上海馬戲城大修工程穹頂更換技術探討

唐 輝

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

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

圖1 上海馬戲城實景

馬戲城穹頂的裝飾立面板、屋面防水等已經接近使用年限，現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題。因此，需要對鋁合金穹頂進行修繕。

2 立項設想

根據相關文件，原有立項設想及目標為：解決上海馬戲城建筑和設備等安全隱患，進一步改善和提升上海馬戲城排演等設施功能，推進上海馬戲事業發展，將上海馬戲城打造成以雜技、馬戲和魔術訓練與表演為主題的、國內外有影響力的演藝高地，推進上海國際文化大都市建設。

根據立項設想，修繕方案在保持原主體設計的基礎上，對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，改善和提升穹頂的建筑功能。

3 修繕工程施工管理

3.1 目標管理

在修繕工程施工過程中，需要對工程的質量、進度、成本等進行控制，也需要對工程的信息、合同、安全等進行管理，工作龐雜繁多。進行科學的施工管理、將工程目標逐一分解，可以使復雜的管理工作變得高效有序[1-3]。

借鑒PDCA（計劃—執行—檢查—處理） 循環的管理思想，并結合修繕工程項目自身的諸多特點，建立施工目標管理模式，稱為“4E（制訂—執行—評估—強化）目標管理”（圖2）。

圖2 “4E目標管理”模式

“制訂”是“4E目標管理”模式一個循環中的起始點。該階段的重點在于將戰略目標分解成可供各專項部門逐步有序完成的子目標。子目標的有效性是實現目標管理的重要基礎[4-6]。

“執行”作為修繕工程施工管理的第2步，是子目標在項目管理上的實現，是執行層根據各自的職責分工和目標計劃，逐步落實施工管理工作的過程。

“評估”是管理人員采用一定的技術手段對計劃實施之后的目標實現狀態進行評價，找出實施過程中的不足并尋求處理方法的過程。

“強化”是“4E目標管理”模式一個循環的終點，也為下一個循環提供目標制訂的依據，持續改進“4E目標管理”的有效性，以實現施工方的施工管理目標。

“4E目標管理”模式是一個制訂目標、實施目標、發現問題和解決問題的迭代式管理模型。該模型在本工程中的應用，使修繕施工管理工作有條不紊地展開和進行，在提高工程管理水平的同時，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公司進行深化設計，技術資料不完備，而修繕工程要求在對穹頂不能造成任何損傷的前提下，在工期內保質保量完成。這對穹頂修繕的分包選擇提出了較高的要求。

本項目施工總包為上海建工四建集團有限公司，經過多方深入比選，最終選擇了當年馬戲城建造時的穹頂施工單位——上海北盛建設工程發展有限公司作為本項目的穹頂修繕分包。項目負責人，甚至施工隊伍骨干均為原班人馬。這有效避免了因不熟悉穹頂建造細節而造成的施工停滯、屋面損傷、修補返工等情況，對后續的順暢施工起到了重要作用。

4 施工重點、難點及針對性措施

4.1 工程數據化難點及對策

上海馬戲城于1998年由美國泰康公司進行深化設計，相關鋁合金技術均為該公司專利，僅留下了一些較為簡單粗糙的紙質圖紙，并無電子數據資料。修繕工作要求必須準確定位每一塊鋁板、每一個構件，只能進行現場實測。

穹頂共有2 725塊裝飾立面板、1 675根結構工字鋁，如此大量的尺寸實測、定位工作，如通過現場人工測量，再進行圖紙繪制，不但誤差較大，而且需要消耗大量人力與工期。

經過深入研究，技術團隊決定采用3D測繪、BIM建模的方式進行模型數據重建，直接形成真實模型，避免耗時耗力的傳統手工測繪。

首先通過無人機航拍進行遙感測繪，利用目前較為先進的傾斜攝影測量技術，進行數據采集，重建馬戲城球體實測外皮輪廓。接下來結合深化圖紙數據，技術團隊對鋁結構表皮及結構桿件的分布規律及建模邏輯進行分析，在三維BIM軟件中精確重建了上海馬戲城表皮及結構模型（圖3），最終實現了工程數據化。該項工作大大方便了后續修繕工作的進行，并為多年來僅有外國紙質資料的早期工程建立了現代化的三維模型數據。

