張 銘 谷志旺 王偉茂 孫沈鵬 張 波

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

上海擁有著大量的歷史保護(hù)類(lèi)文化建筑場(chǎng)館。這些承載凝聚了城市寶貴歷史文化，見(jiàn)證了上海文化傳承和發(fā)展的建筑場(chǎng)館，具有極高的科學(xué)價(jià)值、歷史價(jià)值、人文價(jià)值。對(duì)標(biāo)當(dāng)下高顏值、高配套、高標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代大型綜合展演類(lèi)建筑，文物建筑場(chǎng)館面臨著文物特征有待保護(hù)、場(chǎng)館觀演品質(zhì)尚待提升、建筑安全運(yùn)營(yíng)保障亟須加強(qiáng)等方面的需求。面對(duì)文物建筑保護(hù)要求高、劇場(chǎng)使用功能需求多、現(xiàn)代服務(wù)品質(zhì)不斷提升等特點(diǎn)，結(jié)合上海音樂(lè)廳文物建筑保護(hù)修繕工程，運(yùn)用現(xiàn)代科技與傳統(tǒng)工藝相融合，建立1套與之相適應(yīng)的保護(hù)修繕技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)文物建筑場(chǎng)館的保護(hù)利用與性能提升，對(duì)保護(hù)文物建筑遺產(chǎn)具有重大意義[1-4]。

1 工程概況

上海音樂(lè)廳（圖1）建成于1930年3月，前身為南京大戲院，是上海第1座由中國(guó)建筑設(shè)計(jì)師自行設(shè)計(jì)的具有西洋古典主義風(fēng)格的戲院，是全國(guó)第1座音樂(lè)廳，也是上海音樂(lè)活動(dòng)中心。1989年被列為上海市文物保護(hù)單位、上海市優(yōu)秀歷史建筑。2003年，因市政高架建設(shè)，對(duì)上海音樂(lè)廳進(jìn)行整體性了平移保護(hù)修繕，并在新址增建2層地下室、西大廳和南大廳，與原有建筑連成整體，作為音樂(lè)廳配套空間。因此，現(xiàn)有上海音樂(lè)廳由原始建筑（文物保護(hù)部分）以及平移后新建建筑（非文保部分）兩部分組成?？偨ㄖ娣e12 986.70 m2，其中，文保保護(hù)區(qū)建筑面積約2 557.58 m2。

圖1 上海音樂(lè)廳

建成90年來(lái)，上海音樂(lè)廳見(jiàn)證了眾多知名藝術(shù)家的登臺(tái)展現(xiàn)，由于高頻率、高密度、高流量的演出場(chǎng)次和觀演人數(shù)，上海音樂(lè)廳建筑主體及設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)了不同程度的老化和損壞。

為保護(hù)歷史文物建筑，解決建筑及其設(shè)備設(shè)施逐步老化而無(wú)法滿(mǎn)足更高標(biāo)準(zhǔn)演出的問(wèn)題，改善音樂(lè)廳場(chǎng)館觀演體驗(yàn)，提升上海音樂(lè)廳影響力，展現(xiàn)上海的城市文化名片風(fēng)采，上海音樂(lè)廳于2019年啟動(dòng)保護(hù)修繕工程，圍繞文保區(qū)域保護(hù)修繕，維護(hù)建筑原有風(fēng)格，做到修舊如舊。非文保區(qū)域進(jìn)行空間布局調(diào)整，重新裝飾裝修；更新舞臺(tái)設(shè)備設(shè)施，提升劇場(chǎng)聲學(xué)演出效果，以滿(mǎn)足一流的劇場(chǎng)演出需要。

2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

1）音樂(lè)廳作為歷史文化建筑遺產(chǎn)，重點(diǎn)特色保護(hù)部位多，損壞情況復(fù)雜，面臨的保護(hù)要求高。音樂(lè)廳北立面、東北立面以及室內(nèi)北進(jìn)廳、觀眾廳、東走廊均為文物重點(diǎn)特色保護(hù)部位。各部位構(gòu)成元素豐富，有泰山磚、花崗巖、古典木門(mén)窗、紙筋灰頂棚、仿石廊柱、水磨石墻地面等不同部位類(lèi)型的特色保護(hù)構(gòu)件，大多數(shù)構(gòu)件都存在被污染、風(fēng)化、斷裂、脫落等不同程度的損壞，特色部位修繕時(shí)，既要保護(hù)和延續(xù)價(jià)值特征，又要滿(mǎn)足現(xiàn)代使用需求，修繕難度比較大。

