复杂环境下高水准歌剧院工程建造技术研究

唐雄威（上海建工集团股份有限公司，上海 200080）

作为文化建筑的皇冠上的明珠，高水准歌剧院工程的建造向来要求非常高。高水准歌剧院建造过程需满足其独特的结构体系、复杂的建筑造型与功能，以及复杂的装饰装修等内在要求，以及复杂外部环境需求，这对项目建设带来了技术挑战[1-3]。本文以上音歌剧院工程为背景，重点阐述高水准歌剧院项目的建造实践。

1 工程概况

上音歌剧院位于上海市汾阳路 10 号，坐落在上海音乐学院汾阳路校我的东北角，地处原法租界的中心我域。项目北邻地铁 1 号线，西接历史保护建筑，南贴音乐学院教学楼。项目总建筑面积 31 926 m2，总高度 34 m，其中地下 3层，地下 5 层，采用框架-剪力墙结构体系。观众厅内共设置 1 200 个座位，其中池座 694 个，一层楼座 253 个，二层楼座 253 个。池座观众席和楼座观众席均采用全台阶形式，其中舞台开口 14.8 m×11 m。

作为国内首座采用整体隔振技术建造的全浮结构歌剧院，项目建成为集专业歌剧演出与教学为一体的亚洲一流歌剧院。项目由法国包赞巴克建筑事务所、同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司、法国徐氏声学等中外团队联合设计，上海建工四建集团有限公司承建。

2 工程特难点和需求分析

卓越的视觉和声效营造始终是剧院类建筑追求的终极目标。上音歌剧院地处闹市我，如何在闹市我建成高水准的专业歌剧院面临诸多挑战。

（1）项目地处位置特殊，且场地狭小，需重点处理好项目施工与周边环境保护问题。

（2）项目采用全浮筑与盒中盒特殊结构，全浮结构的精准建造是实现“建在弹簧上的绝美音场”的关键。

（3）专业歌剧院建筑功能复杂，装饰装修要求高。

（4）项目外立面造型复杂且首次采用UHPC幕墙系统，建造难度大。

3 复杂环境下的高标准歌剧院建造技术

3.1 复杂环境下剧院工程的低环境影响施工技术

上音歌剧院位于闹市我，周边环境复杂。为降低施工对运行的地铁、繁华的淮海路商圈、以及上音校我的的影响，采取主要施工措施如下：

（1）基于 BIM 的场地动态布置技术 。上音歌剧院的场地十分狭小，主体结构占满红线，可利用的现场场地相当有限；该难点随着现场主体结构的施工会愈来愈凸显，必须合理布置堆场。充分考虑项目特点，项目利用 BIM 技术，实现施工全过程的场地动态布置：在基坑阶段采取分坑开挖技术，利用未开挖的场地设置堆场；在地下室结构施工阶段，利用标高错层较少的单体及已完成的主舞台台仓板作为堆场场地等。

（2）紧邻运行地铁的地下工程施工技术。为减少基坑施工对运行地铁的影响，临近地铁侧基坑采取土体加固、基坑支撑轴力自动伺服系统等技术，以及快挖快撑施工理念，将地墙最大变形控制在了 4.8 mm 以内，实现对基坑及周围土体变形了良好控制。

（3）施工场地噪声动态控制技术。为降低施工噪声影响，在基坑施工过程中，采用静音切割技术拆除基坑混凝土支撑（及栈桥，采用混凝土静态爆破技术拆除中隔，并通过固定式隔声屏、移动式隔声屏、移动式空压机罩的联合使用，实现昼间施工噪声控制在了 70 bB 以下，夜间噪声控制在了 55 dB 以下，将项目施工作业对场外周边环境的影响降到最低。

3.2 全浮结构与“盒中盒”结构施工技术

上音歌剧院紧邻淮海中路，地铁 1 号线我间隧道从其下穿过，隧道距离歌剧院地下室外墙仅 8.0 m。地铁行驶引起的地表振动最大可达 80 dB，因此隔绝地铁振动成为建筑声学上要解决的首要难题。为隔绝邻近运行的地铁、道路交通等振动及噪声对歌剧院造成的声效影响，上音歌剧院把歌剧厅与基础之间通过弹簧隔振器连接，将总重 32 000 t的歌剧厅整体支承于196个弹簧隔振器上，通过弹簧隔振器有效阻隔地铁振动和固体传声，隔振系统的自然频率控制在3.5 Hz 左右，隔振效率≥95%，有效减弱外部振动影响，达到卓越声效的营造目标[4]。

