上海音乐厅文物建筑保护利用与性能提升关键技术

张 铭 谷志旺 王伟茂 孙沈鹏 张 波

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

上海拥有着大量的历史保护类文化建筑场馆。这些承载凝聚了城市宝贵历史文化，见证了上海文化传承和发展的建筑场馆，具有极高的科学价值、历史价值、人文价值。对标当下高颜值、高配套、高标准的现代大型综合展演类建筑，文物建筑场馆面临着文物特征有待保护、场馆观演品质尚待提升、建筑安全运营保障亟须加强等方面的需求。面对文物建筑保护要求高、剧场使用功能需求多、现代服务品质不断提升等特点，结合上海音乐厅文物建筑保护修缮工程，运用现代科技与传统工艺相融合，建立1套与之相适应的保护修缮技术，实现了对文物建筑场馆的保护利用与性能提升，对保护文物建筑遗产具有重大意义[1-4]。

1 工程概况

上海音乐厅（图1）建成于1930年3月，前身为南京大戏院，是上海第1座由中国建筑设计师自行设计的具有西洋古典主义风格的戏院，是全国第1座音乐厅，也是上海音乐活动中心。1989年被列为上海市文物保护单位、上海市优秀历史建筑。2003年，因市政高架建设，对上海音乐厅进行整体性了平移保护修缮，并在新址增建2层地下室、西大厅和南大厅，与原有建筑连成整体，作为音乐厅配套空间。因此，现有上海音乐厅由原始建筑（文物保护部分）以及平移后新建建筑（非文保部分）两部分组成。总建筑面积12 986.70 m2，其中，文保保护区建筑面积约2 557.58 m2。

图1 上海音乐厅

建成90年来，上海音乐厅见证了众多知名艺术家的登台展现，由于高频率、高密度、高流量的演出场次和观演人数，上海音乐厅建筑主体及设备设施出现了不同程度的老化和损坏。

为保护历史文物建筑，解决建筑及其设备设施逐步老化而无法满足更高标准演出的问题，改善音乐厅场馆观演体验，提升上海音乐厅影响力，展现上海的城市文化名片风采，上海音乐厅于2019年启动保护修缮工程，围绕文保区域保护修缮，维护建筑原有风格，做到修旧如旧。非文保区域进行空间布局调整，重新装饰装修；更新舞台设备设施，提升剧场声学演出效果，以满足一流的剧场演出需要。

2 工程特点与难点

1）音乐厅作为历史文化建筑遗产，重点特色保护部位多，损坏情况复杂，面临的保护要求高。音乐厅北立面、东北立面以及室内北进厅、观众厅、东走廊均为文物重点特色保护部位。各部位构成元素丰富，有泰山砖、花岗岩、古典木门窗、纸筋灰顶棚、仿石廊柱、水磨石墙地面等不同部位类型的特色保护构件，大多数构件都存在被污染、风化、断裂、脱落等不同程度的损坏，特色部位修缮时，既要保护和延续价值特征，又要满足现代使用需求，修缮难度比较大。

2）音乐厅场馆功能空间单一、观演声学环境亟待提升，更新改造受文物保护制约。随着社会不断的发展，历史特定时期设计的音乐厅，其功能和性能已无法满足现代场馆的观演需求，具体表现在观演配套空间单一、传统材料和构造措施带来的声学效果亟待改善。如何在保护文物建筑的条件下进行场馆功能优化与性能提升是当前亟待解决的问题。

3）观众厅大顶建造年代久远，各项性能都有所衰退，因文物保护需要，无法更新替换，存在使用隐患。整个观众厅大顶跨度大、顶棚高，构造复杂；南北长约28.00 m，东西宽约21.70 m，距地面高度约13.00 m，整个大顶面积约600.00 m2；由于大顶已有90年历史，其各项性能均有所衰退，大顶饰面层已出现不同程度的开裂变形。作为文物重点保护部位，目前仅能消除大顶已出现的安全隐患，来提升大顶的安全性能，无法对其更新替换，使得大顶长期可持续的安全性能无法得到有效保障，给音乐厅文物建筑场馆正常运营带来潜在安全风险。

3 关键技术方案

3.1 基于数字化的特色部位保护修缮技术

文物建筑特色部位修缮既要充分体现价值、延续特征，又要满足现代使用需求与保护相协调。在修缮过程中，运用三维激光扫描、无人机航拍、红外热成像等数字化技术，获取文物建筑特色部位典型特征和原始数据，精准辅助文物建筑保护修缮。深度探究特色部位传统修缮工艺，做好传统工艺的传承与现代技术的有机结合，实现特色部位的特征延续、文脉传承和性能提升。

3.1.1 外立面无损清洗修复技术

上海音乐厅北侧和东北侧外立面均保留着1930年落成时的风格，最上部为泰山砖饰面，中部为仿石漆墙面，下部为花岗岩饰面，构图典雅、风格大气，令人观之难忘。由于历年来积灰成污，加上雨水侵蚀和风化的缘故，泰山砖饰面部分发霉破损且存在空鼓损坏，花岗岩饰面发生不均匀锈斑污染现象。

