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明尼苏达州圣保罗安联球场（Allianz Field）是美国职业足球大联盟MLS（Major League Soccer）明尼苏达联队足球俱乐部的主场。跟近年来很多进入美职联的新军一样，明尼苏达联的财力也比较可观，球队老板是美国著名医学和生物学家麦克吉尔，其它股东还包括当地富商波拉德家族，以及明尼苏达森林狼老板格伦·泰勒，投行大咖格伦·尼尔森等人。为了将明尼苏达联尽快打造成为一支劲旅，2015年10月23日，这些商界大咖就已经敲定了新球场建设方案，将在占地35英亩（14.16万㎡）的圣保罗巴士站场地建造一座体育场，并聘请堪萨斯城的Populous建筑事务所来设计球场，该项目于2017年6月开工。2019年新球场全面建成并正式投入使用。自从20世纪70年代以来，明尼苏达就经历了数次专业球场的更新换代，然而，直到2019年4月，随着圣保罗安联球场的投入使用，明尼苏达州才可以自豪地说拥有了一个专用美职联MLS球场。 新球场施工建设过程中，明尼苏达联还早就敲定了冠名权，这座可以容纳约2万名球迷的现代化球场，最终命名为“安联球场”，而它也成为了安联集团冠名的第8座球场。安联集团是一家全球人寿保险及退休服务公司，其北美总部位于明尼阿波里斯市。安联先前冠名的7座球场分别是：德国慕尼黑的拜仁慕尼黑安联球场、意大利都灵的尤文图斯安联球场、巴西圣保罗的帕尔梅拉斯安联球场、澳大利亚悉尼的悉尼FC安联球场、法国尼斯的安联里维埃拉球场、奥地利维也纳的维也纳快速安联球场、英国伦敦的伦敦安联公园（英国橄榄球联盟萨拉森人队主场）。而既然是新落成的球场，那么明尼苏达联安联球场的现代化程度自然有望领跑全球，实际上也的确如此，而在很多细节方面亦彰显了明尼苏达联的独特情怀。明尼苏达联安联球场没有使用电子计分牌与时钟，而是选取了指针式机械时钟与手动记分版，这一复古设计可谓别出心裁，只身于这座现代化球场，竟然可以看到如此醒目的复古元素，其视觉感受与心理感观所产生的碰撞足以让人拍案叫绝。此外，部分看台上还单独设有一把红色的座椅，它是预留给比赛当天来到现场的一位特殊观众的，此举有利于在直播过程中更好、更快地表达镜头语言，特殊观众的特殊性亦得到最直观的体现。 明尼苏达联安联球场的投入使用意味着，就在短短4年期间，美职联群雄已经相继启用了奥兰多城球场/奥兰多城、奥迪球场/华盛顿联、加利福尼亚银行球场/洛杉矶FC、梅赛德斯奔驰球场/亚特兰大联，亚美亚球场/圣何塞地震等全新球场，而在未来三年内，辛辛那提FC与迈阿密国际的新球场也将相继竣工，多伦多FC、纽约城的新球场方案亦正在推进过程中，相信再过几年，美职联的整体观赛体验必将达到全球一流水准，甚至还会略胜于部分欧洲顶级联赛。 
圣保罗安联球场是明尼苏达州圣保罗一块35英亩（14.16万㎡）的棕色用地的多用途再开发项目中的一个焦点工程。宣告着这个街区的复苏，项目业主描述了他们的愿景：建造一座可媲美国际足球场地的迷人的、令人舒适的球场。这座造价2.5亿美元（约合人民币16.96亿元）的球场拥有19,500个座位，最多的时候可以增加到23,000个座位。尽管足球场地是露天的，但是球迷们仍可通过一个360°的钢结构顶棚免受恶劣天气的侵扰。将球场环绕起来的是一个90,000ft.2（8,,321.67㎡）的半透明聚四氟乙烯PTFE织物膜结构，该设计要求使用由St. Gobain开发的新型PTFE织物，该织物由透明PTFE层压材料覆盖的编织玻璃纤维纱线组成。在结构设计最终确定之前，Fabritec作为设计协助合作伙伴参与了该项目。这种安排使Fabritec能够与设计团队的其他成员携手合作，以美观、结构合理且经济高效的解决方案设计，细化整个工程项目。膜结构支承在空心钢管截面框架上，背光的可变LED照明让球场在夜晚也分外迷人。最远的座位距离球场边线也只有125ft.（38.1m）的距离，使得明尼苏达联队的主场比赛成为职业足球联赛中最独家的体验。 