上海馬戲城大修工程穹頂更換技術(shù)探討

唐 輝

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

1999 年落成的上海馬戲城具有獨(dú)特的金色鋁合金球形穹頂（圖1），是上海市北部的標(biāo)志性建筑之一。

圖1 上海馬戲城實(shí)景

馬戲城穹頂?shù)难b飾立面板、屋面防水等已經(jīng)接近使用年限，現(xiàn)建筑存在立面裝飾鋁板噴涂老化、屋面漏水、屋面保溫棉保溫失效等問(wèn)題。因此，需要對(duì)鋁合金穹頂進(jìn)行修繕。

2 立項(xiàng)設(shè)想

根據(jù)相關(guān)文件，原有立項(xiàng)設(shè)想及目標(biāo)為：解決上海馬戲城建筑和設(shè)備等安全隱患，進(jìn)一步改善和提升上海馬戲城排演等設(shè)施功能，推進(jìn)上海馬戲事業(yè)發(fā)展，將上海馬戲城打造成以雜技、馬戲和魔術(shù)訓(xùn)練與表演為主題的、國(guó)內(nèi)外有影響力的演藝高地，推進(jìn)上海國(guó)際文化大都市建設(shè)。

根據(jù)立項(xiàng)設(shè)想，修繕?lè)桨冈诒３衷黧w設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)損壞與漏水部分加以修繕，排除安全隱患，并增加球形屋面室外泛光照明等，改善和提升穹頂?shù)慕ㄖδ堋?/p>

3 修繕工程施工管理

3.1 目標(biāo)管理

在修繕工程施工過(guò)程中，需要對(duì)工程的質(zhì)量、進(jìn)度、成本等進(jìn)行控制，也需要對(duì)工程的信息、合同、安全等進(jìn)行管理，工作龐雜繁多。進(jìn)行科學(xué)的施工管理、將工程目標(biāo)逐一分解，可以使復(fù)雜的管理工作變得高效有序[1-3]。

借鑒PDCA（計(jì)劃—執(zhí)行—檢查—處理） 循環(huán)的管理思想，并結(jié)合修繕工程項(xiàng)目自身的諸多特點(diǎn)，建立施工目標(biāo)管理模式，稱(chēng)為“4E（制訂—執(zhí)行—評(píng)估—強(qiáng)化）目標(biāo)管理”（圖2）。

圖2 “4E目標(biāo)管理”模式

“制訂”是“4E目標(biāo)管理”模式一個(gè)循環(huán)中的起始點(diǎn)。該階段的重點(diǎn)在于將戰(zhàn)略目標(biāo)分解成可供各專(zhuān)項(xiàng)部門(mén)逐步有序完成的子目標(biāo)。子目標(biāo)的有效性是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)管理的重要基礎(chǔ)[4-6]。

“執(zhí)行”作為修繕工程施工管理的第2步，是子目標(biāo)在項(xiàng)目管理上的實(shí)現(xiàn)，是執(zhí)行層根據(jù)各自的職責(zé)分工和目標(biāo)計(jì)劃，逐步落實(shí)施工管理工作的過(guò)程。

“評(píng)估”是管理人員采用一定的技術(shù)手段對(duì)計(jì)劃實(shí)施之后的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出實(shí)施過(guò)程中的不足并尋求處理方法的過(guò)程。

“強(qiáng)化”是“4E目標(biāo)管理”模式一個(gè)循環(huán)的終點(diǎn)，也為下一個(gè)循環(huán)提供目標(biāo)制訂的依據(jù)，持續(xù)改進(jìn)“4E目標(biāo)管理”的有效性，以實(shí)現(xiàn)施工方的施工管理目標(biāo)。

“4E目標(biāo)管理”模式是一個(gè)制訂目標(biāo)、實(shí)施目標(biāo)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的迭代式管理模型。該模型在本工程中的應(yīng)用，使修繕施工管理工作有條不紊地展開(kāi)和進(jìn)行，在提高工程管理水平的同時(shí)，降低施工管理成本。

