随着“健康中国”发展战略持续推进、全民健身理念深入人心,公众对体育运动和健身活动的热情不断提高,客观上对体育健身场所建设的数量和质量都产生了不断增加的需求。国家也相继颁布实施了一系列政策以鼓励相关配套体育设施的建设和落实。与此同时，城市高密度背景下土地使用日益紧张，体育设施建设用地相对不足，因此如何在寸土寸金的城市高密度区域拓展体育空间以满足公众日益增长的运动健身需求，是未来城市土地使用和空间规划必须要考虑的重要问题。在此背景下，近年来出现了利用地下空间建设体育建筑的发展趋势。
01地下体育建筑发展概述
传统意义上的体育建筑地下空间主要是作为停车库、设备用房或服务配套功能使用。地下体育建筑由于其自身的复杂性，常面临着结构难度大、造价高、人员疏散困难等现实问题，相关理论和实践项目较少。地下体育建筑发展可以追溯到20世纪70年代，随着人们开始对地下空间进行开发利用，文化体育设施等公共建筑也开始向地下延伸，建成了一些对今后发展产生积极影响的地下体育建筑。进入21世纪以来，依托地铁建设，许多国家开始大规模开发利用地下空间。其中，芬兰、挪威等北欧国家在地下空间开发利用方面处于世界前列，美国、日本等国家的地下空间建设也较为完善，在此期间也建成了一些有代表性的地下体育建筑。近年来，随着我国城市高密度的快速发展，许多城市陆续开展了地下空间规划工作，完善了地下建筑相关规范，建造技术体系也日益成熟，这使得地下体育建筑越来越成为可能，成为一种新的选择。地下体育建筑在某种程度上可以实现城市土地的高效利用和城市体育配套功能的完善(表1)。
02地下体育建筑开发动因
2.1 城市体育用地紧张
随着我国新型城镇化战略持续推进，乡村人口大量涌入城市，高密度化的城市人口又进一步导致更多城市空间需求的产生。在此背景下，城市可建设用地日益紧张、容积率提升、土地价格飞涨、人地矛盾日益突出。与此同时，民众日益高涨的运动健身热情使体育人口呈现出逐年增长的态势，群众有关开拓更多体育设施的呼声不断，各地体育健身场地不足问题日益凸显。根据国家体育总局发布的《“十四五”体育发展规划》，2020年底我国人均体育场地面积达到2.2m²，未来五年人均体育场地面积将达到2.6m²。面对公众日益增长的体育健身需求，必须寻求更为高效的发展途径。由于城市土地价格不断上涨，比起土地成本，建设费用所占比重有所下降，如果将部分体育功能下沉到地下可以有效提升城市高密度区域土地的使用效率，缓解当前城市日益紧张的用地压力。通过地上、地下的城市立体开发可以拓宽体育设施发展新空间，加大全民健身场地设施供给。
2.2 体育建筑集约化发展的现实需求
随着我国经济从粗放型向集约型发展，城市建设也逐渐从盲目追求标志性大规模的开发转为可持续发展的集约化设计。2015年12月举行的中央城市工作会议，要求坚持集约发展，树立“精明增长”“紧凑城市”理念，推动城市发展由外延扩张式向内涵提升式转变。为了在不增加用地的前提下获得更多的运动面积，满足更加多样化的运动需求，体育建筑集约化发展有其内在的逻辑必然性。作为集约化发展的重要设计模式之一，体育建筑通过拓展地下空间为体育功能所用，可以进一步提升城市土地利用效率，通过地上、地下体育功能的层叠设计，可以实现更少用地、更多功能的建设目标。
2.3 城市景观的现实要求
一味追求城市高密度发展，很容易导致公共空间品质降低、交通拥堵、环境恶化等城市问题的出现，因此保留城市绿地作为开放空间对于提升城市品质具有直接的现实意义。如果充分利用城市绿地在其下方建设地下体育建筑，则既可以保留原有城市景观，又可以实现与体育设施配套的双赢。同时，新增地面体育设施往往具有庞大的建筑体量，可能会对城市景观带来不良影响，有些城市区域还会有建筑限高要求，如果将部分体育功能下沉则可以有效降低建筑高度，有利于形成人性化的建筑尺度和亲切宜人的城市景观。此外，地下体育建筑通过设置下沉式广场或庭院，可以打造公共开放的室外活动场地，形成丰富立体的城市景观，将起到提升城市环境品质、调节城市生态环境、增强城市公共空间活力的重要作用。
