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发布时间:2020-02-17 14:09:33 阅读: 来源:木片机厂家

国家大剧院歌剧院主吊顶施工工艺技术创新

北京港源建筑装饰工程有限公司 郭盛茂 金山祥

2007年11月,由北京港源建筑装饰工程有限公司装修施工的国家大剧院歌剧院吊顶工程,被中国企业联合会和中国企业家协会联合评价为“中国企业新纪录”。 国家大剧院是中国的最高表演艺术中心,歌剧院是国家大剧院的核心组成部分。歌剧院的建筑形式、施工工艺做法、装修效果、舞台设备都是独一无二的。整体金黄色的色彩基调,深红色的进口丝绸特殊软包墙面,其间点缀着星星点点的玻璃装饰球,把歌剧院妆点的璀璨生辉,当序幕徐徐拉开时,把人们带入了一个远离现实的梦想世界里。歌剧院建筑面积6430㎡,观众厅1400㎡,东西长36.6m,南北长38.8m,高28m,设有2416席观众座位,吊顶空间造型依据声学要求布置为折板式、圆弧式、双曲线和对称椭圆式,平面上分8个区,竖向分9层,吊顶上装有声、光、机、电各种设备,面积大、弧形变化多、重量重、声学和防火要求高,创国内同类项目施工难度新记录。 歌剧院结构层高28m,三层主吊顶骨架体系由40×3的方钢组成,按区域分为A、B、C、D、E、F、G、H,8个区域及GRC光环,这9个区域的吊顶标高分别为17.781、16.731、17.228、16.071、15.240、14.000、13.750、13.170和9.762m。E区吊顶内设有追光室,B、C、D吊顶内分别设置三道面光桥,吊顶内马道四通八达可以检修到吊顶内任何一件设备,内各区域层层相叠、环环相扣,各区域分别独立施工后,又成为同一整体。基层板为33mm厚的难燃胶合板,面板为贴3mm厚的进口ORANGINA木皮的饰面板。整体风格为弧形,弧形半径变化大,部分为双曲面而且竖向标高也为曲面,声学要求高。面板居中安装有消防喷淋,舞台监控、摄像、灯光、音响等一系列设备。防火要求达到B1级。(见附图1及附图2) 由于歌剧院观众厅(以下简称观众厅)吊顶十分复杂,特别是要满足歌剧院声学要求的36mm厚的木吊顶施工技术,更不是一般企业所能胜任的。为此国家大剧院总承包联合体及设计单位决定选择北京一家知名木材加工企业来承担深化设计和施工任务。该企业根据设计意图以密度板为基材,以其先进的生产加工技术,将每块双曲面板四边做成企口,现场拼装施工,但由于该工艺做出的样板间曲面板不规则,板缝不顺直,既影响外观效果,也影响声学效果,达不到声学设计标准,未能通过总设计师安德鲁的验收。 在这种情况下,港源公司主动请缨并得到同意。港源公司项目部组织现场设计人员、技术人员和施工管理人员共同研究,提出了一套全新的方案:首先确定了合理的构造,即以龙骨的高度调节曲面,基层板直接固定在龙骨上,基层板使用难燃多层板,考虑声学效果分为不同厚度的四层组合,面层为进口桔红木木皮饰面板。在多层基层板安装上,采取了各层板错缝安装的方式,即三层基层板的接口,不在同一剖面上,使板缝相互交错,使吊顶形成了一个密封的系统,不仅提高了饰面的外观质量,而且保证了整个吊顶的声学效果。总设计师安德鲁先生对港源公司的深化设计方案非常满意,在验收样板段时当场给港源公司的设计师深鞠一躬,表达他对深化设计完全实现设计意图的感谢。 港源公司项目部在吊顶施工中采取了一系列有效措施来保证设计方案的实现。

一、采用了综合的测量方法,精确定位,确保造型吊顶的声学效果 因为观众厅主吊顶很高均须在脚手架上施工,为保证测量的准确性,测量仪器不能在脚手架上使用,但在观众厅搭满脚手架影响视线的情况下,在地面上测量也不可行。面对吊顶结构复杂和现场使用仪器测量的实际困难,我们运用了空间拉线三维定位法、直角坐标法、三边交汇法、极坐标法等多种测量方法相结合的方式来测量,通过不同方法的测量结果相互校正以达到精准测量。如在F区施工时,就采用了空间三维拉线定位、直角坐标法测量,极坐标法验证的测量方式,在控制点的测量上取得了良好的效果,为三维立体动画图及龙骨体系布置图提供了依据。 1.空间三维拉线定位和直角坐标法的应用 将歌剧院观众厅内的45轴和2M轴的交点设为X=0、Y=0作为整个观众厅的坐标原点,其中45轴和2M轴分别为X轴和Y轴。对此,我们分别将2M轴引至结构的每道梁底,将42轴、45轴引到东西两面侧墙上,与放好的18m水平标高控制线分别交于四点,作为X轴及水平空间拉控制线的控制点。在施工到某个区域时分别拉平行于45轴及2m轴的通长钢丝线,依此为水平标高线和坐标轴线施工。运用平面直角坐标法,直接从钢丝线上拉出测设点坐标,省去了吊线坠、找水平等许多传统的繁琐的测量步骤,提高了效率,保证了精度。 在E区施工时,因为该区域是由10个不同圆心弧平滑相接组成的椭圆形对称结构,其造型在外圈与金属网有精确定位关系,在内圈与GRC光环相接,而且区域内的面板造型全部为曲面造型,对定位要求相当严格。在施工时我们采用空间三维拉线定位和直角坐标相结合的方法测出每个变圆心圆弧的交点处坐标,然后将同圆心圆弧采用切割圆法(1/4弦高法)计算出圆弧上的相邻边坐标点,直到弧边平滑。