3.2 分包管理

上海馬戲城于20年前建成，且鋁合金穹頂由美國(guó)公司進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，技術(shù)資料不完備，而修繕工程要求在對(duì)穹頂不能造成任何損傷的前提下，在工期內(nèi)保質(zhì)保量完成。這對(duì)穹頂修繕的分包選擇提出了較高的要求。

本項(xiàng)目施工總包為上海建工四建集團(tuán)有限公司，經(jīng)過(guò)多方深入比選，最終選擇了當(dāng)年馬戲城建造時(shí)的穹頂施工單位——上海北盛建設(shè)工程發(fā)展有限公司作為本項(xiàng)目的穹頂修繕?lè)职ｍ?xiàng)目負(fù)責(zé)人，甚至施工隊(duì)伍骨干均為原班人馬。這有效避免了因不熟悉穹頂建造細(xì)節(jié)而造成的施工停滯、屋面損傷、修補(bǔ)返工等情況，對(duì)后續(xù)的順暢施工起到了重要作用。

4 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)及針對(duì)性措施

4.1 工程數(shù)據(jù)化難點(diǎn)及對(duì)策

上海馬戲城于1998年由美國(guó)泰康公司進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，相關(guān)鋁合金技術(shù)均為該公司專(zhuān)利，僅留下了一些較為簡(jiǎn)單粗糙的紙質(zhì)圖紙，并無(wú)電子數(shù)據(jù)資料。修繕工作要求必須準(zhǔn)確定位每一塊鋁板、每一個(gè)構(gòu)件，只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。

穹頂共有2 725塊裝飾立面板、1 675根結(jié)構(gòu)工字鋁，如此大量的尺寸實(shí)測(cè)、定位工作，如通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量，再進(jìn)行圖紙繪制，不但誤差較大，而且需要消耗大量人力與工期。

經(jīng)過(guò)深入研究，技術(shù)團(tuán)隊(duì)決定采用3D測(cè)繪、BIM建模的方式進(jìn)行模型數(shù)據(jù)重建，直接形成真實(shí)模型，避免耗時(shí)耗力的傳統(tǒng)手工測(cè)繪。

首先通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍進(jìn)行遙感測(cè)繪，利用目前較為先進(jìn)的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，重建馬戲城球體實(shí)測(cè)外皮輪廓。接下來(lái)結(jié)合深化圖紙數(shù)據(jù)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)鋁結(jié)構(gòu)表皮及結(jié)構(gòu)桿件的分布規(guī)律及建模邏輯進(jìn)行分析，在三維BIM軟件中精確重建了上海馬戲城表皮及結(jié)構(gòu)模型（圖3），最終實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)化。該項(xiàng)工作大大方便了后續(xù)修繕工作的進(jìn)行，并為多年來(lái)僅有外國(guó)紙質(zhì)資料的早期工程建立了現(xiàn)代化的三維模型數(shù)據(jù)。

圖3 馬戲城穹頂三維BIM模型

4.2 腳手架搭設(shè)難點(diǎn)及對(duì)策

圖4 異形腳手架整體模型

為保證腳手架連接不會(huì)對(duì)屋面造成任何破壞，根據(jù)早期美國(guó)公司留下的深化圖紙，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，進(jìn)行無(wú)損連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（圖6）。利用原屋面條形螺栓槽，定制原標(biāo)不銹鋼螺栓進(jìn)行連接，做到了對(duì)屋面鋁板的完全無(wú)損。

圖5 異形腳手架剖面示意

圖6 異形腳手架無(wú)損連接節(jié)點(diǎn)

為進(jìn)一步保證節(jié)點(diǎn)安全，除進(jìn)行理論計(jì)算外，還對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)承載力實(shí)驗(yàn)。屋面支座節(jié)點(diǎn)可承受10 kN側(cè)向力，超過(guò)節(jié)點(diǎn)理論最大受力值5.5 kN。

