仿古建筑技術創新與產業化探索

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0 引言

古建筑是指從先秦到19世紀中葉以前的建筑[1]。仿古建筑是仿照古代式樣而運用現代結構和材料技術建造的建筑物，是中國建筑文化的傳承與發揚[2]，既體現了建筑的結構完美和時代特征，又彰顯了民族文化特色，對弘揚中國傳統文化具有積極的實踐意義。

大唐芙蓉園位于西安市曲江新區，建設于2003年，是典型的仿古建筑。設計選用鋼筋混凝土結構形式，其中的斗、栱、升為唐式風格，采用陶粒混凝土材料，椽為方椽（沒有飛椽），采用混凝土材料，屋面瓦為唐式灰色陶瓦，建筑色彩以褐、白、灰色為主，整體古樸大方，雄弘大氣，再顯大唐神韻（圖1、圖2）。

圖1 大唐芙蓉園仕女館

圖2 外檐剖面

1 仿古建筑的設計創新[3-7]

仿古建筑設計中的技術創新包含材料創新和技術創新。材料創新就是設計中將多種材料進行結合（如混凝土與型鋼、普通混凝土與輕骨料混凝土），使用新型節能材料，材料來源更便捷、結構的安全性及耐久性更好。技術創新就是在仿古建筑設計中結構組合形式多樣化，充分體現預制構件生產工廠化、現場組織施工裝配化的優勢。

1.1 仿古建筑設計思想創新

中國古建筑大多為木結構形式，由許多構件組合而成，木結構構件的加工帶有工廠化生產的雛形，現場則集中進行構件的連接和組裝，是標準的裝配化生產。為此，我們在仿古建筑的設計時一定要把這種思想傳承下來，為中國傳統建筑文化的弘揚創出新路。在鋼筋混凝土仿古建筑設計中，我們的總體思路為“預制與現澆結合”，即仿古建筑特征構件部分（如斗、栱、升、替木、椽子等）變換為裝飾構件，采用鋼筋混凝土預制形式，其他主體結構部分（如柱、墻、梁、板等）為結構承力構件，采用鋼筋混凝土現澆的形式，二者之間采取焊接或錨接的形式融為一體，同時具有防腐、防蟲、防火等優點，大唐芙蓉園、大唐西市工程實踐證明這種思路切實可行。

1.2 仿古建筑設計技術創新

仿古建筑在設計總體思路確定后，還應進行分部節點的細化創新，在確保結構安全合理的前提下實施設計優化，以便于操作和成型。在柱子設計時，獨立的圓柱采取鋼筋混凝土材料，并作為結構承力構件，柱頭有“收分”時，有時鋼筋混凝土無法滿足結構承載力要求，柱頭薄弱部位可以采用型鋼混凝土形式（比如大唐芙蓉園仕女館廊柱）。古建筑的斗栱體系分為柱頭科、平身科、角科三種，當斗栱的材料采用混凝土后，這部分將不再是結構承力構件，變為裝飾構件，宜采取預制拼裝的形式，使預制的零散斗栱件通過焊接、連接澆筑成為整體。仿古建筑的椽采用鋼筋混凝土材料預制后，與屋面板疊合現澆，成為懸挑結構承力構件。

仿古建筑的柱礎不再承受柱上壓力，僅保留石材的外觀紋樣效果，中間設一個按柱徑大小鑿出的孔洞，使鋼筋混凝土柱身從中穿過。為了安裝方便，一般做成2 塊拼合的形式。有些磚墻（如絲縫墻）采取古建筑陶瓷面磚作為外飾面并進行勾縫處理，顏色呈亞光青灰色，觀感與傳統青磚墻面非常相近。門窗采用鋁合金材質（比如大唐芙蓉園、大唐西市的直棱門、直棱窗），只是在形式上和古物保持一致。在建筑材料的使用上，仿古建筑也可以大膽使用新型材料（如陶?；炷粒绱筇栖饺貓@仕女館望春閣的檐椽、挑檐板、斗栱構件就采用陶?；炷粒冉档土私Y構自重，又滿足了結構承力要求及抗震性能。

2 仿古建筑施工創新

施工創新就是將現代施工技術與古代建筑藝術完美結合，把設計的意圖再現出來，因此要科學管理、精細化操作，不斷進行施工組織與施工技術研發。

2.1 仿古建筑施工組織創新

仿古建筑的施工不同于現代建筑，其要求施工人員既要懂得古建筑知識，又要能看懂施工圖紙，還能進行建筑構件的分解和組裝。為此就要組建若干實施小組（比如古建組、QC小組等）進行協同作業。在人員組成上不僅要有古建技師，還要有操作熟練的工人和專業技術人員，實現傳統與現代相結合、現場操作與技術攻關創新相結合，團隊分工協作，方能達到結果成優之目的。