圖3 馬戲城穹頂三維BIM模型

4.2 腳手架搭設難點及對策

圖4 異形腳手架整體模型

為保證腳手架連接不會對屋面造成任何破壞，根據早期美國公司留下的深化圖紙，結合現場實測，進行無損連接節點設計（圖6）。利用原屋面條形螺栓槽，定制原標不銹鋼螺栓進行連接，做到了對屋面鋁板的完全無損。

圖5 異形腳手架剖面示意

圖6 異形腳手架無損連接節點

為進一步保證節點安全，除進行理論計算外，還對節點進行了現場承載力實驗。屋面支座節點可承受10 kN側向力，超過節點理論最大受力值5.5 kN。

另一方面，為保證在腳手架荷載作用下，穹頂整體結構安全，建立了原穹頂整體模型，將腳手架各支點最大荷載加載于其上。經計算，穹頂結構桿件最大應力比0.522＜1，滿足整體結構安全。

4.3 裝飾鋁板拆除及防水鋁板更換難點及對策

外立面裝飾鋁板的拆除為工程的重點工作。在拆除過程中，采用由上往下逐圈拆除，拆下的裝飾鋁板對照深化圖紙逐個進行編號、分組的方式，然后直接裝車運至烤漆加工廠進行打磨、整形、酸洗、氟碳烤漆。加工完畢后，工廠按面板編號分組包裝待運。

外立面裝飾鋁板完全拆除完畢后，即逐圈、對稱、跳格拆下屋面板，將屋面板移到平臺上進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得萬能膠粘貼，更換好的屋面板即可復位安裝到原位，然后拆裝相鄰的屋面板，確保結構桿件的穩定，不會變形。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深化圖紙采用原標美國進口的金屬夾絲鋁箔。

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，保證結構桿件的穩定。

在裝飾立面板、鋁板的拆除更換過程中，最重要也是不能出一絲差錯的是必須保證“原拆原換”。為嚴格做到這一點，在三維實體BIM模型中即對所有鋁板進行分區編號，并將該編號模型發送至加工廠逐一生成加工編號二維碼。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。運輸過程中按區塊分批打包，運送至加工廠后掃碼進行加工，加工完畢后按同樣批次打包運返，現場掃碼確認與模型編號無誤即可進行復裝。整個過程無一錯漏，順利實現“原拆原換”。

屋面節點蓋板圓盤因為只有直徑200 mm與130 mm這2種規格，因此不需進行編號。在拆除時準備好更新的蓋板，拆一個即蓋一個，這樣不但施工快速，而且施工時雨水不會漏到室內，保證斷水施工，不影響內部施工的進行，同時時刻關心天氣預報，雨天室外停止施工。

今年5月初，我入職到目前供職的咨詢公司工作。近日我申請休年假，單位稱我入職不足一年沒有帶薪年休假。我翻閱了《職工帶薪年休假條例》，其中第二條規定機關、團體、企業、事業單位、民辦非企業單位、有雇工的個體工商戶等單位的職工,連續工作1年以上的享受帶薪年休假。同時，該條例第三條規定職工累計工作已滿1年不滿10年的，可休年休假5天。因之前我曾在其他公司工作過3年，當時未簽勞動合同，所以該公司給我出具了連續工作3年的證明，但咨詢公司說那3年我沒有社保繳費記錄，對原單位的證明他們無法辨別真假，所以不能算工齡，并說我只有在本單位入職一年后才能享受年休假。