另一方面，為保證在腳手架荷載作用下，穹頂整體結(jié)構(gòu)安全，建立了原穹頂整體模型，將腳手架各支點(diǎn)最大荷載加載于其上。經(jīng)計(jì)算，穹頂結(jié)構(gòu)桿件最大應(yīng)力比0.522＜1，滿(mǎn)足整體結(jié)構(gòu)安全。

4.3 裝飾鋁板拆除及防水鋁板更換難點(diǎn)及對(duì)策

外立面裝飾鋁板的拆除為工程的重點(diǎn)工作。在拆除過(guò)程中，采用由上往下逐圈拆除，拆下的裝飾鋁板對(duì)照深化圖紙逐個(gè)進(jìn)行編號(hào)、分組的方式，然后直接裝車(chē)運(yùn)至烤漆加工廠(chǎng)進(jìn)行打磨、整形、酸洗、氟碳烤漆。加工完畢后，工廠(chǎng)按面板編號(hào)分組包裝待運(yùn)。

外立面裝飾鋁板完全拆除完畢后，即逐圈、對(duì)稱(chēng)、跳格拆下屋面板，將屋面板移到平臺(tái)上進(jìn)行保溫吸聲材料更換，保溫材料用歐文斯科寧的玻璃纖維棉，厚150 mm。吸聲保溫棉需使用立時(shí)得萬(wàn)能膠粘貼，更換好的屋面板即可復(fù)位安裝到原位，然后拆裝相鄰的屋面板，確保結(jié)構(gòu)桿件的穩(wěn)定，不會(huì)變形。屋面保溫從上往下逐圈逐塊更換，有序更換可保證與原樣相同。包裹的裝飾鋁箔根據(jù)深化圖紙采用原標(biāo)美國(guó)進(jìn)口的金屬夾絲鋁箔。

保溫棉更換完畢即同屋面防水鋁板安裝到原位，再拆裝相鄰的屋面板，保證結(jié)構(gòu)桿件的穩(wěn)定。

在裝飾立面板、鋁板的拆除更換過(guò)程中，最重要也是不能出一絲差錯(cuò)的是必須保證“原拆原換”。為嚴(yán)格做到這一點(diǎn)，在三維實(shí)體BIM模型中即對(duì)所有鋁板進(jìn)行分區(qū)編號(hào)，并將該編號(hào)模型發(fā)送至加工廠(chǎng)逐一生成加工編號(hào)二維碼。每拆除一塊鋁板，即在鋁板背后指定位置粘貼該二維碼及板塊編號(hào)。運(yùn)輸過(guò)程中按區(qū)塊分批打包，運(yùn)送至加工廠(chǎng)后掃碼進(jìn)行加工，加工完畢后按同樣批次打包運(yùn)返，現(xiàn)場(chǎng)掃碼確認(rèn)與模型編號(hào)無(wú)誤即可進(jìn)行復(fù)裝。整個(gè)過(guò)程無(wú)一錯(cuò)漏，順利實(shí)現(xiàn)“原拆原換”。

屋面節(jié)點(diǎn)蓋板圓盤(pán)因?yàn)橹挥兄睆?00 mm與130 mm這2種規(guī)格，因此不需進(jìn)行編號(hào)。在拆除時(shí)準(zhǔn)備好更新的蓋板，拆一個(gè)即蓋一個(gè)，這樣不但施工快速，而且施工時(shí)雨水不會(huì)漏到室內(nèi)，保證斷水施工，不影響內(nèi)部施工的進(jìn)行，同時(shí)時(shí)刻關(guān)心天氣預(yù)報(bào)，雨天室外停止施工。

