0 引言

　　第19屆亞運會(The 19th Asian Games)又稱“2022年杭州亞運會”( 以下簡稱：杭州亞運會)，是繼1990年北京亞運會、2010年廣州亞運會之后，中國第三次舉辦亞洲最高規格的國際綜合性體育賽事。2022年7月19日，亞洲奧林匹克理事會宣布原定于2022年9月10日至25日舉行的第19屆亞運會將于2023年9月23日至10月8日舉行，賽事名稱和標志保持不變。

　　杭州亞運會開閉幕式、田徑、籃球、游泳、跳水、花樣游泳等項目均在杭州奧體中心舉行。杭州奧體中心體育游泳館聲學設計為北京市建筑設計研究院有限公司聲學室。

　　1 工程概況

　　體育游泳館又稱“化蝶”雙館，包含兩個場館：體育館、游泳館;采用雙館合一的設計理念，為連體式建筑，是世界上最大的兩館連接體非線性造型。兩個場館有10 m高度差，游泳館高35 m，體育館高45 m;體育館地上為五層，游泳館地上為三層。

　　雙館主體結構體系為現澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結構，兩館鋼結構屋蓋為一整體結構，屋面采用鋁鎂合金板，覆蓋體育館、游泳館、中廳三部分，呈自由雙曲面造型。獨特的流線造型，結合雙層非全覆蓋銀白色金屬屋面和兩翼張開的平臺形式，形成“化蝶”的杭州文化主題。

　　2 游泳館

　　游泳館總建筑面積53 959 m2，共6 000個座位。比賽大廳平面呈矩形，總長度約108 m，寬約87 m，觀眾席布置在比賽場地兩側，與觀眾休息廳有墻體分隔;比賽場地長約108 m，寬約41 m，設8條泳道游泳池和水深6 m的跳水池;游泳館的屋頂為橢球曲面，最大凈高約為35 m，有效容積約為241 500 m3，每座容積為39.5 m3/座。游泳館平剖面圖見圖1。游泳館可承辦各類游泳、跳水國際賽事，是國內僅次于北京“水立方”的第二大游泳跳水館。

　　圖1 游泳館平剖面圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　2.1 聲學分析

　　游泳館是杭州奧體中心的重要組成部分。它作為國際一流的現代化綜合性游泳館，在杭州亞運會期間將作為游泳、跳水、花樣游泳等水上項目的主要比賽場館。游泳館除進行各種大型國際國內水上項目的體育比賽外，還要求具備舉行水上文藝演出、群眾健身等活動的條件，所以對聲音效果也有較高的要求。室內音質不僅要保證語言清晰度，還要達到良好的音樂效果。因此游泳館的建筑聲學設計是非常重要的。

　　2.2 建筑聲學設計指標

　　游泳館比賽大廳聲學設計指標依據《體育建筑設計規范》(JGJ 31-2003)和《體育館聲學設計和測試規程》(JGJ/T 131-2000)，并結合游泳館的具體情況確定。

　　? 混響時間：中頻(500 Hz～1 000 Hz)滿場混響時間小于2.5 s;

　　?  噪聲限值：比賽大廳在無人占用，空調運行達到使用工況時，滿足噪聲評價曲線NR-40;

　　? 大廳內不得出現明顯的音質缺陷(回聲、顫動回聲和聲聚焦等)。

　　2.3 室內音質設計

　　由于游泳館的建筑造型呈橢球型，橢球凹曲面屋面是整個游泳館中最大的界面，所以其吸聲性能就成為比賽大廳混響時間控制的至關重要的環節。同時，橢球凹曲面又極易產生聲聚焦等聲學缺陷，所以采用了強吸聲構造來消除聲缺陷同時控制混響時間。具體構造如下：

　　1) 屋面最下層為孔徑不小于5 mm、穿孔率不小于20%的穿孔鋁板，穿孔鋁板背后貼敷一層無紡吸聲布;

　　2) 穿孔鋁板之上設置厚度不小于50 mm，容重為 32 kg/m3的拒水膜吸聲板;

　　3) 拒水膜吸聲板上部留有不小于200 mm的空氣層。

　　比賽大廳屋面強吸聲構造見圖2所示。

　　圖2 屋面吸聲構造示意圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　游泳館的每座容積很大，但由于其室內音質要求并不苛刻，混響時間設計指標相對較長，而且比賽大廳四周均有墻面可以布置強吸聲構造，吸聲材料選用拒水膜吸聲板，見圖3所示。

　　圖3 墻面吸聲構造示意圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　3 體育館

　　體育館平面呈矩形，總建筑面積74 470 m2;比賽大廳總長度約136 m，總寬度寬約105 m，比賽場地長約 78 m，寬約47 m;觀眾席為環繞式布置，座位共18 000個(固定座位15 000個，可伸縮看臺活動座位3 000個);比賽大廳與觀眾休息廳連為一體。屋頂為橢球凹曲面，比賽大廳最大凈高約為35 m，有效容積約為463 000 m3，每座容積為25.7 m3/座。體育館平剖面圖見圖4所示。

　　圖4 體育館平剖面圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　3.1 聲學分析

　　體育館的建筑形式新穎活潑，富有現代氣息，但從建筑聲學的角度有以下不利條件：

　　1) 比賽大廳體積巨大，有效容積約463 000 m3，是《體育建筑設計規范》中規定的最大體積的6倍，每座容積達到了25.7 m3/座，所以對混響時間的控制難度很大;

　　2) 休息大廳和比賽大廳連為一體，沒有門分隔，使比賽大廳的實際體積和每座容積更大了，這更增加了混響時間控制的難度，且體積和混響時間不同的連通空間之間又容易產生聲耦合效應等聲學缺陷;