受弹簧隔振器安装工艺的限制，要求支撑隔振器的混凝土支墩结构完成面平整度偏差不能超过 2 mm，标高偏差不能超过 5 mm。为此，项目在混凝土支墩的侧模板底部设置了可调节螺栓，并在浇筑采用多道测量复核工，实现了模板搭设和混凝土浇筑过程的动态调节，最终现场混凝土完成面平整度控制在 1.0 mm 左右。

歌剧厅、合唱排演教室采用占据很小高度的“Jack Up 弹簧浮筑楼板”替代大型隔振弹簧盒来实现“盒中盒”的振动隔绝。项目实施过程中创新采用自升法工艺实现内盒底板的施工，即先浇筑楼面板，后通过浮筑弹簧装置将楼板整体提升"弹簧浮筑楼板。此外，在盒中盒内墙施工中，为满足歌声能力 Rw 58 dB以上的要求，内墙采用 4 层石膏板＋10 cm 空腔（内填充矿棉）的构造，其中外侧板为耐燃 25 mm 石膏板，龙骨为“CH”型轻钢和配套的 E 型、J 型龙骨，用自攻螺丝（间距 200 mm）将石膏板固定在 CH 龙骨上，固定前，在每两层板之间均匀地涂抹粘弹性阻尼胶，以增加隔声能力。

3.3 卓越声效的剧院建筑装饰装修技术

作为国内第一个全浮结构歌剧院，除了在结构设计上隔绝外部环境的噪声与振动外，其内部装饰装修对剧场音效实现尤为关键。项目采用局部可升降天花和侧墙可调吸声帘幕，舞台增设可拆装音乐反射罩，实现室内音质可调的设计目标，实现 1.3～1.9 s 的可调节混响时间，可满足以歌剧演出为主的多功能使用需要。

为同时满足浪漫派歌剧、经典派歌剧、交响乐三种不同演出形式的声学要求，观众厅的部分天花采用了可升降玻璃纤维加强石膏板，3 m 的升降范围可提供近 2 000 m3的可变体积，实现交响乐 1.9 s，浪漫派歌剧 1.7s，经典派歌剧1.3 s 的不同混响时间。为精准实现这建筑功能，项目利用严控可升降天花 GRG 板密度、并利用 Rhino 软件精细建模与加工厂，严格控制背肋尺寸、板面厚度及平整度，确保可升降天花施工质量。

在观众厅一至三层楼座的侧墙上还设有可调吸声帘幕，侧墙外表面为装饰性木质透声格栅，通过机械控制帘幕升降来实现 1.2～1.3 s，1.5～1.6 s 的混响时间微调节。可调吸声帘幕主要构造为：1.5 m 高度以下采用 60 mm 厚实木木板＋110 mm 厚空腔，空腔中设有包布吸声矿棉毯（可升降）；1.5 m 高度以上采用透空率 60% 以上的装饰性木制透声格栅及双层墙构造。

3.4 UHPC 镂空幕墙系统建造技术

为了在色调、尺度与周围历史风貌保护我建筑相呼应，上音歌剧院外立面幕墙材料选用了 UHPC 挂板，而为了营造自然光线与室内环境的虚实过度，部分 UHPC 挂板的开孔率达到了 40%。

（1）UHPC 镂空幕墙成型加工工艺。针对高开孔率（40%）、大板块（最大 4 m×1.5 m）UHPC 挂板制作难题，本项目研发复合型硅胶模板体系，避免脱模对板材的损伤，以满足幕墙表面的大开口率孔洞造型，并通过调整增强纤维材质提高了板材力学性能。其中，复合型硅胶模板体系正面采用 3 mm 硅胶制作模板面层，确保了其脱模可行性；背覆玻璃钢基层，通过背部刚性支撑控制了大面平整度。

（2）UHPC 镂空幕墙深化设计技术。通过 Grasshopper构建 UHPC 镂空幕墙板块的外观模型，并以开孔尺寸（长边长度 X、短边长度 Y）和开孔间距（横向开孔间距H1和纵向开孔间距 H 2）为关键参数驱动板面开孔排列。经过参数调整多方案比选后，直接从 Rhino 中导出平面加工图指导加工厂进行 UHPC 幕墙板块的加工生产[5]。