今年5月初，我入職到目前供職的咨詢(xún)公司工作。近日我申請(qǐng)休年假，單位稱(chēng)我入職不足一年沒(méi)有帶薪年休假。我翻閱了《職工帶薪年休假條例》，其中第二條規(guī)定機(jī)關(guān)、團(tuán)體、企業(yè)、事業(yè)單位、民辦非企業(yè)單位、有雇工的個(gè)體工商戶(hù)等單位的職工,連續(xù)工作1年以上的享受帶薪年休假。同時(shí)，該條例第三條規(guī)定職工累計(jì)工作已滿(mǎn)1年不滿(mǎn)10年的，可休年休假5天。因之前我曾在其他公司工作過(guò)3年，當(dāng)時(shí)未簽勞動(dòng)合同，所以該公司給我出具了連續(xù)工作3年的證明，但咨詢(xún)公司說(shuō)那3年我沒(méi)有社保繳費(fèi)記錄，對(duì)原單位的證明他們無(wú)法辨別真假，所以不能算工齡，并說(shuō)我只有在本單位入職一年后才能享受年休假。

4.4 穹頂結(jié)構(gòu)桿件（工字鋁）、支座、馬道鋼索全面排查與更換難點(diǎn)及對(duì)策

在屋面板拆除過(guò)程中，需同時(shí)進(jìn)行的一項(xiàng)涉及結(jié)構(gòu)安全的重點(diǎn)工作，是對(duì)穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的全面排查檢測(cè)。

對(duì)于工字鋁結(jié)構(gòu)桿件，發(fā)現(xiàn)存在損壞、變形等情況，進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算，根據(jù)構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的實(shí)際損壞、變形及檢測(cè)情況，對(duì)影響正常使用和結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)件進(jìn)行加固或更換。

鉸支座是支撐穹頂?shù)闹匾课唬瑱z測(cè)按原設(shè)計(jì)的同心孔進(jìn)行，直徑10 mm的同心孔交叉不可超過(guò)5 mm，如超過(guò)5 mm，支座必須調(diào)整。支座需要進(jìn)行鎬鏟油漆，以防止銹蝕對(duì)支座的損壞，對(duì)軸桿進(jìn)行油封維護(hù)，支座與埋板的焊接進(jìn)行除銹檢測(cè)，如有開(kāi)裂將進(jìn)行補(bǔ)焊，保證支座的完好無(wú)損。

對(duì)于馬道鋼索，由檢測(cè)單位對(duì)每根鋼索進(jìn)行索力檢測(cè)，并檢查每根鋼索的實(shí)際銹蝕、變形情況，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，對(duì)需要更換的鋼索進(jìn)行更換。同時(shí)對(duì)穹頂內(nèi)側(cè)馬道、欄桿及倒置氣頂?shù)葮?gòu)件進(jìn)行全面檢查，存在損壞的構(gòu)件一律更新替換，未損壞的構(gòu)件表面均重新噴涂。

4.5 屋面防水鋁板、外立面裝飾鋁板重新安裝難點(diǎn)及對(duì)策

原穹頂設(shè)計(jì)為防水保溫吸聲一體化設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)構(gòu)造較復(fù)雜、獨(dú)特，由于接近使用年限，局部已出現(xiàn)滲水的現(xiàn)象，重新安裝的屋面必須徹底解決滲水、漏水問(wèn)題。

根據(jù)原設(shè)計(jì)要求，在維持原鋁板構(gòu)造同原體系的基礎(chǔ)上，不具備增加新荷載的條件，新增構(gòu)件的固定方式不可采用焊接或穿孔。

防水設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于鋁板接縫與桿件節(jié)點(diǎn)處。

對(duì)于鋁板接縫處，在拆除屋面板后分析其滲水的情況，發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)全部集中在螺栓打孔處。針對(duì)該實(shí)際情況，在不穿孔的前提下，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了螺栓節(jié)點(diǎn)蓋帽，蓋帽內(nèi)部填滿(mǎn)硅酮密封膠，完全避免了螺栓孔位置滲水的可能性（圖7）。

