳馆的每座容积很大，但由于其室内音质要求并不苛刻，混响时间设计指标相对较长，而且比赛大厅四周均有墙面可以布置强吸声构造，吸声材料选用拒水膜吸声板，见图3所示。

　　图3 墙面吸声构造示意图(图片来源：项目建筑图纸)

　　3 体育馆

　　体育馆平面呈矩形，总建筑面积74 470 m2;比赛大厅总长度约136 m，总宽度宽约105 m，比赛场地长约 78 m，宽约47 m;观众席为环绕式布置，座位共18 000个(固定座位15 000个，可伸缩看台活动座位3 000个);比赛大厅与观众休息厅连为一体。屋顶为椭球凹曲面，比赛大厅最大净高约为35 m，有效容积约为463 000 m3，每座容积为25.7 m3/座。体育馆平剖面图见图4所示。

　　图4 体育馆平剖面图(图片来源：项目建筑图纸)

　　3.1 声学分析

　　体育馆的建筑形式新颖活泼，富有现代气息，但从建筑声学的角度有以下不利条件：

　　1) 比赛大厅体积巨大，有效容积约463 000 m3，是《体育建筑设计规范》中规定的最大体积的6倍，每座容积达到了25.7 m3/座，所以对混响时间的控制难度很大;

　　2) 休息大厅和比赛大厅连为一体，没有门分隔，使比赛大厅的实际体积和每座容积更大了，这更增加了混响时间控制的难度，且体积和混响时间不同的连通空间之间又容易产生声耦合效应等声学缺陷;

　　3) 体育馆的建筑造型也是一个椭球型，比赛大厅内的屋面也是椭球凹曲面，极易产生声聚焦和回声等声学缺陷。

　　3.2 声学设计指标

　　声学设计指标是依据《体育建筑设计规范》(JGJ 31-2003)和《体育馆声学设计和测试规程》(JGJ/T 131-2000)，并即结合体育馆的具体情况确定的。具体指标见表1。且不得出现明显的回声、颤动回声和声聚焦等声缺陷。

　　3.3 室内音质设计

　　3.3.1 比赛大厅

　　1) 体育馆和游泳馆又称“化蝶”双馆，体育馆的屋面和游泳馆一样呈椭球凹曲面，而且也是整个体育馆中最大的界面，所以要设置强吸声构造，具体构造同游泳馆屋面的吸声构造，参见图2。体育馆吸声材料的布置见图5所示。

　　图5 体育馆吸声材料布置图(图片来源：项目建筑图纸)

　　2) 观众席区标高8.00～11.3 m处为实体墙，充分利用该墙面进行强吸声处理，采用穿孔板吸声构造。具体构造见图6所示。

　　图6 墙面吸声构造示意图(图片来源：项目建筑图纸)

　　3.3.2 新闻发布厅

　　新闻发布厅要求保证语言清晰度，必须有较短的混响时间，吊顶和墙面均应结合装修进行一定的吸声处理。

　　1) 墙面：根据装修要求选用木制吸声板、木丝吸声板或软包装饰吸声板等吸声构造，吸声构造的平均吸声系数应大于0.6。具体构造见图7所示。

　　图7 墙面吸声构造示意图(图片来源：项目建筑图纸)

　　2) 吊顶：选用经玻纤吸声板或软包装饰吸声板做吸声吊顶，吸声吊顶的平均吸声系数应大于0.7。具体构造见图8所示。

　　图8 吊顶吸声构造示意图(图片来源：项目建筑图纸)

　　3.4 计算机模拟

　　采用比利时的声学模拟软件RAYNOISE 3.0对体育馆进行计算机声学模拟，三维建模如图9所示。由于体育馆的建声环境以保证扩声系统的语言清晰度为主，所以本次模拟主要针对声场客观参量为与语言有关的声学参量，包括混响时间T60，声压级分布SPL，直达声能分布 SPL direct，语言清晰度Def，快速语言传输指数RaSTI，回声评价指标EC等。