2）音樂(lè)廳場(chǎng)館功能空間單一、觀演聲學(xué)環(huán)境亟待提升，更新改造受文物保護(hù)制約。隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，歷史特定時(shí)期設(shè)計(jì)的音樂(lè)廳，其功能和性能已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代場(chǎng)館的觀演需求，具體表現(xiàn)在觀演配套空間單一、傳統(tǒng)材料和構(gòu)造措施帶來(lái)的聲學(xué)效果亟待改善。如何在保護(hù)文物建筑的條件下進(jìn)行場(chǎng)館功能優(yōu)化與性能提升是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

3）觀眾廳大頂建造年代久遠(yuǎn)，各項(xiàng)性能都有所衰退，因文物保護(hù)需要，無(wú)法更新替換，存在使用隱患。整個(gè)觀眾廳大頂跨度大、頂棚高，構(gòu)造復(fù)雜；南北長(zhǎng)約28.00 m，東西寬約21.70 m，距地面高度約13.00 m，整個(gè)大頂面積約600.00 m2；由于大頂已有90年歷史，其各項(xiàng)性能均有所衰退，大頂飾面層已出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂變形。作為文物重點(diǎn)保護(hù)部位，目前僅能消除大頂已出現(xiàn)的安全隱患，來(lái)提升大頂?shù)陌踩阅?，無(wú)法對(duì)其更新替換，使得大頂長(zhǎng)期可持續(xù)的安全性能無(wú)法得到有效保障，給音樂(lè)廳文物建筑場(chǎng)館正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)方案

3.1 基于數(shù)字化的特色部位保護(hù)修繕技術(shù)

文物建筑特色部位修繕既要充分體現(xiàn)價(jià)值、延續(xù)特征，又要滿(mǎn)足現(xiàn)代使用需求與保護(hù)相協(xié)調(diào)。在修繕過(guò)程中，運(yùn)用三維激光掃描、無(wú)人機(jī)航拍、紅外熱成像等數(shù)字化技術(shù)，獲取文物建筑特色部位典型特征和原始數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)輔助文物建筑保護(hù)修繕。深度探究特色部位傳統(tǒng)修繕工藝，做好傳統(tǒng)工藝的傳承與現(xiàn)代技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)特色部位的特征延續(xù)、文脈傳承和性能提升。

3.1.1 外立面無(wú)損清洗修復(fù)技術(shù)

上海音樂(lè)廳北側(cè)和東北側(cè)外立面均保留著1930年落成時(shí)的風(fēng)格，最上部為泰山磚飾面，中部為仿石漆墻面，下部為花崗巖飾面，構(gòu)圖典雅、風(fēng)格大氣，令人觀之難忘。由于歷年來(lái)積灰成污，加上雨水侵蝕和風(fēng)化的緣故，泰山磚飾面部分發(fā)霉破損且存在空鼓損壞，花崗巖飾面發(fā)生不均勻銹斑污染現(xiàn)象。

針對(duì)外立面泰山磚片污染破損修繕，利用紅外熱成像技術(shù)快速獲取飾面損傷部位（圖2），利用平移施工時(shí)留存的泰山磚片，按原拼色方案進(jìn)行更新修繕（圖3）。對(duì)輕微污染區(qū)，采用小壓力清水進(jìn)行清洗，對(duì)污染嚴(yán)重區(qū)域，采用尼龍刷涂刷活性酶清洗。探究花崗巖石材“生銹”污染路徑，優(yōu)化花崗巖飾面構(gòu)造，增設(shè)特征相容批水板（圖4），阻斷飾面生銹滲水路徑，結(jié)合污染程度，研制泥敷法清洗配比和溫度，吸附飾面毛細(xì)孔內(nèi)部銹質(zhì)，實(shí)現(xiàn)外立面無(wú)痕清洗與無(wú)損保護(hù)。

圖2 紅外熱像精確定位損傷部位

圖3 破損飾面原材料定制更換

圖4 花崗巖飾面檐口增設(shè)批水板

3.1.2 老式木門(mén)窗特征延續(xù)與性能升級(jí)技術(shù)

外立面木門(mén)窗為柚木材質(zhì)，由于長(zhǎng)期未進(jìn)行有效的養(yǎng)護(hù)，老式木門(mén)窗外露翹曲變形、老化破損、隔聲節(jié)能性能不佳，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有使用需求。