该项目的业主想要打造一个世界级的球场，同时也成为该球队以及明尼苏达州的地标性艺术品级建筑，这个球场要能向场外的观众充满动感地传达球场上的运动能量，也要使得观众能在场内欣赏比赛。球场的设计必须要轻盈、通风、透明，同时又要能够耐得住明尼苏达的严冬气候。Populous建筑事务所的设计方案是一个半透明的表皮包裹着整个足球场，支承在大直径的空心钢管截面上，不对称的蜿蜒曲线造型是为了避免水平角度上与众多传统球场的“婚礼蛋糕”造型雷同。为实现这个设计意图，就需要有一个创新的数字化设计过程，采用共用的主要几何信息文件进行结构分析、建筑设计以及最终进行材料加工。这个共用的平台使得项目所有各方作为一个整体，而不是作为单独的个体，可以进行近乎实时的设计修改，也能够利用快速三维可视化来做出更有依据的、适时的、符合项目作为一个整体利益的决定。 Walter P Moore设计事务所将结构框架分析和织物膜结构分析集成在一起，从而可以对整个钢结构体系进行优化。集成设计中考虑了波浪起伏的建筑造型、变化的荷载条件、材料之间复杂的相互作用，从而给出了一个非常具有成本效益的设计且不妨碍雄心勃勃的设计意图的实现。考虑到各种各样的因素：缺乏可重复性、长悬挑、不规则几何造型以及工期要求，总用钢量为4,500t的钢结构是主结构和次结构最简单、经济的选择。 与建筑立面形成互补的是一个大型顶棚，可以为球迷们遮风挡雨，同时又能让球场保持开敞，带给观众们一个真正的露天式球场体验。在设计阶段的早期考虑了各种顶棚造型和结构类型，包括张拉式膜结构顶棚、悬挑桁架、悬挑支撑钢梁体系等。最终，选择了悬挑支撑钢梁体系，因为对于这个尺度的顶棚来说，这是最经济的结构体系。这个面积为145,000ft.2（1.35万㎡）的顶棚可以为85%左右的座位提供庇护，同时又保护了球迷们免遭恶劣天气的侵扰，并且能将声音反射回下方球场内。 钢框架结构在为顶棚提供一个轻质、优雅支撑的同时，也具有足够强度来负担明尼苏达严冬典型的大雪所带来的较大的雪荷载。跨度为13ft.（3.96m）的3in.（76.2mm）厚的钢板用于将支撑顶棚的檩条数降至最低。在每个网格内都采用一根大型宽翼缘钢梁，跨度为42ft.,8in.（13m）。钢梁从柱外悬挑长达78ft.（23.77m），仅靠一根单立柱支承。尽管因为施工在钢梁上的附加弯矩所致产生了一个比悬挑桁架稍微笨重一些的体系，但却带来了一个更加开放的结构，需要加工和安装的结构构件也更少了。在钢梁的内边，截面从36in.（0.91m）缩减为16in.（0.41m），和钢檩条的高度保持一致，从而打造了一个环绕球场的连续的纤薄轮廓。在安联球场的北侧，顶棚优雅地俯冲下来，降低了球场的整体轮廓线。 对于球场的标志性特色——建筑表皮——Walter P Moore设计事务所联合Saint-Gobain公司，开发了既可以提供足够强度又能提供所需透明度的一种新型聚四氟乙烯PTFE织物膜材。为了尽量降低成本，这种织物膜材需要在支承的柱网之间跨越尽可能大的跨度，这就给这些支承柱网带来了两个方向的较大弯曲荷载。同时，这些柱网需要绕着球场呈曲线形布置，从而形成所需的建筑外观。直径为18in.（0.46m）的空心圆钢管截面恰好可以作为理想的支承体系。这些圆钢管截面也被称为驱动管“Driver Pipe”，有助于表皮复杂几何造型的形成，为赋予表皮独特造型提供所需的支承结构。 PTFE织物膜材被连接到一个连续的挤压铝合金构件之上，该铝合金构件又通过中心距为18in.（0.46m）的焊接T形钢板组件被连接回驱动管上。为了提供附加允许偏差，钢板的4个角上分别设置了1个45°的长圆孔，这就使得铝合金构件可以竖向或者水平向移动以保持适当的对齐状态。驱动管通过一个端板连接回柱组件上，可以承受双轴弯矩和较大轴向荷载。这个连接节点采用超大孔内的高强摩擦型螺栓，使得在安装过程中可以精准地将驱动管调节到最终位置。 除此之外，Populous建筑事务所想让建筑的外表皮看起来是连续的，没有任何可见的连接节点。为了实现这个构想，就需要避免在驱动管上设置伸缩缝。