针对外立面泰山砖片污染破损修缮，利用红外热成像技术快速获取饰面损伤部位（图2），利用平移施工时留存的泰山砖片，按原拼色方案进行更新修缮（图3）。对轻微污染区，采用小压力清水进行清洗，对污染严重区域，采用尼龙刷涂刷活性酶清洗。探究花岗岩石材“生锈”污染路径，优化花岗岩饰面构造，增设特征相容批水板（图4），阻断饰面生锈渗水路径，结合污染程度，研制泥敷法清洗配比和温度，吸附饰面毛细孔内部锈质，实现外立面无痕清洗与无损保护。

图2 红外热像精确定位损伤部位

图3 破损饰面原材料定制更换

图4 花岗岩饰面檐口增设批水板

3.1.2 老式木门窗特征延续与性能升级技术

外立面木门窗为柚木材质，由于长期未进行有效的养护，老式木门窗外露翘曲变形、老化破损、隔声节能性能不佳，无法满足现有使用需求。

在不改变门窗原有形制下，通过嵌入铜板加固提升木门窗整体性；去除木构件起翘漆面，涂刷木蜡油，恢复木窗材质纹理；置换隔声节能玻璃、嵌入密封隔声材料，提升木门窗隔声节能性能。为保证修缮效果和质量，通过三维激光扫描结合深度逆向建模技术，建立老式木门窗修缮工艺可视化视频，指导现场工人师傅手工修复，实现老式木门窗风貌展现和延续（图5、图6）。

图5 老式木窗升级改造数字化示意

图6 老式木窗修缮后

3.1.3 仿石廊柱特征修复技术

北厅科林斯廊柱仿石饰面为平移时修缮，年久破损，破损面多而散、基层起壳，采用常规的“打补丁”法修缮，很难恢复原有柱面的整体风貌，并且存在耐久性不足等问题。

通过数字化技术获取柱体形制尺寸、典型特征，对内部构造进行剖解分析，确定仿石饰面构造优化措施，增设抗裂网格布，提升饰面抗裂性能；邀请平移修缮时的老工匠按照原式样采用专用颜料重新绘制仿石纹理，恢复仿石柱原有风貌（图7、图8）。

图7 廊柱饰面纹理图样

图8 廊柱仿石饰面修缮

3.1.4水磨石历史遗迹复原技术

东走廊地坪拆除修缮时，发现一块1930年原水磨石地面遗迹，设计单位在征询专家意见后，要求按遗迹进行复原。为恢复原有水磨石式样色彩，饰面复原面临材料组分配比、花饰排版设计、修缮工艺选取等难点。

针对上述复原存在的问题，利用电镜分析仪、拉曼光谱仪，对水磨石遗迹材料组分进行分析，获取材料成分和骨料粒径大小，通过小样试配确定水磨石骨料和配比；以北厅水磨石图案花饰为蓝本，对复原水磨石地坪花饰进行数字化排版设计，以确定拼花式样、大小和分布，确保与原式样一样；采用传统水磨石施工工艺和网格分仓法，实现多重图案组合的水磨石饰面施工，最终成功实现了富有特色水磨石拼花地面的历史原迹复原（图9、图10）。

图9 东走廊水磨石遗迹

图10 复原后的东走廊水磨石地面

3.2 文物建筑场馆功能优化与性能提升技术

通过在文物建筑非保护空间内新增结构构件来重构文物建筑功能空间，对原有配套空间进行重组，实现功能拓展后的场馆配套空间独立完整；在遵循文物保护要求的前提下，通过优化隔声材质、构造措施进行场馆隔声降噪，调节可变吸声材料、更新优化声学装饰材料来提升场馆演奏音质效果。通过优化施工组织设计，开发相应施工设备设施，采取与文物保护相适应的施工技术措施，实现文物建筑场馆功能优化与性能提升。

3.2.1 最小干预下文物建筑功能空间拓展与重组技术

针对观演空间单一，拓展更新受文物保护制约的现状，利用非保护区域的地下2层原排练厅空间新增结构构件来重构建筑空间，拓展场馆演出功能；通过对不同结构选型对比分析，选择独立轻型钢结构组合楼板体系+GRG装饰墙板来构建多功能演艺厅，确保不增加文物建筑上部荷载、不改变原有结构传力体系、不超过既有地基承载极限。

在新增场馆功能空间基础上，为满足场馆配套需求，对地下室配套用房进行空间重组。基于对原有配套空间功能、大小以及重组中结构影响度分析，梳理原有配套空间可干预等级并进行相应空间分解；结合新增场馆功能配套空间需求和运营管理需要，通过合并、重置配套空间，调整公共空间走向的方式，实现文物建筑保护条件下的配套用房微更新，确保多场馆空间同时运营时人流动线不交叉、配套空间独立完整（图11、图12）。