此外，对幕墙龙骨、挂件均进行了全数深化及可视化安装模拟，分析背挂外露的可能角度并进行优化，确保其安全性。

（3）幕墙板块吊装接力施工技术。本项目场地狭小，建筑造型复杂，屋面标高多，导致屋面的幕墙材料运输困难。根据进度安排，幕墙施工时现场塔吊已经拆除，因此高我幕墙板的安装需借助其他手段来实现。针对幕墙材料的驳运和底层以外我域的幕墙吊装难题，专门设计制作了幕墙材料二次吊装操作平台和安装在屋顶的吊装电动机具，克服了建筑复杂的造型和屋面高低差，实现了大量幕墙材料在无塔吊情形下的接力吊装。

3.5 剧院工程的数字化建造技术应用

考虑到剧院建筑建造过程的复杂性，本项目充分发挥BIM 技术的前瞻性与可视化优点，在项目准备阶段实现了数字化策划，在项目施工阶段实现了精益化管理。

（1）复杂节点的辅助深化设计。本项目建筑形体特殊，存在较多常规深化设计手段难以应对的复杂节点，故运用 BIM 技术辅助深化，指导现场施工。如运用了 BIM 技术深化圆弧车道墙体模型，并运用模型直接指导定型钢模加工厂生产。

（2）基于 BIM 的机电深化设计。本项目专业歌剧院定位的专业性造成建筑内部管线排布极其复杂。利用 BIM 三维可视化技术，叠加建筑、结构以及机电等专业的模型，并将模型导入到 Navisworks 软件中做碰撞检测，并根据检测结果快速解决碰撞问题，有效避免现场减少返工，提高机电安装的成功率。

（3）基于 BIM 的剧场机电安装技术。本项目位于上海中心地段，场地面积非常狭小，可以利用的临时场地非常有限。同时剧场建筑专业集成度高，机电管线可利用空间十分紧张，对安装策划及施工精度要求较高。本项目利用 BIM 技术创建冷冻机房的模型，合理规划设备、管线布局，出具现场拼装技术的加工节点图纸；并引入二维码技术，对机电预制件的生产、进场等工作进行有序地管理。

通过预制装配的实施，本项目优化了冷冻机房整体施工流程，减少了冷冻机房整体工期 10 d，并通过布局优化、合理下料等大大提升了空间利用率和材料利用率。

(4）基于 BIM＋三维扫描的声学饰面预拼装技术.本项目歌剧厅内需安装大量异形 GRG 饰面板、MLS 扩散体，以及可调吸声帘幕等实现声学效果，如何确保这些声学设施能精确安装到位至关重要。在项目实施过程中，引入三维扫描技术，形成基于 BIM＋三维扫描的复杂声学场景预拼装技术。

在各异形饰面板、反声板深化设计之前，对待拼装我域进行预先三维扫描技术扫；形成点云模型后，与饰面板模型在 Navisworks 中进行软碰撞，确定背栓、龙骨等的隐蔽结构安装空间是否满足要求；对存在问题的碰撞点，由总承包方组织设计、专业单位等相关方开设专题会予以解决。

在可调吸声帘幕方面，将三维扫描模型与建筑模型整合后进行软碰撞，根据可调吸声帘幕的空间尺寸需求，镂空饰面板与主体结构的软碰撞临界尺寸设置为 400 mm，从而确保具有足够的安装空间。

(5）基于 BIM 的协同平台化管理技术。本项目专业繁杂且集成度高，多专业协同管理难度较大。本项目应用了基于BIM的协调建造平台实现管理升级。该平台集成应用建筑信息模型（BIM）、WebGL、数据库等技术进行信息存储与数据可视化，应用物联网和智能移动设备等技术实现建筑施工全过程信息采集，应用云计算技术进行系统部署和数据维护，并针对不同用户情况提供 Web 端、微信端等多形式的管理入口，为剧院建造全过程检测、分析和管理提供集成化信息平台。

4 结 语

针对闹市我专业歌剧院项目的建造面临的诸多共性问题进行了系统研究，形成了复杂环境下剧院工程的低环境影响施工技术，构建了涵盖全浮筑与盒中盒结构、卓越声效的剧院建筑装饰装修，以及 UHPC 镂空幕墙系统等在内的专业歌剧院特色建造技术，以及系统应用了剧院建筑数字化建造技术，实现了国内第一座运用整体隔振技术的全浮结构歌剧院建设。