上海音樂廳文物建筑保護利用與性能提升關鍵技術

張 銘 谷志旺 王偉茂 孫沈鵬 張 波

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

上海擁有著大量的歷史保護類文化建筑場館。這些承載凝聚了城市寶貴歷史文化，見證了上海文化傳承和發展的建筑場館，具有極高的科學價值、歷史價值、人文價值。對標當下高顏值、高配套、高標準的現代大型綜合展演類建筑，文物建筑場館面臨著文物特征有待保護、場館觀演品質尚待提升、建筑安全運營保障亟須加強等方面的需求。面對文物建筑保護要求高、劇場使用功能需求多、現代服務品質不斷提升等特點，結合上海音樂廳文物建筑保護修繕工程，運用現代科技與傳統工藝相融合，建立1套與之相適應的保護修繕技術，實現了對文物建筑場館的保護利用與性能提升，對保護文物建筑遺產具有重大意義[1-4]。

1 工程概況

上海音樂廳（圖1）建成于1930年3月，前身為南京大戲院，是上海第1座由中國建筑設計師自行設計的具有西洋古典主義風格的戲院，是全國第1座音樂廳，也是上海音樂活動中心。1989年被列為上海市文物保護單位、上海市優秀歷史建筑。2003年，因市政高架建設，對上海音樂廳進行整體性了平移保護修繕，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，作為音樂廳配套空間。因此，現有上海音樂廳由原始建筑（文物保護部分）以及平移后新建建筑（非文保部分）兩部分組成。總建筑面積12 986.70 m2，其中，文保保護區建筑面積約2 557.58 m2。

圖1 上海音樂廳

建成90年來，上海音樂廳見證了眾多知名藝術家的登臺展現，由于高頻率、高密度、高流量的演出場次和觀演人數，上海音樂廳建筑主體及設備設施出現了不同程度的老化和損壞。

為保護歷史文物建筑，解決建筑及其設備設施逐步老化而無法滿足更高標準演出的問題，改善音樂廳場館觀演體驗，提升上海音樂廳影響力，展現上海的城市文化名片風采，上海音樂廳于2019年啟動保護修繕工程，圍繞文保區域保護修繕，維護建筑原有風格，做到修舊如舊。非文保區域進行空間布局調整，重新裝飾裝修；更新舞臺設備設施，提升劇場聲學演出效果，以滿足一流的劇場演出需要。

2 工程特點與難點

1）音樂廳作為歷史文化建筑遺產，重點特色保護部位多，損壞情況復雜，面臨的保護要求高。音樂廳北立面、東北立面以及室內北進廳、觀眾廳、東走廊均為文物重點特色保護部位。各部位構成元素豐富，有泰山磚、花崗巖、古典木門窗、紙筋灰頂棚、仿石廊柱、水磨石墻地面等不同部位類型的特色保護構件，大多數構件都存在被污染、風化、斷裂、脫落等不同程度的損壞，特色部位修繕時，既要保護和延續價值特征，又要滿足現代使用需求，修繕難度比較大。

2）音樂廳場館功能空間單一、觀演聲學環境亟待提升，更新改造受文物保護制約。隨著社會不斷的發展，歷史特定時期設計的音樂廳，其功能和性能已無法滿足現代場館的觀演需求，具體表現在觀演配套空間單一、傳統材料和構造措施帶來的聲學效果亟待改善。如何在保護文物建筑的條件下進行場館功能優化與性能提升是當前亟待解決的問題。

3）觀眾廳大頂建造年代久遠，各項性能都有所衰退，因文物保護需要，無法更新替換，存在使用隱患。整個觀眾廳大頂跨度大、頂棚高，構造復雜；南北長約28.00 m，東西寬約21.70 m，距地面高度約13.00 m，整個大頂面積約600.00 m2；由于大頂已有90年歷史，其各項性能均有所衰退，大頂飾面層已出現不同程度的開裂變形。作為文物重點保護部位，目前僅能消除大頂已出現的安全隱患，來提升大頂的安全性能，無法對其更新替換，使得大頂長期可持續的安全性能無法得到有效保障，給音樂廳文物建筑場館正常運營帶來潛在安全風險。

3 關鍵技術方案

3.1 基于數字化的特色部位保護修繕技術

文物建筑特色部位修繕既要充分體現價值、延續特征，又要滿足現代使用需求與保護相協調。在修繕過程中，運用三維激光掃描、無人機航拍、紅外熱成像等數字化技術，獲取文物建筑特色部位典型特征和原始數據，精準輔助文物建筑保護修繕。深度探究特色部位傳統修繕工藝，做好傳統工藝的傳承與現代技術的有機結合，實現特色部位的特征延續、文脈傳承和性能提升。