最终结果就是驱动管起到一个将球场环绕起来的巨型橡皮筋的作用，其随着温度变化膨胀或者收缩，导致驱动管内产生非常大的荷载。结构设计团队利用球场碗形观众席角落的自然间隙来允许其以及西侧的塔楼得以“自然呼吸”。这种方法将来自驱动管的大部分热应力转换到几个角柱上，从而带来了一个更加高效的结构体系。 为了实现业主和建筑师的雄心壮志，Walter P Moore设计事务所的结构和围护团队意识到仅靠传统的设计和协调技术是不够的。关键的创新在于由结构和建筑设计团队以及钢结构加工商之间共享的通用数字数据平台。在始于2015年的设计阶段，Walter P Moore设计事务所和Populous建筑事务所开发了一个数字工作流程，将复杂的建筑几何信息快速整合在结构模型中并且可以将结构方的意见快速反馈给建筑方从而修改建筑设计。这就打造了一种设计、分析、性能之间的共生关系。实质上，这就等同于在项目参与各方之间可以同时获取一个文件并进行处理、操纵，可以快速分享数据，这就使得能够做出快速的决定，从而在规定的时间和预算约束条件下，营造一个高效的系统。对整体几何造型的大量反复性设计也同时优化了设计美学和成本效益。 该项目的另外一个创新点利用了钢结构加工商Merrill钢结构有限公司的运输设备以及靠近施工现场（180英里，约合290km）的优势。顶棚的钢梁/立柱是完全在工厂加工、喷涂并运输到施工现场的，然后作为一个整体就直接支承在建筑柱上。这个被运输到施工现场的最长的顶棚+平衡跨构件有110ft.（33.53m）长，其中，悬挑跨长78ft.（23.77）、平衡跨长32ft.（9.75m）。由于顶棚是预装配式工厂加工的，两个顶棚钢梁/立柱组件在一天之内就被安装完成。整个145,000ft.2（1.35万㎡）的顶棚在18周内就完全安装完毕，包括1至2月这样气候恶劣的两个月。对完全钢梁/立柱的组装使得美观的焊接连接节点得以被使用。另外，这样也打造了一个更高质量的涂层系统，无需现场喷涂或者现场螺栓连接，这也增加了涂层和钢结构体系的使用寿命。 
评语：明尼苏达联足球俱乐部令人惊艳的、先进的新足球场是由包裹在史无前例的半透明耐撕裂表皮下的复杂的钢结构打造而成的。 钢结构“碗” 球场布局为一个较低座位的“碗”，西侧的一座塔楼以俱乐部为特色，也设有相关的“碗”形座席，还有包厢/媒体区，东侧较高的“碗”形座席区，南侧抬高的“碗”形座席区，全都环绕在一个360°的主广场周围，一个大的顶棚悬挑于座席区上方。若干其他重要的结构组件都在球场中得以展示，包括一个场地俱乐部、记分牌、现场的照明支座、场馆工作区等部分结构。 球场的草地降低于地面以下19ft.（5.79m），使得球迷可以进入广场层，和周边街区的开发项目相比也可以尽量减小建筑高度，就像明尼苏达联队的所有者Bill McGuire所说的：“这个球场是要融入街区而不是做出压倒性的姿态的。”球场的一半是一个地下室，和草地层相匹配，设置了球队的更衣室、货车停车处、高端场地俱乐部以及其他设备室。广场大厅是位于部分地下室之上的一个地面铺板混凝土和现浇混凝土框架组合体，较低座位的“碗”形区则是地面混凝土和预制踏步/挡板的一个组合体。鉴于钢结构能克服多种造型和组件在设计和施工中的各种挑战：缺乏可重复性、长悬挑、不规则几何造型以及要求快速安装等，总用钢量为4,600t的钢结构是主结构剩余部分最简单、经济的选择。东侧较高的“碗”形座席区采用了钢耙结构来支承预制混凝土踏步和挡板，南侧抬高的“碗”形座席区采用钢纵梁和钢耙结构来支承铝合金踏步和挡板。西侧塔楼由位于压型钢板之上的两层组合混凝土楼板组成，支承在钢梁上，形成俱乐部和包厢层。钢耙结构从柱网处向外悬挑了20ft.（6.10m），为球迷们提供了独特视野。除此之外，包厢层的屋顶是支承在钢梁和空腹钢托梁之上的。
大联盟的顶棚 美国职业足球大联盟MLS（Major League Soccer）的赛季从3月初一直持续到11月末，意味着位于双城地区的球迷们经常在比赛日的一天内有着从低于冰点的温度到炎热的夏日午后的体验，从暴风雨到晴空万里。这就需要业主和设计团队打造一个既可以保持对大自然开放，又能提供很好庇护和舒适度的球场。一个大顶棚可以为球迷们遮风挡雨，又能让天然草坪得到阳光和雨露的滋润，是数十年在欧洲足球场馆中得到成功运用的解决方案，这种观念模式也被安联球场所认可和接受。