03地下体育建筑开发的可行性
基于体育功能的地下空间开发在空间、结构、通风、采光、消防、疏散等方面都有着一定程度的限制，面临着诸多开发及建造难点，但国家相关规范标准的不断完善以及现代建造技术的不断发展使得利用地下空间建设体育建筑具备了一定的可行性。
3.1 国家相关规范标准不断完善
随着建设规模逐渐扩大，当前我国地下空间开发进入了新的发展时期。政府部门陆续出台、补充修订了许多相关法律法规和技术规范，许多城市还编制了详细的全市地下空间开发规划。这在一定程度上解决了地下体育建筑建设过程中经常遇到的防火超限问题、土地开发容量问题、整体规划缺失问题等，初步建立起较为完善的地下空间开发体系，为地下体育建筑后续发展奠定了坚实基础。譬如2021年11月公示的《深圳市地下空间资源利用规划(2020—2035年)(草案)》在编制内容和方法上有着显著的提升。再比如体育建筑的大跨度空间在进行下沉设计时，往往会面临防火分区面积超规、超限的建设风险。2019年12月发布的《建筑设计防火规范》针对体育活动场所的防火分区面积进行了补充修订，“建筑中游泳池、消防水池等的水面面积、溜冰场等的冰面面积、滑雪场等的雪面面积，均可不计入所在防火分区的建筑面积”。这一修订扩展了地下体育建筑的设计边界，提升了空间设计的灵活性。
3.2 现代建造技术发展支撑
地下体育建筑具有工程建设难度大、内部空间要求高、采光通风局限性大等特点，这使得建设过程中不得不面对一系列诸如结构复杂、建造困难、环境舒适度差、消防疏散解决困难等问题，然而现代建造技术的不断发展，为以上问题解决提供了强有力的技术支撑。例如地下体育建筑对于结构有着较高要求，从体育功能需求出发，建筑内部往往需要无柱的大跨度空间，传统地上体育建筑通常使用轻盈的钢结构，然而地下空间这一特殊条件使得地下体育建筑无法选用上部难以承重的常用大跨钢结构选型。近20年来，各种新型大跨结构的多样化发展解决了上述问题，大大提升了地下体育建筑实际建造的可行性。除此之外，绿色智能调控技术的成熟可以有效解决地下空间的通风、采光问题，可以保证进行体育活动时人体舒适度和室内环境满意度，为地下体育建筑发展提供了强大的技术支撑。
04地下体育建筑开发的类型
4.1 根据功能分类
(1)城市型地下体育建筑城市型地下体育建筑是指位于城市公共空间，面向公众开放，或为周边社区提供公共服务的地下体育场馆。地下体育建筑发展伊始，面积普遍较小，辐射范围多为周边，属于社区服务型建筑。随着社会经济的发展和地下空间开发的推进，城市型地下体育建筑体量逐渐增加，甚至可以作为面向全市的大型体育场馆。在高密度城市背景下，许多城市绿地和开敞空间不足，城市公共空间环境品质亟待改善。因此目前城市型地下体育建筑多为覆土建筑，地上空间往往被设计成绿地公园或城市广场。1997年建成的日本大阪中央体育馆是一座典型的城市型地下体育建筑。体育馆地下共3层，可容纳近万人观看比赛，提供了多种复合型功能空间。如此巨大的建筑体量却被完全藏在八幡屋公园绿地下方，仅有两个穹顶的一部分露出地面。体育馆的整体设计与自然景观巧妙结合，保留了城市绿地，并为公众释放了更多的地上公共空间用于户外体育活动。此外，法国费奈Longvic体育中心、日本Omiyamae体育馆、中国扬州体育馆、徐家汇体育公园等也都属于城市型地下体育建筑的典型案例。