在不改變門(mén)窗原有形制下，通過(guò)嵌入銅板加固提升木門(mén)窗整體性；去除木構(gòu)件起翹漆面，涂刷木蠟油，恢復(fù)木窗材質(zhì)紋理；置換隔聲節(jié)能玻璃、嵌入密封隔聲材料，提升木門(mén)窗隔聲節(jié)能性能。為保證修繕效果和質(zhì)量，通過(guò)三維激光掃描結(jié)合深度逆向建模技術(shù)，建立老式木門(mén)窗修繕工藝可視化視頻，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工人師傅手工修復(fù)，實(shí)現(xiàn)老式木門(mén)窗風(fēng)貌展現(xiàn)和延續(xù)（圖5、圖6）。

圖5 老式木窗升級(jí)改造數(shù)字化示意

圖6 老式木窗修繕后

3.1.3 仿石廊柱特征修復(fù)技術(shù)

北廳科林斯廊柱仿石飾面為平移時(shí)修繕，年久破損，破損面多而散、基層起殼，采用常規(guī)的“打補(bǔ)丁”法修繕，很難恢復(fù)原有柱面的整體風(fēng)貌，并且存在耐久性不足等問(wèn)題。

通過(guò)數(shù)字化技術(shù)獲取柱體形制尺寸、典型特征，對(duì)內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行剖解分析，確定仿石飾面構(gòu)造優(yōu)化措施，增設(shè)抗裂網(wǎng)格布，提升飾面抗裂性能；邀請(qǐng)平移修繕時(shí)的老工匠按照原式樣采用專(zhuān)用顏料重新繪制仿石紋理，恢復(fù)仿石柱原有風(fēng)貌（圖7、圖8）。

圖7 廊柱飾面紋理圖樣

圖8 廊柱仿石飾面修繕

3.1.4水磨石歷史遺跡復(fù)原技術(shù)

東走廊地坪拆除修繕時(shí)，發(fā)現(xiàn)一塊1930年原水磨石地面遺跡，設(shè)計(jì)單位在征詢(xún)專(zhuān)家意見(jiàn)后，要求按遺跡進(jìn)行復(fù)原。為恢復(fù)原有水磨石式樣色彩，飾面復(fù)原面臨材料組分配比、花飾排版設(shè)計(jì)、修繕工藝選取等難點(diǎn)。

針對(duì)上述復(fù)原存在的問(wèn)題，利用電鏡分析儀、拉曼光譜儀，對(duì)水磨石遺跡材料組分進(jìn)行分析，獲取材料成分和骨料粒徑大小，通過(guò)小樣試配確定水磨石骨料和配比；以北廳水磨石圖案花飾為藍(lán)本，對(duì)復(fù)原水磨石地坪花飾進(jìn)行數(shù)字化排版設(shè)計(jì)，以確定拼花式樣、大小和分布，確保與原式樣一樣；采用傳統(tǒng)水磨石施工工藝和網(wǎng)格分倉(cāng)法，實(shí)現(xiàn)多重圖案組合的水磨石飾面施工，最終成功實(shí)現(xiàn)了富有特色水磨石拼花地面的歷史原跡復(fù)原（圖9、圖10）。

圖9 東走廊水磨石遺跡

圖10 復(fù)原后的東走廊水磨石地面

3.2 文物建筑場(chǎng)館功能優(yōu)化與性能提升技術(shù)

通過(guò)在文物建筑非保護(hù)空間內(nèi)新增結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)重構(gòu)文物建筑功能空間，對(duì)原有配套空間進(jìn)行重組，實(shí)現(xiàn)功能拓展后的場(chǎng)館配套空間獨(dú)立完整；在遵循文物保護(hù)要求的前提下，通過(guò)優(yōu)化隔聲材質(zhì)、構(gòu)造措施進(jìn)行場(chǎng)館隔聲降噪，調(diào)節(jié)可變吸聲材料、更新優(yōu)化聲學(xué)裝飾材料來(lái)提升場(chǎng)館演奏音質(zhì)效果。通過(guò)優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)施工設(shè)備設(shè)施，采取與文物保護(hù)相適應(yīng)的施工技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)文物建筑場(chǎng)館功能優(yōu)化與性能提升。

3.2.1 最小干預(yù)下文物建筑功能空間拓展與重組技術(shù)

