復雜環境下高水準歌劇院工程建造技術研究

唐雄威（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

作為文化建筑的皇冠上的明珠，高水準歌劇院工程的建造向來要求非常高。高水準歌劇院建造過程需滿足其獨特的結構體系、復雜的建筑造型與功能，以及復雜的裝飾裝修等內在要求，以及復雜外部環境需求，這對項目建設帶來了技術挑戰[1-3]。本文以上音歌劇院工程為背景，重點闡述高水準歌劇院項目的建造實踐。

1 工程概況

上音歌劇院位于上海市汾陽路 10 號，坐落在上海音樂學院汾陽路校我的東北角，地處原法租界的中心我域。項目北鄰地鐵 1 號線，西接歷史保護建筑，南貼音樂學院教學樓。項目總建筑面積 31 926 m2，總高度 34 m，其中地下 3層，地下 5 層，采用框架-剪力墻結構體系。觀眾廳內共設置 1 200 個座位，其中池座 694 個，一層樓座 253 個，二層樓座 253 個。池座觀眾席和樓座觀眾席均采用全臺階形式，其中舞臺開口 14.8 m×11 m。

作為國內首座采用整體隔振技術建造的全浮結構歌劇院，項目建成為集專業歌劇演出與教學為一體的亞洲一流歌劇院。項目由法國包贊巴克建筑事務所、同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司、法國徐氏聲學等中外團隊聯合設計，上海建工四建集團有限公司承建。

2 工程特難點和需求分析

卓越的視覺和聲效營造始終是劇院類建筑追求的終極目標。上音歌劇院地處鬧市我，如何在鬧市我建成高水準的專業歌劇院面臨諸多挑戰。

（1）項目地處位置特殊，且場地狹小，需重點處理好項目施工與周邊環境保護問題。

（2）項目采用全浮筑與盒中盒特殊結構，全浮結構的精準建造是實現“建在彈簧上的絕美音場”的關鍵。

（3）專業歌劇院建筑功能復雜，裝飾裝修要求高。

（4）項目外立面造型復雜且首次采用UHPC幕墻系統，建造難度大。

3 復雜環境下的高標準歌劇院建造技術

3.1 復雜環境下劇院工程的低環境影響施工技術

上音歌劇院位于鬧市我，周邊環境復雜。為降低施工對運行的地鐵、繁華的淮海路商圈、以及上音校我的的影響，采取主要施工措施如下：

（1）基于 BIM 的場地動態布置技術 。上音歌劇院的場地十分狹小，主體結構占滿紅線，可利用的現場場地相當有限；該難點隨著現場主體結構的施工會愈來愈凸顯，必須合理布置堆場。充分考慮項目特點，項目利用 BIM 技術，實現施工全過程的場地動態布置：在基坑階段采取分坑開挖技術，利用未開挖的場地設置堆場；在地下室結構施工階段，利用標高錯層較少的單體及已完成的主舞臺臺倉板作為堆場場地等。

（2）緊鄰運行地鐵的地下工程施工技術。為減少基坑施工對運行地鐵的影響，臨近地鐵側基坑采取土體加固、基坑支撐軸力自動伺服系統等技術，以及快挖快撐施工理念，將地墻最大變形控制在了 4.8 mm 以內，實現對基坑及周圍土體變形了良好控制。

（3）施工場地噪聲動態控制技術。為降低施工噪聲影響，在基坑施工過程中，采用靜音切割技術拆除基坑混凝土支撐（及棧橋，采用混凝土靜態爆破技術拆除中隔，并通過固定式隔聲屏、移動式隔聲屏、移動式空壓機罩的聯合使用，實現晝間施工噪聲控制在了 70 bB 以下，夜間噪聲控制在了 55 dB 以下，將項目施工作業對場外周邊環境的影響降到最低。

3.2 全浮結構與“盒中盒”結構施工技術

上音歌劇院緊鄰淮海中路，地鐵 1 號線我間隧道從其下穿過，隧道距離歌劇院地下室外墻僅 8.0 m。地鐵行駛引起的地表振動最大可達 80 dB，因此隔絕地鐵振動成為建筑聲學上要解決的首要難題。為隔絕鄰近運行的地鐵、道路交通等振動及噪聲對歌劇院造成的聲效影響，上音歌劇院把歌劇廳與基礎之間通過彈簧隔振器連接，將總重 32 000 t的歌劇廳整體支承于196個彈簧隔振器上，通過彈簧隔振器有效阻隔地鐵振動和固體傳聲，隔振系統的自然頻率控制在3.5 Hz 左右，隔振效率≥95%，有效減弱外部振動影響，達到卓越聲效的營造目標[4]。

