仿古建筑技術創(chuàng)新與產業(yè)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(fā)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(qū)，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?；炷敛牧?，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(chuàng)新[3-7]

仿古建筑設計中的技術創(chuàng)新包含材料創(chuàng)新和技術創(chuàng)新。材料創(chuàng)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(jié)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(chuàng)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(yōu)勢。

1.1 仿古建筑設計思想創(chuàng)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(chuàng)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(yōu)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(chuàng)新

仿古建筑在設計總體思路確定后，還應進行分部節(jié)點的細化創(chuàng)新，在確保結構安全合理的前提下實施設計優(yōu)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?yōu)檠b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?，如大唐芙蓉園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(chuàng)新

施工創(chuàng)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(fā)。

2.1 仿古建筑施工組織創(chuàng)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(yè)。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(yè)技術人員，實現傳統與現代相結合、現場操作與技術攻關創(chuàng)新相結合，團隊分工協作，方能達到結果成優(yōu)之目的。

2.2 仿古建筑施工技術創(chuàng)新

仿古建筑的施工技術創(chuàng)新在遵從設計 “預制與現澆結合” 的宗旨下，應根據本企業(yè)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(guī)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(fā)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(jié)能節(jié)材環(huán)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(jié)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(jié)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(yōu)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?guī)б苍O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(huán)保節(jié)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(huán)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(fā)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(guī)劃、統一風格、統籌安排。

3 仿古建筑的產業(yè)化

3.1 技術創(chuàng)新是傳統建筑產業(yè)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(huán)境，自從引入BIM技術，仿古建筑的技術創(chuàng)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(jié)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(yè)化的關鍵是設計施工相結合

仿古建筑要實現產業(yè)化，就必須達到設計單位、施工企業(yè)、材料供應等各個環(huán)節(jié)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(guī)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?；炷恋呐浔妊芯坎嵤嫾A制，在構件組裝上積極組織技術創(chuàng)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。現在，通過BIM技術的應用使得每個部位構件細節(jié)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(yōu)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(yè)化發(fā)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(chuàng)新、協同生產、綠色施工，方能走出一條產業(yè)化、可持續(xù)發(fā)展的陽光大道。