針對(duì)觀演空間單一，拓展更新受文物保護(hù)制約的現(xiàn)狀，利用非保護(hù)區(qū)域的地下2層原排練廳空間新增結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)重構(gòu)建筑空間，拓展場(chǎng)館演出功能；通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)選型對(duì)比分析，選擇獨(dú)立輕型鋼結(jié)構(gòu)組合樓板體系+GRG裝飾墻板來(lái)構(gòu)建多功能演藝廳，確保不增加文物建筑上部荷載、不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)傳力體系、不超過(guò)既有地基承載極限。

在新增場(chǎng)館功能空間基礎(chǔ)上，為滿(mǎn)足場(chǎng)館配套需求，對(duì)地下室配套用房進(jìn)行空間重組?；趯?duì)原有配套空間功能、大小以及重組中結(jié)構(gòu)影響度分析，梳理原有配套空間可干預(yù)等級(jí)并進(jìn)行相應(yīng)空間分解；結(jié)合新增場(chǎng)館功能配套空間需求和運(yùn)營(yíng)管理需要，通過(guò)合并、重置配套空間，調(diào)整公共空間走向的方式，實(shí)現(xiàn)文物建筑保護(hù)條件下的配套用房微更新，確保多場(chǎng)館空間同時(shí)運(yùn)營(yíng)時(shí)人流動(dòng)線(xiàn)不交叉、配套空間獨(dú)立完整（圖11、圖12）。

圖11 場(chǎng)館功能空間拓展

圖12 重構(gòu)后的多功能小廳

3.2.2 特征維持下的觀演聲學(xué)性能提升技術(shù)

結(jié)合場(chǎng)館功能拓展，在不改變?cè)薪ㄖ黧w結(jié)構(gòu)體系的前提下，利用小廳內(nèi)新增輕型鋼結(jié)構(gòu)組合樓板+GRG墻體體系與觀眾廳結(jié)構(gòu)樓板形成隔聲空腔，有效阻隔聲源串音路徑，改善觀眾廳與小廳間的串音問(wèn)題；通過(guò)更新外立面木門(mén)窗隔聲玻璃，增設(shè)隔聲密封條，嵌入加固來(lái)提升木門(mén)窗整體性，在保留木門(mén)窗特色形制特征前提下，提升木門(mén)窗隔聲性能。

在保留觀眾廳文物保護(hù)空間整體風(fēng)貌的前提下，對(duì)觀眾廳內(nèi)既有座椅設(shè)備增設(shè)阻尼來(lái)消除座椅使用噪聲，利用改進(jìn)座椅布料材質(zhì)改善廳內(nèi)的吸聲效果，調(diào)節(jié)混響時(shí)間；更換與舞臺(tái)相容的反聲罩，為廳內(nèi)提供早期反射聲，為觀眾廳帶來(lái)優(yōu)美的觀演視聽(tīng)效果。

對(duì)小廳內(nèi)GRG裝飾墻板飾面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成雙曲面波浪造型的四葉草花瓣立體圖案飾面，可以對(duì)聲波產(chǎn)生良好的散射作用，使得小廳坐席區(qū)的混響時(shí)間和側(cè)向反射聲能比分布均達(dá)到了理想的效果；通過(guò)對(duì)GRG裝飾板進(jìn)行錯(cuò)縫安裝，有效解決平行墻面顫振回聲問(wèn)題，為小廳營(yíng)造良好的聲學(xué)演奏空間；通過(guò)安裝可調(diào)節(jié)吸聲裝置，滿(mǎn)足不同功能下的小廳聲學(xué)演奏效果。

3.2.3 低影響下的文物建筑保護(hù)施工技術(shù)

從文物建筑保護(hù)角度出發(fā)，開(kāi)展文物建筑內(nèi)保護(hù)修繕施工工藝、設(shè)備、裝置研發(fā)，開(kāi)發(fā)了風(fēng)貌相容的機(jī)電設(shè)備管線(xiàn)植入技術(shù)、基于復(fù)原修繕的復(fù)雜構(gòu)件保護(hù)拆除技術(shù)、半封閉通道下構(gòu)件傾斜運(yùn)輸裝置；低凈空下大跨度鋼結(jié)構(gòu)吊裝裝置，為文物建筑功能優(yōu)化和性能提升施工提供技術(shù)支撐。

3.3 文物建筑場(chǎng)館安全預(yù)警與運(yùn)營(yíng)保障技術(shù)