2.极坐标法及其他方法的综合应用 F区结构为双曲圆弧造型,从剖面看象鱼刺形,从平面上看,龙骨成放射形,无法拉通线来控制龙骨位置,而且装饰面分缝与龙骨排布位置一致,如果龙骨错位将直接影响外饰面效果。F区与E区相连且从内缘成放射状分缝一直延续到后缘的G区和F区,对此,我们测量时采取空间三维拉线,对每根龙骨都进行定位,测出现场龙骨内缘(与E区相接+13.483m处)外边缘(+17.182m处)每根定位主龙骨在空间的坐标点,龙骨中间部位找5个三维坐标控制点,以极坐标法和三边交汇法校核测量坐标点的精度。保证了双曲结构的施工误差在5mm之内。见附图5及测量成果表1(部分数据)歌剧院观众厅F区龙骨定位测量成果 表1名称编号横坐标纵坐标水平标高与上一点极坐标距离Fa12+3.777-3.30613.931634Fa13+3.540-2.11715.1201212………………

二、研制了重型吊挂件、加固件及组合方钢龙骨体系 主吊顶最复杂的区域主要在F区,造型是双曲形式,共由27根主龙骨组成。横向由4个不同半径的弧组成,最大半径为40267mm,最小半径为13270mm,纵向由20个不同半径的弧组成,最大半径为32761.5mm,最小半径为2304mm。竖向标高成曲线变化,各曲线一直变化平滑相接。我们根据测量成果,制作了三维立体图形,见附图6。附图6 F区龙骨体系三维立体图 通过不断的完善数据和现场多次放样做模板,找到了各种半径的相交点和标高位置,设计了龙骨精确位置布置安装体系图。主、次龙骨均为方钢管龙骨,主龙骨间距1200~2400mm,根据吊顶饰面板的分格线来确定次龙骨的间距为400mm,主次龙骨安装采用角码进行平面连接,角码上设有长条孔便于调节,安装方便快捷。吊挂体系由Φ10的丝杆和特制的、可自由调整标高的n型承重挂件组成,在该体系下安装吊顶阻燃板不仅牢固而且施工工艺简单,其完成面的观感一致,不同半径的弧相交处光滑平整,是一般工艺无法比拟的,系统地解决了外观、承重、组装、吊顶内设别检修等一系列难题。

三、采用多层基层板现场安装,解决了法国设计师认为难以解决的声学问题 在法方的原设计里,歌剧院吊顶由各种造型的36mm厚的木饰面板拼装而成。然而在施工中,安装拼缝是否密实平滑将直接影响歌剧院吊顶的吸声、反射声等一系列问题,控制不好就会带来声学缺陷,因而被认为是最难解决的声学难题。对此我们提出了多层难燃板做基层板(采用安装三层不同厚度的基层板),各层基层板之间错缝安装,最后安装进口桔红木装饰面板,这一方案很好的解决了声学和装饰效果相冲突的矛盾。(见附图7)附图7 施工完成后吊顶效果 略附图8 施工完毕后的效果 略 四、翻样程序化、加工工厂化 观众厅三层主吊顶装饰面板,为2600㎡的贴有ORANGINA木皮饰面的板材,共由2800多块不同规格的面板组成,其中有1000多块为半径和曲率各不相同的弧状面板。如果加工成为大板,到现场根据放好的定位线裁开安装就会面临加工尺寸精度、施工工期及异型边角料浪费等诸多问题。 通过研究,我们针对设计图纸的规律,利用Excel编制了每块面板加工尺寸计算程序,根据这个程序只需将相关的设计尺寸输入就能算出相应部位面板的加工尺寸。与传统的手工计算相比较,翻样更方便、快捷,可提高效率上百倍,而计算结果与手工计算的重复低效相比,编制的计算程序更稳定可靠,又因为该程序自带验证功能,保证了各种数据的正确性。我们将计算好的尺寸编号列成表,委托给加工厂家,加工厂家将加工参数输入至数控切割机床,直接切割作业,由于提供的加工尺寸数据齐全准确,保证了面板加工的精确度。 面板到货后,工人仅需按照现场放好的控制线及面板编号对号入座,就可将所有的面板准确安装到位,极大的提高了工作效率和安装精度。工厂化加工的面板在现场安装中各种允许误差均高于《高级建筑装饰工程质量检验标准》,达到了国家大剧院施工质量内控标准要求。见加工翻样表2歌剧院观众厅主吊顶E区A部位部分面板加工示意 表2(单位:mm)区段编号内半径外半径内弧长外弧长数量A129764.530159.5104410586×4=24A230164.530559.5105810726×4=24…………………D71214712542132614295*2=10

五、实施效果 歌剧院主吊顶是我们遇到的综合性专业交叉最多的吊顶工程,涉及到建筑、结构、声学、光学、水、电、风、暖、舞台监控、摄像、电视转播、安防等诸多专业。由于应用了以上施工技术,使木制作吊顶防火等级达到了B1级,声学上满足了专家的苛刻要求,功能上满足了多种专业的要求,装饰效果满足了法方建筑设计师对细节、工艺构造、上乘材质及完美主义的追求,材质肌理、色泽、灯光、声学、各专业的协调施工留位等都非常细致,得到了法方设计大师及各界人士的好评,主吊顶很好的解决了声学、光学、装饰效果三者之间的关系,实现了在冲突中寻求功能与艺术完美结合的预期,取得了良好的技术经济效益及社会效益,对以后类似工程具有良好的借鉴作用及积极的推广价值。

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