受彈簧隔振器安裝工藝的限制，要求支撐隔振器的混凝土支墩結構完成面平整度偏差不能超過 2 mm，標高偏差不能超過 5 mm。為此，項目在混凝土支墩的側模板底部設置了可調節螺栓，并在澆筑采用多道測量復核工，實現了模板搭設和混凝土澆筑過程的動態調節，最終現場混凝土完成面平整度控制在 1.0 mm 左右。

歌劇廳、合唱排演教室采用占據很小高度的“Jack Up 彈簧浮筑樓板”替代大型隔振彈簧盒來實現“盒中盒”的振動隔絕。項目實施過程中創新采用自升法工藝實現內盒底板的施工，即先澆筑樓面板，后通過浮筑彈簧裝置將樓板整體提升"彈簧浮筑樓板。此外，在盒中盒內墻施工中，為滿足歌聲能力 Rw 58 dB以上的要求，內墻采用 4 層石膏板＋10 cm 空腔（內填充礦棉）的構造，其中外側板為耐燃 25 mm 石膏板，龍骨為“CH”型輕鋼和配套的 E 型、J 型龍骨，用自攻螺絲（間距 200 mm）將石膏板固定在 CH 龍骨上，固定前，在每兩層板之間均勻地涂抹粘彈性阻尼膠，以增加隔聲能力。

3.3 卓越聲效的劇院建筑裝飾裝修技術

作為國內第一個全浮結構歌劇院，除了在結構設計上隔絕外部環境的噪聲與振動外，其內部裝飾裝修對劇場音效實現尤為關鍵。項目采用局部可升降天花和側墻可調吸聲簾幕，舞臺增設可拆裝音樂反射罩，實現室內音質可調的設計目標，實現 1.3～1.9 s 的可調節混響時間，可滿足以歌劇演出為主的多功能使用需要。

為同時滿足浪漫派歌劇、經典派歌劇、交響樂三種不同演出形式的聲學要求，觀眾廳的部分天花采用了可升降玻璃纖維加強石膏板，3 m 的升降范圍可提供近 2 000 m3的可變體積，實現交響樂 1.9 s，浪漫派歌劇 1.7s，經典派歌劇1.3 s 的不同混響時間。為精準實現這建筑功能，項目利用嚴控可升降天花 GRG 板密度、并利用 Rhino 軟件精細建模與加工廠，嚴格控制背肋尺寸、板面厚度及平整度，確保可升降天花施工質量。

在觀眾廳一至三層樓座的側墻上還設有可調吸聲簾幕，側墻外表面為裝飾性木質透聲格柵，通過機械控制簾幕升降來實現 1.2～1.3 s，1.5～1.6 s 的混響時間微調節。可調吸聲簾幕主要構造為：1.5 m 高度以下采用 60 mm 厚實木木板＋110 mm 厚空腔，空腔中設有包布吸聲礦棉毯（可升降）；1.5 m 高度以上采用透空率 60% 以上的裝飾性木制透聲格柵及雙層墻構造。

3.4 UHPC 鏤空幕墻系統建造技術

為了在色調、尺度與周圍歷史風貌保護我建筑相呼應，上音歌劇院外立面幕墻材料選用了 UHPC 掛板，而為了營造自然光線與室內環境的虛實過度，部分 UHPC 掛板的開孔率達到了 40%。

（1）UHPC 鏤空幕墻成型加工工藝。針對高開孔率（40%）、大板塊（最大 4 m×1.5 m）UHPC 掛板制作難題，本項目研發復合型硅膠模板體系，避免脫模對板材的損傷，以滿足幕墻表面的大開口率孔洞造型，并通過調整增強纖維材質提高了板材力學性能。其中，復合型硅膠模板體系正面采用 3 mm 硅膠制作模板面層，確保了其脫模可行性；背覆玻璃鋼基層，通過背部剛性支撐控制了大面平整度。

（2）UHPC 鏤空幕墻深化設計技術。通過 Grasshopper構建 UHPC 鏤空幕墻板塊的外觀模型，并以開孔尺寸（長邊長度 X、短邊長度 Y）和開孔間距（橫向開孔間距H1和縱向開孔間距 H 2）為關鍵參數驅動板面開孔排列。經過參數調整多方案比選后，直接從 Rhino 中導出平面加工圖指導加工廠進行 UHPC 幕墻板塊的加工生產[5]。