為了保證文物建筑場(chǎng)館安全運(yùn)營(yíng)，在遵循文物建筑保護(hù)要求與特色部位安全的原則下，通過(guò)有限元模擬分析觀眾廳大頂各項(xiàng)構(gòu)件內(nèi)力和變形情況，結(jié)合數(shù)值模擬分析，布置監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)觀眾廳大頂各項(xiàng)性能，相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果可輔助業(yè)主對(duì)觀眾廳大頂進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理，確保文物建筑場(chǎng)館安全使用。

3.3.1 復(fù)雜構(gòu)造特征下的觀眾廳大頂安全性能分析

觀眾廳大頂構(gòu)造形式多樣、傳力體系錯(cuò)綜復(fù)雜，整個(gè)觀眾廳大頂由上部木屋架（包括木擱柵）、下部裝飾層以及吊筋連接件3部分系統(tǒng)組成。精美大頂裝飾層通過(guò)紙筋灰批嵌于鋼板網(wǎng)上，再利用鋼吊筋懸吊固定在木格柵上，而木格柵擱置在木屋架下弦桿上，從而將荷載傳給木屋架（圖13）。

圖13 觀眾廳大頂現(xiàn)狀

為了做好觀眾廳大頂安全性能分析，采用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)獲取大頂整體構(gòu)造和尺寸，通過(guò)逆向建模構(gòu)建大頂三維實(shí)體模型，結(jié)合并參考相關(guān)材料的損傷檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)服役狀態(tài)下的大頂各項(xiàng)性能進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，分析大頂在正常使用狀態(tài)下各部件內(nèi)力分布情況和關(guān)鍵構(gòu)件力學(xué)性能，以及不同組成部件性能退化下的大頂破壞模式。

3.3.2 服役狀態(tài)下的觀眾廳大頂安全性能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

根據(jù)數(shù)值模擬分析，結(jié)合大頂破壞模式，對(duì)大頂木屋架層和裝飾面層部件布置監(jiān)測(cè)設(shè)備，全面、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)獲取大頂服役狀態(tài)下的整體姿態(tài)。在大頂木屋架部件上安裝高精度力學(xué)傳感器，包括應(yīng)力應(yīng)變計(jì)、傾角儀、靜力水準(zhǔn)儀、振動(dòng)傳感器等，通過(guò)U形連接件與木構(gòu)件無(wú)損連接；針對(duì)百年大頂因材料性能退化而引起裝飾面層脫落風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)在裝飾面層兩側(cè)布設(shè)遠(yuǎn)距離激光測(cè)距設(shè)備和拉線(xiàn)式位移計(jì)組合監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)大頂面層變形進(jìn)行非接觸感知，獲取大頂裝飾面層的整體變形和層間變形狀況。

3.3.3 觀眾廳大頂安全狀態(tài)云端診斷與自動(dòng)化預(yù)警

建立觀眾廳大頂安全監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)，基于物聯(lián)網(wǎng)與5G技術(shù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸至云端數(shù)據(jù)庫(kù)，并自動(dòng)完成相關(guān)數(shù)據(jù)篩選、過(guò)濾、分析與評(píng)估；以BIM數(shù)字化三維模型為載體，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)云圖在平臺(tái)模型上進(jìn)行可視化展示?；诖箜斪冃卧隽繑?shù)據(jù)的迭代分析，結(jié)合構(gòu)件的損傷程度和安全重要性，建立分級(jí)預(yù)警制度，一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值，將自動(dòng)提示使用者提前介入與判別風(fēng)險(xiǎn)，以保障大頂?shù)恼Ｊ褂茫▓D14）。

圖14 觀眾廳大頂安全監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)

4 結(jié)語(yǔ)

上海音樂(lè)廳不僅是一幢建筑，更是上海文化品牌的重要體現(xiàn)。在修繕過(guò)程中，我們秉承一顆敬畏之心、傳承之心、工匠之心，對(duì)場(chǎng)館類(lèi)文物建筑保護(hù)利用與性能提升施工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，通過(guò)將現(xiàn)代科技與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行有序結(jié)合，讓這一90歲“文物老人”煥發(fā)新的生命力，接續(xù)城市歷史，留住城市記憶，發(fā)揮專(zhuān)業(yè)場(chǎng)館演藝功能，給觀眾提供更高品質(zhì)的音樂(lè)文化產(chǎn)品和服務(wù)。這也為后續(xù)上海近代劇院類(lèi)文物建筑保護(hù)與更新改造提供了借鑒和指導(dǎo)。