2.2 仿古建筑施工技術創新

仿古建筑的施工技術創新在遵從設計 “預制與現澆結合” 的宗旨下，應根據本企業和施工現場實際情況，把每個部位的施工措施制定完善，做到切實可行，具體應從以下幾方面去實施：

2.2.1 仿古建筑的柱施工

仿古建筑的柱分為方柱和圓柱，方柱一般采用常規方法施工，圓柱的模板選擇應成為重點。對于附墻的半圓柱，若為非結構構件，可以采取二次澆筑成型的施工方法；若為結構構件，則采取一次澆筑成型的施工方法。對于獨立的圓柱，可以采取定型鋼模板、木模板、塑料模板等。在大唐芙蓉園的圓柱施工時，我們根據圖紙設計，原計劃準備選用定型鋼模板，但通過市場調查，發現這種模板通用性不強，一次性投入太大，而選用塑料模板，當時西安市場根本沒有設備和材料。最終選用木模板，采取30 mm×50 mm木條進行組拼，內襯薄鐵皮，確?；炷敛鹉：筮_到清水混凝土效果。在大唐西市圓柱施工時，圓柱模板選用了塑料模板（PVC塑料管改裝的模板），在柱頭“收分” 造型部位采取木條內襯法，既滿足了圓柱造型要求，也經濟合理、節能節材環保。

2.2.2 仿古建筑的斗栱施工

仿古建筑的斗栱部分包含斗、栱、升、昂頭等構件，其中的斗（又叫“櫨斗”）位于圓柱頂端，它與圓柱一起采取混凝土現澆形式。栱是斗栱部分主要構件，對于同一建筑的栱欹殺相同，不同的是栱的尺寸長短不一，為此我們采取先長后短法和并列法相結合進行構件預制，使模板重復利用。即先進行長尺寸栱的構件預制，再改變擋板位置，進行短尺寸栱的構件預制，并排1～3 個進行同尺寸栱的構件預制，實踐證明這種思路和方法是完全可行的。對于異形的栱構件（比如大唐芙蓉園仕女館望春閣角科），采取特殊構件，單獨制模，歸類編號預制。

升不僅是斗栱部分主要構件，而且是斗栱部分數量最多的構件。升又分為一字升、十字升、平口升，應用最普遍、數量最多的是一字升。在構件預制時，先進行一字升預制，后改裝模板進行十字升和平口升的預制，最后改裝作為附墻升模板使用，因此升構件的預制模板必須選擇可塑性強的材料，達到成型準確、多次周轉使用。

在大唐芙蓉園施工時，我們對斗栱部分的模板材料進行調查對比，鋼模板、玻璃鋼模板、塑料模板這3 種模板不具備通用性，其費用比木模板要高得多，但全部采用木模板又不節材，最后采用鏡面板和木條相結合的模板，既加快了匠人制作模具的速度，又節約了木材，確保了構件脫模后達到清水混凝土效果。

2.2.3 仿古建筑的椽施工

仿古建筑的椽分為正身椽和翼角椽。正身椽的長度和斷面尺寸為標準尺寸，加工預制沒有難度；翼角椽的長度尺寸是隨著椽的位置變化而變化，且椽的尾部斷面尺寸也隨著椽的位置不同而變化，因此預制難度相當大。在大唐芙蓉園施工時，我們采取了理論計算和現場模擬放樣相結合的施工方法，對于翼角椽的長度和斷面尺寸進行了科學控制。在現場翼角造型形成時，根據理論計算和現場模擬采取鋼管鋼筋造型硬架支模法，取得了良好的施工效果。在大唐西市施工時，對此方法又進行了細化整理，并成功申請了施工工法和實用專利。另外，預制椽之間的空當采取在椽與椽間架鋪8～10 mm水泥壓力板，既是模板又是面層，經濟、實用。

2.2.4 仿古建筑的屋面施工

仿古建筑的屋面不再做泥背，而采用焦渣背，其優點是強度高、容重輕、易操作、易干透。鋪瓦用混合砂漿（水泥∶白灰∶砂子=1∶1∶4）取代傳統的泥灰，使得基層、瓦件、粘結灰材料性能接近在瓦件加工時，板瓦底部設有掛灰瓦帶，與鋪瓦時的底灰結合掛住板瓦。在板瓦的鋪設搭接時，適當減少板瓦的搭接尺寸，采用“壓五露五”或“壓四露六”，不僅使板瓦的坐灰面積加大，更能有效地粘結固定瓦件。在板瓦施工時，板瓦的大頭朝上，瓦的掛灰帶也設在上端，既可防止局部瓦片破損漏雨，又使板瓦與基層粘結面積增大，再加上“背瓦翅”粘結灰的阻力，對預防瓦件下滑是十分有利的。對于坡度較大的屋面，混凝土板設置Φ10 mm＠1 000 mm鋼筋露頭，對上部的其他構造層拉結固定，防止滑移。對坡度大于50%的屋面或抗震要求高的屋面，全部的瓦件應固定，確保質量和安全。