图11 场馆功能空间拓展

图12 重构后的多功能小厅

3.2.2 特征维持下的观演声学性能提升技术

结合场馆功能拓展，在不改变原有建筑主体结构体系的前提下，利用小厅内新增轻型钢结构组合楼板+GRG墙体体系与观众厅结构楼板形成隔声空腔，有效阻隔声源串音路径，改善观众厅与小厅间的串音问题；通过更新外立面木门窗隔声玻璃，增设隔声密封条，嵌入加固来提升木门窗整体性，在保留木门窗特色形制特征前提下，提升木门窗隔声性能。

在保留观众厅文物保护空间整体风貌的前提下，对观众厅内既有座椅设备增设阻尼来消除座椅使用噪声，利用改进座椅布料材质改善厅内的吸声效果，调节混响时间；更换与舞台相容的反声罩，为厅内提供早期反射声，为观众厅带来优美的观演视听效果。

对小厅内GRG装饰墙板饰面进行优化设计，形成双曲面波浪造型的四叶草花瓣立体图案饰面，可以对声波产生良好的散射作用，使得小厅坐席区的混响时间和侧向反射声能比分布均达到了理想的效果；通过对GRG装饰板进行错缝安装，有效解决平行墙面颤振回声问题，为小厅营造良好的声学演奏空间；通过安装可调节吸声装置，满足不同功能下的小厅声学演奏效果。

3.2.3 低影响下的文物建筑保护施工技术

从文物建筑保护角度出发，开展文物建筑内保护修缮施工工艺、设备、装置研发，开发了风貌相容的机电设备管线植入技术、基于复原修缮的复杂构件保护拆除技术、半封闭通道下构件倾斜运输装置；低净空下大跨度钢结构吊装装置，为文物建筑功能优化和性能提升施工提供技术支撑。

3.3 文物建筑场馆安全预警与运营保障技术

为了保证文物建筑场馆安全运营，在遵循文物建筑保护要求与特色部位安全的原则下，通过有限元模拟分析观众厅大顶各项构件内力和变形情况，结合数值模拟分析，布置监测设备来监测观众厅大顶各项性能，相关监测数据和结果可辅助业主对观众厅大顶进行运营管理，确保文物建筑场馆安全使用。

3.3.1 复杂构造特征下的观众厅大顶安全性能分析

观众厅大顶构造形式多样、传力体系错综复杂，整个观众厅大顶由上部木屋架（包括木搁栅）、下部装饰层以及吊筋连接件3部分系统组成。精美大顶装饰层通过纸筋灰批嵌于钢板网上，再利用钢吊筋悬吊固定在木格栅上，而木格栅搁置在木屋架下弦杆上，从而将荷载传给木屋架（图13）。

图13 观众厅大顶现状

为了做好观众厅大顶安全性能分析，采用数字化测绘技术获取大顶整体构造和尺寸，通过逆向建模构建大顶三维实体模型，结合并参考相关材料的损伤检测数据，对服役状态下的大顶各项性能进行有限元数值模拟，分析大顶在正常使用状态下各部件内力分布情况和关键构件力学性能，以及不同组成部件性能退化下的大顶破坏模式。

3.3.2 服役状态下的观众厅大顶安全性能实时监测

根据数值模拟分析，结合大顶破坏模式，对大顶木屋架层和装饰面层部件布置监测设备，全面、实时、精准获取大顶服役状态下的整体姿态。在大顶木屋架部件上安装高精度力学传感器，包括应力应变计、倾角仪、静力水准仪、振动传感器等，通过U形连接件与木构件无损连接；针对百年大顶因材料性能退化而引起装饰面层脱落风险，通过在装饰面层两侧布设远距离激光测距设备和拉线式位移计组合监测装置，对大顶面层变形进行非接触感知，获取大顶装饰面层的整体变形和层间变形状况。

3.3.3 观众厅大顶安全状态云端诊断与自动化预警

建立观众厅大顶安全监测管理平台，基于物联网与5G技术，监测数据通过远程传输至云端数据库，并自动完成相关数据筛选、过滤、分析与评估；以BIM数字化三维模型为载体，将监测数据和模型进行联动，监测结果通过云图在平台模型上进行可视化展示。基于大顶变形增量数据的迭代分析，结合构件的损伤程度和安全重要性，建立分级预警制度，一旦监测数据超过预警值，将自动提示使用者提前介入与判别风险，以保障大顶的正常使用（图14）。

图14 观众厅大顶安全监测管理平台

4 结语

上海音乐厅不仅是一幢建筑，更是上海文化品牌的重要体现。在修缮过程中，我们秉承一颗敬畏之心、传承之心、工匠之心，对场馆类文物建筑保护利用与性能提升施工技术进行了系统的研究，通过将现代科技与传统工艺进行有序结合，让这一90岁“文物老人”焕发新的生命力，接续城市历史，留住城市记忆，发挥专业场馆演艺功能，给观众提供更高品质的音乐文化产品和服务。这也为后续上海近代剧院类文物建筑保护与更新改造提供了借鉴和指导。