3.1.1 外立面無損清洗修復技術

上海音樂廳北側和東北側外立面均保留著1930年落成時的風格，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，構圖典雅、風格大氣，令人觀之難忘。由于歷年來積灰成污，加上雨水侵蝕和風化的緣故，泰山磚飾面部分發霉破損且存在空鼓損壞，花崗巖飾面發生不均勻銹斑污染現象。

針對外立面泰山磚片污染破損修繕，利用紅外熱成像技術快速獲取飾面損傷部位（圖2），利用平移施工時留存的泰山磚片，按原拼色方案進行更新修繕（圖3）。對輕微污染區，采用小壓力清水進行清洗，對污染嚴重區域，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，優化花崗巖飾面構造，增設特征相容批水板（圖4），阻斷飾面生銹滲水路徑，結合污染程度，研制泥敷法清洗配比和溫度，吸附飾面毛細孔內部銹質，實現外立面無痕清洗與無損保護。

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批水板

3.1.2 老式木門窗特征延續與性能升級技術

外立面木門窗為柚木材質，由于長期未進行有效的養護，老式木門窗外露翹曲變形、老化破損、隔聲節能性能不佳，無法滿足現有使用需求。

在不改變門窗原有形制下，通過嵌入銅板加固提升木門窗整體性；去除木構件起翹漆面，涂刷木蠟油，恢復木窗材質紋理；置換隔聲節能玻璃、嵌入密封隔聲材料，提升木門窗隔聲節能性能。為保證修繕效果和質量，通過三維激光掃描結合深度逆向建模技術，建立老式木門窗修繕工藝可視化視頻，指導現場工人師傅手工修復，實現老式木門窗風貌展現和延續（圖5、圖6）。

圖5 老式木窗升級改造數字化示意

圖6 老式木窗修繕后

3.1.3 仿石廊柱特征修復技術

北廳科林斯廊柱仿石飾面為平移時修繕，年久破損，破損面多而散、基層起殼，采用常規的“打補丁”法修繕，很難恢復原有柱面的整體風貌，并且存在耐久性不足等問題。

通過數字化技術獲取柱體形制尺寸、典型特征，對內部構造進行剖解分析，確定仿石飾面構造優化措施，增設抗裂網格布，提升飾面抗裂性能；邀請平移修繕時的老工匠按照原式樣采用專用顏料重新繪制仿石紋理，恢復仿石柱原有風貌（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水磨石歷史遺跡復原技術

東走廊地坪拆除修繕時，發現一塊1930年原水磨石地面遺跡，設計單位在征詢專家意見后，要求按遺跡進行復原。為恢復原有水磨石式樣色彩，飾面復原面臨材料組分配比、花飾排版設計、修繕工藝選取等難點。

針對上述復原存在的問題，利用電鏡分析儀、拉曼光譜儀，對水磨石遺跡材料組分進行分析，獲取材料成分和骨料粒徑大小，通過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本，對復原水磨石地坪花飾進行數字化排版設計，以確定拼花式樣、大小和分布，確保與原式樣一樣；采用傳統水磨石施工工藝和網格分倉法，實現多重圖案組合的水磨石飾面施工，最終成功實現了富有特色水磨石拼花地面的歷史原跡復原（圖9、圖10）。

圖9 東走廊水磨石遺跡

圖10 復原后的東走廊水磨石地面

3.2 文物建筑場館功能優化與性能提升技術

通過在文物建筑非保護空間內新增結構構件來重構文物建筑功能空間，對原有配套空間進行重組，實現功能拓展后的場館配套空間獨立完整；在遵循文物保護要求的前提下，通過優化隔聲材質、構造措施進行場館隔聲降噪，調節可變吸聲材料、更新優化聲學裝飾材料來提升場館演奏音質效果。通過優化施工組織設計，開發相應施工設備設施，采取與文物保護相適應的施工技術措施，實現文物建筑場館功能優化與性能提升。

3.2.1 最小干預下文物建筑功能空間拓展與重組技術

針對觀演空間單一，拓展更新受文物保護制約的現狀，利用非保護區域的地下2層原排練廳空間新增結構構件來重構建筑空間，拓展場館演出功能；通過對不同結構選型對比分析，選擇獨立輕型鋼結構組合樓板體系+GRG裝飾墻板來構建多功能演藝廳，確保不增加文物建筑上部荷載、不改變原有結構傳力體系、不超過既有地基承載極限。

在新增場館功能空間基礎上，為滿足場館配套需求，對地下室配套用房進行空間重組。基于對原有配套空間功能、大小以及重組中結構影響度分析，梳理原有配套空間可干預等級并進行相應空間分解；結合新增場館功能配套空間需求和運營管理需要，通過合并、重置配套空間，調整公共空間走向的方式，實現文物建筑保護條件下的配套用房微更新，確保多場館空間同時運營時人流動線不交叉、配套空間獨立完整（圖11、圖12）。