目前仿古建筑屋脊多采用壓肩法，采用1∶1水泥砂漿粘貼瓦片，鴟尾及寶頂內用型鋼作構造柱，焊在脊背的預埋鐵件上，然后逐層安裝，并應在空腔內澆灌1/3高的輕質混凝土固定箱位。

2.2.5 仿古建筑的裝飾裝修施工

仿古建筑的裝飾裝修包含了墻面、地面、頂棚等。墻面中的磚墻做法變化較大，青磚墻面由于技術水準要求高（尤其是古建絲縫墻做法）、熟練技工很少，且傳統的技法已不完全適應現代鋼筋混凝土結構，就需進行技術改進，采用機械切磨制磚、“背里”與灌漿分離、墻體預留錨固鋼筋內外拉結等方法，使這項傳統技藝更好地展現出來。目前大量采用亞光青灰色古建陶瓷面磚并進行勾縫處理，有效避免了青磚加工時砍磨量大、粉塵多、破損嚴重等污染現象，同時又避免了施工時內外墻混砌、施工進度慢的不足，也具有綠色環保節能之功效。

仿古建筑的地面普遍采用石材，施工鋪貼時要注意排磚及與柱礎的銜接，可采用計算機模擬進行預排。頂棚部分唐風建筑常采用木格柵，易隨環境變化變形，現多采用鋁合金仿木材料。仿古建筑的油漆涂料都是現代材料的操作，要注意裝飾面之間的分隔，避免相互污染。油漆部分要特別處理好基層，做好“地仗”，預防泛堿現象發生。唐風建筑以褐色和白色為主，很少有彩畫。對于有彩畫的建筑物要提前進行統一規劃、統一風格、統籌安排。

3 仿古建筑的產業化

3.1 技術創新是傳統建筑產業化的基礎

在大唐芙蓉園施工時，我們應用網格紙、理論計算比較多，現場實物放樣比較多，而且還進行了現場1∶1翼角部分的實驗，計算機CAD輔助的手段應用都比較少，所有的這些都是受制于技術和裝備等環境，自從引入BIM技術，仿古建筑的技術創新將迎來新的局面。通過BIM技術，可以提前檢查出圖紙設計中的不足，減少設計變更；可以提前模擬出建筑物三維效果，對于設計效果的進一步完善是十分有利的；可以提前“虛擬建造”，很好地控制材料和工期，細化分解建筑物的每個節點，準確分類統計預制構件，為工廠化生產提供了有效保障。因此，BIM技術的到來將是古建筑施工的一次革新，更是仿古建筑技術的革新，必將促使傳統建筑技術向現代技術邁上更高的臺階。

3.2 產業化的關鍵是設計施工相結合

仿古建筑要實現產業化，就必須達到設計單位、施工企業、材料供應等各個環節很好地結合。大唐芙蓉園是唐風建筑，設計風格統一，建筑物構件（斗、栱、升、椽）尺寸一致，這就為工廠化預制生產提供了條件，在構件的數量上達到一定的規模，又為降低制作預制模具成本起了決定性作用，現場結構施工時正值冬季，現場構件預制質量很難保障，最后委托混凝土構件廠家進行工廠化生產（如大唐芙蓉園紫云樓），同時委托陜西省建筑科學研究院進行陶粒混凝土的配比研究并實施構件預制，在構件組裝上積極組織技術創新（如后置焊接法），最終從工程質量、藝術造型、經濟效益等方面都取得滿意的施工效果。

施工實踐還告訴我們，唯有利用先進的設計施工技術，才會減少失誤，降低損失。比如石材柱礎，設計圖紙只是提供式樣，沒有到具體部位，實際柱礎位置不同，樣式也有所變化。雖然當年采用石膏制作了樣塊，但是不具備普遍性。柱礎一般都是石材一次性加工成型，多余部分當作廢料處理，浪費較大?，F在，通過BIM技術的應用使得每個部位構件細節尺寸更加明確，統計數量準確無誤，可視、可觀、可查。得到柱礎的數量和樣式后，石材加工還可以進行統籌安排，優化組合。

4 結語

古建筑是中國傳統文化的載體，凝結了我們祖先的智慧和精神，在大力弘揚中國傳統文化的今天，需要把仿古建筑進行產業化發展，達到傳統建筑藝術與現代結構技術的完美結合，同時只有將傳統建筑科技不斷深化、不斷創新、協同生產、綠色施工，方能走出一條產業化、可持續發展的陽光大道。