(2)校园型地下体育建筑校园型地下体育建筑是指位于校园内部，主要服务于学生的地下体育建筑，其地上往往是室外体育场地。1979年建成的美国乔治城大学亚斯特体育馆利用校园原有体育场地下空间拓展运动功能，将室外体育场层叠在体育馆上方，属于典型的校园型地下体育建筑。通常体育设施是校园规划中占地面积较大的服务设施，譬如最为常见的400m标准田径场就需要近1.6万m²的建设用地，这将导致很多校园用地紧张。为了有效提高校园土地的使用效率，目前出现了“上天入地”的综合发展思路，“上天”即利用校园建筑屋顶进行建设，“入地”则是向地下空间发展，建设地下体育场馆。例如北京大学附属中学将体育场馆建设在田径场下方的地下空间内，可以容纳 6个篮球场、6个乒乓球场以及6个羽毛球场，有效拓展了校园体育空间。
4.2 根据剖面分类
(1)全地下体育建筑全地下体育建筑是指建筑主体完全埋于地下，只有局部采光通风井或疏散楼梯间暴露在地面之上，完全为城市绿地、广场、公园或室外体育场腾出地上空间。此种模式可以提高土地使用效率，保证地上、地下两种功能空间的完整性。建筑完全消隐于地下，最大程度上削减了大体量体育建筑对于城市环境的影响，有利于提升高密度城市背景下的公共空间品质。BIG设计事务所为丹麦Gammel Hellerup高中设计的地下多功能体育馆便是一个经典的全地下体育建筑项目。新体育馆位于校园中心广场地下5m处，占地约1100m²。为了不影响学校现存建筑的采光、不改变现有的校园中心广场，建筑主体完全被埋于地下，为校园公共活动让出地上空间。设计师巧妙设计了丘陵般的起伏屋面，作为大型的广场装置给学生们提供了一个开展体育活动和社交聚会的场所，成为校园内一道靓丽的风景。
(2)半地下体育建筑半地下体育建筑是指将原本全埋地下的体育建筑首层抬高以解决采光通风问题，或者将原本处于地上的体育建筑下挖以拓展空间高度，进而形成处于一定高度的室外体育场和半地下室内体育空间的一种建筑类型。这种模式的优点在于大跨度体育空间并没有完全被埋入地下，而是进行了抬高处理，形成了可用于地下空间采光的侧界面，大大降低了采光通风和消防疏散的设计难度。在法国普拉伯内克体育馆项目中，辅助功能空间围绕主题球场呈“U”型布置，被整体埋入地下，以减少对地面景观的侵占，主题球场也下沉处理，从而降低了建筑的体积感。主空间由于高度需求，仿佛悬挂的玻璃盒子般暴露在地面以上，给室内带来了充足采光和面向周围自然景观的开阔视野。南京师范大学附属中学体育活动中心也是半地下体育建筑，根据不同的功能净高要求分别下挖2.6~6.9m，将300m田径场置于地面上方2.2m处，不仅改善了地下体育建筑的通风和采光，而且满足了内部复合多功能空间的高度需求。
(3)部分体育功能空间下沉的体育建筑体育功能层叠布置是当前体育建筑重要的发展趋势之一，层叠式体育建筑在垂直方向通过紧凑高效的空间布局，满足多样化的体育功能要求。在层叠式体育建筑中，我们可以根据建筑高度要求以及实际功能需要，将局部体育空间下沉，并结合下沉广场或庭院等设计要素，起到实际功能和立体景观兼顾的效果。西班牙马德里的弗朗西斯科维多利亚大学综合体包含体育馆、游泳馆、多功能大厅、健身场地以及康复用房等多种功能，其中游泳馆被安排在了地下，并在一侧设置下沉式庭院，以实现自然采光和通风。北京大兴区西红门体育中心也采用了相似的手法，将游泳馆置于地下一层，有效降低了建筑主体高度，结合下沉广场打造了立体化的城市景观(表2)。
05地下体育建筑的设计要素
5.1 结构选型
体育建筑结构选型多为大跨空间结构，如拱结构、网架结构、壳体结构、张弦梁结构、索结构、膜结构等。不同于地上建筑，地下体育建筑的结构需要承载上部荷载、满足更高的防火要求，并降低造价，因此在实际建设中结构选型应综合考虑各种因素的影响，以满足经济、适用、美观的建设目标。当前校园体育建筑和一些小型地下体育建筑主要使用梁柱框架体系，如北京市第八中学地下综合馆的内部大空间可容纳2片标准篮球场地、12片标准羽毛球场地，其结构选型采用梁高约为2m的密肋梁承接上部室外体育场的荷载。除此之外，上文介绍的北京大学附属中学体育馆也使用了框架结构体系。框架结构体系虽然经济实用，但无法更好地满足体育建筑空间的整体性和体育功能的多样性。近年来，随着现代结构技术与建造技术的发展，针对层叠式大跨度结构的研究逐渐拓展到混合结构领域，譬如北京林业大学体育场地下空间扩建项目中就应用了混合盒式结构。混合结构往往具有更大的跨度，更低的用钢量，在降低工程造价的同时，也满足了各种体育功能对于空间的需求。