圖7 鋁板接縫處防水構(gòu)造

桿件節(jié)點(diǎn)處為裝飾立面雨水第一落點(diǎn)位置，水量較其他位置更大。分析滲水情況發(fā)現(xiàn)，由于原節(jié)點(diǎn)盤(pán)略小，節(jié)點(diǎn)盤(pán)周邊密封膠位置在暴雨積水情況下可能會(huì)出現(xiàn)短暫雨水堆積。在新的防水構(gòu)造措施中，將節(jié)點(diǎn)盤(pán)直徑增大至355 mm，避開(kāi)了雨水短暫堆積位置，并改進(jìn)周邊密封膠封閉方式，在節(jié)點(diǎn)盤(pán)內(nèi)部預(yù)先放置1圈雙面膠條，在蓋板放置之前先打滿(mǎn)1圈密封膠，在節(jié)點(diǎn)蓋板固定好后，再沿周邊打滿(mǎn)硅酮密封膠。如此三重保險(xiǎn)的防水措施，保證了節(jié)點(diǎn)的零滲漏（圖8）。

圖8 桿件處防水構(gòu)造

在以上防水措施的實(shí)施過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)蓋板拆除時(shí)即準(zhǔn)備好對(duì)應(yīng)新蓋板，拆一裝一。屋面板鋁壓條再次安裝時(shí)需反向安裝，防止緊固螺絲滑牙。每根壓條上的螺絲緊固力要達(dá)到一致，用力矩扳手進(jìn)行逐個(gè)測(cè)定，扭力達(dá)到原美國(guó)深化圖紙中要求的114 lb（約517 N）。

屋面防水板全部安裝完成后，目前已經(jīng)過(guò)數(shù)次暴雨洗禮，完全達(dá)到零滲漏，防水效果比當(dāng)年建成時(shí)更好。

4.6 穹頂外側(cè)新增泛光照明難點(diǎn)及對(duì)策

為進(jìn)一步美化馬戲城穹頂，在球體外金色裝飾立面板的節(jié)點(diǎn)處增設(shè)LED點(diǎn)光源（凹點(diǎn)和凸點(diǎn)處），光源的安裝必須滿(mǎn)足走線(xiàn)不外露、便于控制這兩點(diǎn)要求。

基于以上要求，燈源線(xiàn)路從球體內(nèi)部穿出進(jìn)入裝飾立面腔體內(nèi)，管線(xiàn)安裝隱蔽在裝飾立面內(nèi)，且不暴露在外，對(duì)球體的立面效果完全無(wú)影響。燈光的所有控制箱，與馬戲城內(nèi)部控制室相連，便于平時(shí)使用的控制和管理。

該方法不但滿(mǎn)足了設(shè)想要求，而且實(shí)現(xiàn)了燈光的安裝施工周期與鋁合金外罩的安裝施工同步，不需要再額外占用工期。

5 結(jié)語(yǔ)

上海馬戲城穹頂?shù)男蘅樖┕すに囕^為復(fù)雜，施工過(guò)程中，在沒(méi)有任何電子數(shù)據(jù)資料的情況下，通過(guò)目前較為先進(jìn)的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，重新建立3D數(shù)據(jù)模型；針對(duì)高大異形空間內(nèi)的施工作業(yè)，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)異形腳手架及其連接節(jié)點(diǎn)，定制專(zhuān)用不銹鋼螺栓進(jìn)行無(wú)損拆裝；針對(duì)原穹頂存在立面裝飾鋁板噴涂老化、屋面漏水、屋面保溫棉保溫失效等問(wèn)題，以前面兩點(diǎn)施工技術(shù)為支撐對(duì)整體穹頂進(jìn)行更換。本工程對(duì)類(lèi)似的穹頂修繕工程具有較高的借鑒及推廣價(jià)值。