　　3) 體育館的建筑造型也是一個橢球型，比賽大廳內的屋面也是橢球凹曲面，極易產生聲聚焦和回聲等聲學缺陷。

　　3.2 聲學設計指標

　　聲學設計指標是依據《體育建筑設計規范》(JGJ 31-2003)和《體育館聲學設計和測試規程》(JGJ/T 131-2000)，并即結合體育館的具體情況確定的。具體指標見表1。且不得出現明顯的回聲、顫動回聲和聲聚焦等聲缺陷。

　　3.3 室內音質設計

　　3.3.1 比賽大廳

　　1) 體育館和游泳館又稱“化蝶”雙館，體育館的屋面和游泳館一樣呈橢球凹曲面，而且也是整個體育館中最大的界面，所以要設置強吸聲構造，具體構造同游泳館屋面的吸聲構造，參見圖2。體育館吸聲材料的布置見圖5所示。

　　圖5 體育館吸聲材料布置圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　2) 觀眾席區標高8.00～11.3 m處為實體墻，充分利用該墻面進行強吸聲處理，采用穿孔板吸聲構造。具體構造見圖6所示。

　　圖6 墻面吸聲構造示意圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　3.3.2 新聞發布廳

　　新聞發布廳要求保證語言清晰度，必須有較短的混響時間，吊頂和墻面均應結合裝修進行一定的吸聲處理。

　　1) 墻面：根據裝修要求選用木制吸聲板、木絲吸聲板或軟包裝飾吸聲板等吸聲構造，吸聲構造的平均吸聲系數應大于0.6。具體構造見圖7所示。

　　圖7 墻面吸聲構造示意圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　2) 吊頂：選用經玻纖吸聲板或軟包裝飾吸聲板做吸聲吊頂，吸聲吊頂的平均吸聲系數應大于0.7。具體構造見圖8所示。

　　圖8 吊頂吸聲構造示意圖(圖片來源：項目建筑圖紙)

　　3.4 計算機模擬

　　采用比利時的聲學模擬軟件RAYNOISE 3.0對體育館進行計算機聲學模擬，三維建模如圖9所示。由于體育館的建聲環境以保證擴聲系統的語言清晰度為主，所以本次模擬主要針對聲場客觀參量為與語言有關的聲學參量，包括混響時間T60，聲壓級分布SPL，直達聲能分布 SPL direct，語言清晰度Def，快速語言傳輸指數RaSTI，回聲評價指標EC等。

　　圖9 體育館三維圖(圖片來源：raynoise軟件截圖)

　　3.4.1 圍合面的聲學特性

　　1) 頂部為強吸聲屋面，平均吸聲系數大于0.9;

　　2) 觀眾席坐滿觀眾(模擬為滿場結果);

　　3) 墻面吸聲構造平均吸聲系數大于0.4。

　　3.4.2 聲源設置

　　本次計算機模擬只針對體育館比賽大廳的建筑聲學指標進行計算，所以聲源的設置未按照擴聲系統的揚聲器實際布置方式設置。在比賽大廳中心上空設置一個虛擬聲源，聲源在360°方向指向均勻，頻率特性在63 Hz～8 000 Hz頻率范圍內平直。

　　3.4.3   模擬結果及分析

　　1) 混響時間

　　混響時間(滿場)模擬計算結果見表2所示。混響時間分布見圖10、圖11所示。

　　2) 聲壓級分布

　　觀眾席的最大聲壓級差基本小于 8 d B 。各頻率聲壓級分布見圖 12～圖15所示。

　　3) 清晰度 Def50 (%)

　　清晰度Def50 表示50 ms以前的聲能占總聲能的比例。比例越大語言清晰度效果越好。圖16顯示，觀眾席500 Hz的Def50大于60%。

　　圖16 觀眾席500 Hz的清晰度Def50分布(圖片來源：raynoise軟件截圖)

　　4) 回聲評價標準EC

　　回聲評價標準EC體現產生回聲的可能性。如果數值大于1.8，就表示可能有回聲的干擾。圖17顯示，絕大部分座席的EC(500 Hz)小于1.8。

　　圖17   500 Hz單聲源觀眾席的回聲評價標準EC的分布(圖片來源：raynoise軟件截圖)

　　5) 快速語言傳輸指數RaSTI

　　RaSTI是500 Hz和2 000 Hz的語言傳輸指數STI的平均值，RaSTI大于0.6表明有較好的語言可懂度。從圖18可以看出，絕大部分座席的RaSTI大于0.6。

　　圖18   500 Hz單聲源觀眾席的快速語言傳輸指數RaSTI的分布(圖片來源：raynoise軟件截圖)

　　6) 聲學缺陷

　　計算結果顯示，沒有發現明顯的回聲(50 ms后的強反射聲)、聲聚焦(在一點上有密集的反射聲)和顫動回聲(周期性的強反射聲)。見圖19所示。

　　圖19反射聲序列圖(圖片來源：raynoise軟件截圖)

　　4 結語

　　杭州奧體中心體育游泳館建筑聲學設計方案、聲學指標基本滿足使用要求。各館內使用了大量的設計合理的穿孔吸聲構造，兼顧了室內整體裝修美觀和建筑聲學效果，將屋面下皮設計成強吸聲構造，保證了體育館和游泳館的建筑聲學效果。遺憾是由于現實原因無法赴現場進行聲學測試驗收。

　　由該工程實踐得出，對于體育館等大型空間建筑聲學設計，應結合建筑的特殊造型，充分利用可利用的界面，合理布置不同類型的吸聲材料或構造。

　　選自 《演藝科技》2023年第四期 栗瀚，陳金京《杭州奧體中心體育游泳館建筑聲學設計》。轉載請標注： 演藝科技傳媒。 更多詳細內容請參閱《演藝科技》。