了不起的墙体，光洁的表皮 每个足球场的灵魂就在于支持者那部分。就是每场比赛90min内那些球迷站立、唱歌、敲鼓、呼喊、跳跃的地方，为家乡的球迷们带来共同的心跳和喊叫。在声音效果之外，安联球场也让球迷区成为一个视觉上突出的存在。在南侧球门之后，有着2,800个座位的区域升起了约35°，打造出了一个真正的“声墙”。另外，梯形的座位区和上方22ft.×116ft.（6.71m×35.36m）的主屏幕相匹配。3个带有钢格栅的整体式钢框架步道也使得对显示屏的维护变得容易。 钢“碗”结构是根据最新的英国结构工程师协会ISE（Institute of Structural Engineers）标准给出的球迷参与荷载来进行设计的，意在避免在整场比赛中由于球迷跳跃而带来任何令人不适的振动。在每一次主场获胜之后，球迷席位区会带领整个球场合唱绿洲乐队的《Wonderwall》来庆祝胜利，这也是从该球队在美国第二层级足球联赛——北美足球联盟NASL（North American Soccer League）比赛时沿袭下来的一个传统。 球场的标志性视觉特色就是这个PTFE表皮，包裹着整个球场。球队的老板想要打造一个如同球场上运动的充满动感且复杂精巧的外部表皮，因此给设计团队带来很大挑战的就是需要找到这样一种既要能在明尼苏达经常性严酷的风雨/雪气候下为球迷们提供适当庇护，同时又要能具有引人注目的优雅外观的材料。明尼苏达联队以及项目建筑师Populous建筑事务所预期的球场外立面都是那种多彩的、有背光的、透明的，从而可以在视觉上将球场外的球迷和球场内的热度连接起来。 Walter P Moore设计事务所联合Saint-Gobain公司，开发了一种包含玻璃纤维纱稀薄组织的新型聚四氟乙烯PTFE织物膜材，既可以提供足够的强度和耐撕裂性能又能保持多彩特性。压成薄片的玻璃纤维被掺杂在PTFE膜材内，赋予该材料以防风雨的性能，同时和传统的PTFE膜材相比又可以保持两倍的透光率。钢材作为骨架支撑着PTFE膜材。
数字化工作流程 如前所述，关键的创新在于由结构和建筑设计团队以及钢结构加工商之间共享的通用数字数据平台。 采用Grasshopper/Rhinoceros 3D建立的数字模型作为这些钢管的中心线，是从PTFE过渡线直接偏移而成的，这个数字模型又被用作钢结构分析模型的基础。最终，这个模型被转换成为一个Tekla模型，这样Merrill钢结构有限公司就可以有精确的三维几何模型而无需从二维图纸来建立三维模型。尽管从外观上看两个方向都是弯曲的，但是实际上每个驱动管只有一个方向的半径，这极大地简化了加工和轧制过程。尽管每个驱动管只采用一个方向的半径，这些三通沿着每根钢管遵循一个螺旋线方式布置，使得PTFE膜材织物能够环绕整个球场实现一个光滑、波浪起伏的外观。这些三通的最终布置是由PTFE膜材的安装商——Fabritec公司来确定的，该公司也和Merrill钢结构有限公司进行协调，开发出一个精确的系统，沿着每个给定驱动管的长度和半径来对每个三通形状进行准确定位。 这些驱动管支承在直径为10in.（0.25m）的空心钢管上，也被称为电枢组件，连接回主框架柱上。每一个电枢组件也都是在一个数字模型中进行控制和开发的。为了方便这些驱动管的安装，每根钢管上都焊有一个端板连接节点，然后再和作为电枢组件一部分的连接板通过螺栓连接起来。最终的成果还是非常让人震惊的：一个美丽的外露结构钢建筑，提供了强度以及复杂的几何造型，从而打造了标志性的外立面和充满动感的顶棚。安联球场又为北美的足球场馆设立了一个新标杆，结构钢是一个关键因素，致力于服务球队、球迷及周边社区，将业主和建筑师的愿景变为现实。 
注：部分内容译自美国钢结构学会Modern Steel Construction杂志，2019年第7 |