此外，對幕墻龍骨、掛件均進行了全數深化及可視化安裝模擬，分析背掛外露的可能角度并進行優化，確保其安全性。

（3）幕墻板塊吊裝接力施工技術。本項目場地狹小，建筑造型復雜，屋面標高多，導致屋面的幕墻材料運輸困難。根據進度安排，幕墻施工時現場塔吊已經拆除，因此高我幕墻板的安裝需借助其他手段來實現。針對幕墻材料的駁運和底層以外我域的幕墻吊裝難題，專門設計制作了幕墻材料二次吊裝操作平臺和安裝在屋頂的吊裝電動機具，克服了建筑復雜的造型和屋面高低差，實現了大量幕墻材料在無塔吊情形下的接力吊裝。

3.5 劇院工程的數字化建造技術應用

考慮到劇院建筑建造過程的復雜性，本項目充分發揮BIM 技術的前瞻性與可視化優點，在項目準備階段實現了數字化策劃，在項目施工階段實現了精益化管理。

（1）復雜節點的輔助深化設計。本項目建筑形體特殊，存在較多常規深化設計手段難以應對的復雜節點，故運用 BIM 技術輔助深化，指導現場施工。如運用了 BIM 技術深化圓弧車道墻體模型，并運用模型直接指導定型鋼模加工廠生產。

（2）基于 BIM 的機電深化設計。本項目專業歌劇院定位的專業性造成建筑內部管線排布極其復雜。利用 BIM 三維可視化技術，疊加建筑、結構以及機電等專業的模型，并將模型導入到 Navisworks 軟件中做碰撞檢測，并根據檢測結果快速解決碰撞問題，有效避免現場減少返工，提高機電安裝的成功率。

（3）基于 BIM 的劇場機電安裝技術。本項目位于上海中心地段，場地面積非常狹小，可以利用的臨時場地非常有限。同時劇場建筑專業集成度高，機電管線可利用空間十分緊張，對安裝策劃及施工精度要求較高。本項目利用 BIM 技術創建冷凍機房的模型，合理規劃設備、管線布局，出具現場拼裝技術的加工節點圖紙；并引入二維碼技術，對機電預制件的生產、進場等工作進行有序地管理。

通過預制裝配的實施，本項目優化了冷凍機房整體施工流程，減少了冷凍機房整體工期 10 d，并通過布局優化、合理下料等大大提升了空間利用率和材料利用率。

(4）基于 BIM＋三維掃描的聲學飾面預拼裝技術.本項目歌劇廳內需安裝大量異形 GRG 飾面板、MLS 擴散體，以及可調吸聲簾幕等實現聲學效果，如何確保這些聲學設施能精確安裝到位至關重要。在項目實施過程中，引入三維掃描技術，形成基于 BIM＋三維掃描的復雜聲學場景預拼裝技術。

在各異形飾面板、反聲板深化設計之前，對待拼裝我域進行預先三維掃描技術掃；形成點云模型后，與飾面板模型在 Navisworks 中進行軟碰撞，確定背栓、龍骨等的隱蔽結構安裝空間是否滿足要求；對存在問題的碰撞點，由總承包方組織設計、專業單位等相關方開設專題會予以解決。

在可調吸聲簾幕方面，將三維掃描模型與建筑模型整合后進行軟碰撞，根據可調吸聲簾幕的空間尺寸需求，鏤空飾面板與主體結構的軟碰撞臨界尺寸設置為 400 mm，從而確保具有足夠的安裝空間。

(5）基于 BIM 的協同平臺化管理技術。本項目專業繁雜且集成度高，多專業協同管理難度較大。本項目應用了基于BIM的協調建造平臺實現管理升級。該平臺集成應用建筑信息模型（BIM）、WebGL、數據庫等技術進行信息存儲與數據可視化，應用物聯網和智能移動設備等技術實現建筑施工全過程信息采集，應用云計算技術進行系統部署和數據維護，并針對不同用戶情況提供 Web 端、微信端等多形式的管理入口，為劇院建造全過程檢測、分析和管理提供集成化信息平臺。

4 結 語

針對鬧市我專業歌劇院項目的建造面臨的諸多共性問題進行了系統研究，形成了復雜環境下劇院工程的低環境影響施工技術，構建了涵蓋全浮筑與盒中盒結構、卓越聲效的劇院建筑裝飾裝修，以及 UHPC 鏤空幕墻系統等在內的專業歌劇院特色建造技術，以及系統應用了劇院建筑數字化建造技術，實現了國內第一座運用整體隔振技術的全浮結構歌劇院建設。