5.2 功能流线
一般竞技型体育场馆通常利用室外大楼梯引导观众到达二层平台作为入场观众流线，并实现与运动员、裁判员、媒体、赛事工作人员以及贵宾等流线的分离。在地下体育建筑中，由于比赛空间的下沉，普通观众可从地面层直接进入，减少了流线长度，有利于入场和疏散。运动空间的下沉虽然有效缩短了普通观众的流线长度，但会相应增加其他使用者的流线长度，并使流线组织复杂化，这是应该特别关注的问题。地下体育建筑的主入口需要同时考虑室外体育场、地下体育馆等多个标高的流线设计，需要合理组织并引导人员进入地下体育建筑，实现从地面到达地下的便捷性。除此之外，城市型地下体育建筑的流线组织，还应当考虑与城市轨道交通衔接的可能性，方便城市市民到达和使用。
5.3 通风采光
地下体育建筑的室内通风包括自然通风和机械通风两大类型。一般大型体育建筑由于空间进深大，建筑整体能耗中照明能耗和空调能耗占总能耗的80%左右。由于地下空间的封闭性、采光难度大，地下体育建筑更加依赖机械通风和人工照明，主要通过送风设备实现室内空气流动，加强与室外空气交换，以达到提高地下体育空间健康舒适度的目标。然而完全封闭的地下空间会使人产生生理和心理的不适，机械通风和人工照明也会消耗大量能源，不符合当下建筑节能的发展趋势。在场地条件允许的情况下，如何设计地下体育空间以实现良好的自然通风、引入自然光线，是设计师需要着重考虑的设计要素。地下体育建筑自然通风采光可以通过局部抬高设置高天窗实现，这种方式可以减少对地面空间的影响并且有利于避免眩光。除此之外，设置下沉式庭院或广场配合侧向采光也是常用的设计方法之一。此种方法采光量大，并且可以结合绿植设计，共同营造出人性化的地下运动环境。
5.4 消防疏散
地下体育建筑依据现行规范被定义为地下空间，因此既要满足地下空间相关的消防疏散要求，又要兼顾体育建筑的功能使用。由于一些体育运动空间面积较大，如何解决体育空间划分与防火分区面积限制之间的矛盾，以及消防设施设备布置的密集是需要重点解决的问题。下沉广场是地下体育建筑经常使用的设计要素之一。通过设置下沉广场，不仅提高了地下体育场馆的通风和采光，而且可以作为人员疏散的缓冲区，从而较好避免人员拥挤和排队现象，有利于提高人员疏散的安全性。通向下沉式广场的疏散出口应尽可能地增加，且分布均匀，营造更加有利的人员疏散环境。此外，由于体育运动空间的疏散距离较大，实际项目中通常使用避难走道和下挖环形消防车道来保障地下体育空间的防火安全。下沉消防环路还可与下沉广场结合，用于消防车登高作业场地，增加消防场地面积。由于地下体育建筑的消防规范要求较高，在以上策略无法解决的状况下可以运用性能化设计方法，充分考虑体育功能、使用面积、人员密度和疏散流线等因素，对每个具体项目进行针对性设计。
06结语
当前城市高密度区域普遍面临公众体育需求增加和城市体育用地紧张的问题，地下体育建筑拥有充足的发展动因和广阔的发展前景，是积极拓展体育空间的有效模式之一。利用地下空间开发体育建筑是一项复杂的系统工程，需要统筹考虑结构选型、功能流线、通风采光、消防疏散等设计要素，而地下空间相关规范标准的不断完善和现代建造技术的发展为其实际落地的可行性提供了有力支撑。通过体育运动空间的下沉，可以有效提高城市容量，增加城市体育设施的有效供给，最大限度地保留城市绿地和开放空间，对于提升城市景观，促进高密度城市区域的集约化发展具有重要的现实意义。