圖11 場館功能空間拓展

圖12 重構后的多功能小廳

3.2.2 特征維持下的觀演聲學性能提升技術

結合場館功能拓展，在不改變原有建筑主體結構體系的前提下，利用小廳內新增輕型鋼結構組合樓板+GRG墻體體系與觀眾廳結構樓板形成隔聲空腔，有效阻隔聲源串音路徑，改善觀眾廳與小廳間的串音問題；通過更新外立面木門窗隔聲玻璃，增設隔聲密封條，嵌入加固來提升木門窗整體性，在保留木門窗特色形制特征前提下，提升木門窗隔聲性能。

在保留觀眾廳文物保護空間整體風貌的前提下，對觀眾廳內既有座椅設備增設阻尼來消除座椅使用噪聲，利用改進座椅布料材質改善廳內的吸聲效果，調節混響時間；更換與舞臺相容的反聲罩，為廳內提供早期反射聲，為觀眾廳帶來優美的觀演視聽效果。

對小廳內GRG裝飾墻板飾面進行優化設計，形成雙曲面波浪造型的四葉草花瓣立體圖案飾面，可以對聲波產生良好的散射作用，使得小廳坐席區的混響時間和側向反射聲能比分布均達到了理想的效果；通過對GRG裝飾板進行錯縫安裝，有效解決平行墻面顫振回聲問題，為小廳營造良好的聲學演奏空間；通過安裝可調節吸聲裝置，滿足不同功能下的小廳聲學演奏效果。

3.2.3 低影響下的文物建筑保護施工技術

從文物建筑保護角度出發，開展文物建筑內保護修繕施工工藝、設備、裝置研發，開發了風貌相容的機電設備管線植入技術、基于復原修繕的復雜構件保護拆除技術、半封閉通道下構件傾斜運輸裝置；低凈空下大跨度鋼結構吊裝裝置，為文物建筑功能優化和性能提升施工提供技術支撐。

3.3 文物建筑場館安全預警與運營保障技術

為了保證文物建筑場館安全運營，在遵循文物建筑保護要求與特色部位安全的原則下，通過有限元模擬分析觀眾廳大頂各項構件內力和變形情況，結合數值模擬分析，布置監測設備來監測觀眾廳大頂各項性能，相關監測數據和結果可輔助業主對觀眾廳大頂進行運營管理，確保文物建筑場館安全使用。

3.3.1 復雜構造特征下的觀眾廳大頂安全性能分析

觀眾廳大頂構造形式多樣、傳力體系錯綜復雜，整個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部分系統組成。精美大頂裝飾層通過紙筋灰批嵌于鋼板網上，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 觀眾廳大頂現狀

為了做好觀眾廳大頂安全性能分析，采用數字化測繪技術獲取大頂整體構造和尺寸，通過逆向建模構建大頂三維實體模型，結合并參考相關材料的損傷檢測數據，對服役狀態下的大頂各項性能進行有限元數值模擬，分析大頂在正常使用狀態下各部件內力分布情況和關鍵構件力學性能，以及不同組成部件性能退化下的大頂破壞模式。

3.3.2 服役狀態下的觀眾廳大頂安全性能實時監測

根據數值模擬分析，結合大頂破壞模式，對大頂木屋架層和裝飾面層部件布置監測設備，全面、實時、精準獲取大頂服役狀態下的整體姿態。在大頂木屋架部件上安裝高精度力學傳感器，包括應力應變計、傾角儀、靜力水準儀、振動傳感器等，通過U形連接件與木構件無損連接；針對百年大頂因材料性能退化而引起裝飾面層脫落風險，通過在裝飾面層兩側布設遠距離激光測距設備和拉線式位移計組合監測裝置，對大頂面層變形進行非接觸感知，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云端診斷與自動化預警

建立觀眾廳大頂安全監測管理平臺，基于物聯網與5G技術，監測數據通過遠程傳輸至云端數據庫，并自動完成相關數據篩選、過濾、分析與評估；以BIM數字化三維模型為載體，將監測數據和模型進行聯動，監測結果通過云圖在平臺模型上進行可視化展示。基于大頂變形增量數據的迭代分析，結合構件的損傷程度和安全重要性，建立分級預警制度，一旦監測數據超過預警值，將自動提示使用者提前介入與判別風險，以保障大頂的正常使用（圖14）。

圖14 觀眾廳大頂安全監測管理平臺

4 結語

上海音樂廳不僅是一幢建筑，更是上海文化品牌的重要體現。在修繕過程中，我們秉承一顆敬畏之心、傳承之心、工匠之心，對場館類文物建筑保護利用與性能提升施工技術進行了系統的研究，通過將現代科技與傳統工藝進行有序結合，讓這一90歲“文物老人”煥發新的生命力，接續城市歷史，留住城市記憶，發揮專業場館演藝功能，給觀眾提供更高品質的音樂文化產品和服務。這也為后續上海近代劇院類文物建筑保護與更新改造提供了借鑒和指導。