4.4 穹頂結構桿件（工字鋁）、支座、馬道鋼索全面排查與更換難點及對策

在屋面板拆除過程中，需同時進行的一項涉及結構安全的重點工作，是對穹頂的結構構件的全面排查檢測。

對于工字鋁結構桿件，發現存在損壞、變形等情況，進行結構復核驗算，根據構件的應力計算結果，結合現場構件的實際損壞、變形及檢測情況，對影響正常使用和結構安全的構件進行加固或更換。

鉸支座是支撐穹頂的重要部位，檢測按原設計的同心孔進行，直徑10 mm的同心孔交叉不可超過5 mm，如超過5 mm，支座必須調整。支座需要進行鎬鏟油漆，以防止銹蝕對支座的損壞，對軸桿進行油封維護，支座與埋板的焊接進行除銹檢測，如有開裂將進行補焊，保證支座的完好無損。

對于馬道鋼索，由檢測單位對每根鋼索進行索力檢測，并檢查每根鋼索的實際銹蝕、變形情況，根據檢測報告，對需要更換的鋼索進行更換。同時對穹頂內側馬道、欄桿及倒置氣頂等構件進行全面檢查，存在損壞的構件一律更新替換，未損壞的構件表面均重新噴涂。

4.5 屋面防水鋁板、外立面裝飾鋁板重新安裝難點及對策

原穹頂設計為防水保溫吸聲一體化設計，其設計構造較復雜、獨特，由于接近使用年限，局部已出現滲水的現象，重新安裝的屋面必須徹底解決滲水、漏水問題。

根據原設計要求，在維持原鋁板構造同原體系的基礎上，不具備增加新荷載的條件，新增構件的固定方式不可采用焊接或穿孔。

防水設計的重點在于鋁板接縫與桿件節點處。

對于鋁板接縫處，在拆除屋面板后分析其滲水的情況，發現滲水點全部集中在螺栓打孔處。針對該實際情況，在不穿孔的前提下，專門設計了螺栓節點蓋帽，蓋帽內部填滿硅酮密封膠，完全避免了螺栓孔位置滲水的可能性（圖7）。

圖7 鋁板接縫處防水構造

桿件節點處為裝飾立面雨水第一落點位置，水量較其他位置更大。分析滲水情況發現，由于原節點盤略小，節點盤周邊密封膠位置在暴雨積水情況下可能會出現短暫雨水堆積。在新的防水構造措施中，將節點盤直徑增大至355 mm，避開了雨水短暫堆積位置，并改進周邊密封膠封閉方式，在節點盤內部預先放置1圈雙面膠條，在蓋板放置之前先打滿1圈密封膠，在節點蓋板固定好后，再沿周邊打滿硅酮密封膠。如此三重保險的防水措施，保證了節點的零滲漏（圖8）。

圖8 桿件處防水構造

在以上防水措施的實施過程中，節點蓋板拆除時即準備好對應新蓋板，拆一裝一。屋面板鋁壓條再次安裝時需反向安裝，防止緊固螺絲滑牙。每根壓條上的螺絲緊固力要達到一致，用力矩扳手進行逐個測定，扭力達到原美國深化圖紙中要求的114 lb（約517 N）。

屋面防水板全部安裝完成后，目前已經過數次暴雨洗禮，完全達到零滲漏，防水效果比當年建成時更好。

4.6 穹頂外側新增泛光照明難點及對策

為進一步美化馬戲城穹頂，在球體外金色裝飾立面板的節點處增設LED點光源（凹點和凸點處），光源的安裝必須滿足走線不外露、便于控制這兩點要求。

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

該方法不但滿足了設想要求，而且實現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 結語

上海馬戲城穹頂的修繕施工工藝較為復雜，施工過程中，在沒有任何電子數據資料的情況下，通過目前較為先進的傾斜攝影測量技術進行數據采集，重新建立3D數據模型；針對高大異形空間內的施工作業，專門設計異形腳手架及其連接節點，定制專用不銹鋼螺栓進行無損拆裝；針對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題，以前面兩點施工技術為支撐對整體穹頂進行更換。本工程對類似的穹頂修繕工程具有較高的借鑒及推廣價值。