PPP模式下大型復雜文化藝術(shù)中心類項目建筑聲學工程總承包管理

梁建秋

（中鐵電氣化局集團北京建筑公司，北京 100039）

0 引言

目前，我國經(jīng)濟進入全面深化改革的關鍵階段。隨著人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發(fā)展之間的矛盾日益突出，中央及各級地方政府愈來愈重視公共文化基礎設施建設，文化建設、藝術(shù)審美將成為城市發(fā)展的重要方向。多館合一的文化藝術(shù)中心也將成為城市公共文化基礎設施建設的重要載體，而文化藝術(shù)中心項目涵蓋專業(yè)眾多、建設標準高、內(nèi)部空間復雜、建造難度大，尤其在建筑聲學質(zhì)量方面要求非常高。本文針對某大型復雜文化藝術(shù)中心項目聲學建造特點進行分析研究，探索采用工程總承包管理思路，通過數(shù)字建造技術(shù)應用，最終使“多館層疊”的場館設計方案達到理想的聲學效果。

1 工程簡介

某文化藝術(shù)中心項目采用PPP模式投資、建設、運營管理，該項目總建筑面積212 279m2，由2個地上單體建筑和1個綜合地下室組成。地上建筑分為藝術(shù)中心和文化中心2個單體建筑。其中藝術(shù)中心采用多館合一的組團式設計方案，包括1 500座的大劇院、800座的音樂廳、600座的多功能廳及配套影院等。各場館對建筑聲學要求極高，其中，大劇院的音質(zhì)指標為：混響時間1.4～1.6s，音樂明晰度C80＞0dB，強度指標＞1dB，背景噪聲NR20。

大劇院和音樂廳的觀眾臺分別采用經(jīng)典的“馬蹄形”“鞋盒形”建筑聲學造型設計，劇院、音樂廳的主廳墻體采用“雙墻內(nèi)夾吸聲板材”，裝飾采用“大面積曲面造型GRC+實木皮”，觀眾臺采用結(jié)構(gòu)靜壓箱送風設計，劇院觀眾廳上方設置反聲罩等。

該項目建設標準極高，要求創(chuàng)“魯班獎”及“住建部綠色建筑三星”，項目管理難度大。作為地方重大藝術(shù)文化性公共設施和當?shù)刈罡呒墑e的藝術(shù)表演中心，建成之后將提升該區(qū)域的文化形象和品位，并成為新的城市地標性建筑。

2 建筑聲學工程總承包管理思路

文化藝術(shù)中心PPP項目具有體量大，工期緊（912日歷天），專業(yè)眾多、技術(shù)復雜，各專業(yè)立體交叉，深化協(xié)調(diào)、施工組織難度大，建設相關方多、關系復雜的特點。SPV項目管理公司堅持以“計劃管理為核心，設計管理為龍頭”，以“新技術(shù)推廣應用、科技研發(fā)為抓手”，推動SPV項目工程總承包管理工作有效開展。

劇院工程對建筑聲學技術(shù)要求非常高，工程施工總承包單位必須高效組織協(xié)調(diào)SPV項目管理公司、設計院、聲學深化設計單位、顧問團隊、各專業(yè)分包單位、材料及設備供應商等參建單位開展工程建設。劇場類建筑聲學建造是劇場建設成敗的關鍵，而工程總承包管理水平是聲學建造的關鍵性影響因素。

3 仿真數(shù)字模擬建造技術(shù)應用

3.1 數(shù)字建造技術(shù)應用

項目全面推進BIM技術(shù)應用，搭建以“BIM技術(shù)為核心”的智慧建造管理集成平臺，實現(xiàn)數(shù)字化、虛擬化建造技術(shù)的應用。鋼結(jié)構(gòu)、機電安裝、幕墻、舞臺機械、燈光、音響、聲學裝飾等主要專業(yè)分包單位應按總承包單位要求統(tǒng)一建立BIM模型，及時接受相關指令。各參建方資源信息共享，完成項目可視化表達和精細化管理。運用BIM對各專業(yè)分包商進行深化設計、工作界面、交叉作業(yè)、專業(yè)協(xié)調(diào)的管理，從而實現(xiàn)對各分包商的進度、質(zhì)量、技術(shù)、安全等全方位管控。

劇院、音樂廳的墻面裝飾層均為異形曲面GRC板，其模型分塊和模塊的制作難度很大，且聲學設計要求成型質(zhì)量高，傳統(tǒng)的加工方法難以保證施工質(zhì)量。運用三維掃描儀和三維設計軟件（revit、Rhino+GH）構(gòu)建三維設計模型，進行數(shù)字化下單、數(shù)字化加工GRC曲面裝飾板；利用三維掃描技術(shù)對模具或成型的GRC板進行掃描對比，修補缺陷，提高大型異形曲面GRC板結(jié)構(gòu)安裝精度和安裝質(zhì)量。

3.2 劇院、音樂廳音質(zhì)模擬技術(shù)應用

文化藝術(shù)中心內(nèi)劇院、音樂廳建筑內(nèi)部空間形式復雜、舞臺工藝功能設備較多，因此其建設復雜、投資占比大、對聲學質(zhì)量方面要求高。設計者依靠經(jīng)驗和理論計算預測廳堂建成后聲學效果的設計方法已無法滿足復雜的智能化、現(xiàn)代化廳堂聲學設計要求。

本項目采用專業(yè)的劇院、音樂廳室內(nèi)音質(zhì)仿真模擬軟件（Odeon）模擬觀眾廳的聲學效果。通過仿真模擬參數(shù)設置，模擬計算觀眾廳（劇院、音樂廳、多功能廳、影院等）的聲場分布情況、混響時間、聲壓級分布、音樂明晰度等音質(zhì)參數(shù)。根據(jù)檢測計算數(shù)據(jù)，協(xié)同SPV項目公司、設計院、聲學深化設計、聲學顧問、監(jiān)理、聲學檢測等參建單位發(fā)現(xiàn)問題，并及時采取有效措施解決存在的音質(zhì)缺陷。

以本項目藝術(shù)中心的大劇院為例，Odeon軟件模擬數(shù)據(jù)顯示，室內(nèi)觀眾廳內(nèi)觀眾席的聲壓級分布比較均勻（見圖1）。其中，對于音樂清晰度和語言清晰度，觀眾坐席區(qū)的中前排清晰度較好，后排兩側(cè)懸挑區(qū)域、池座靠墻區(qū)域有部分坐席的低頻段聲音清晰度較低，但不影響觀眾區(qū)整體音質(zhì)效果，能夠滿足觀賞要求。演奏及表演區(qū)域的弧形分區(qū)隔墻及各層坐席下的弧形分隔墻主要為坐席觀賞區(qū)域提供20ms以內(nèi)側(cè)向早期反射聲，保證池座區(qū)整體音質(zhì)聲學參數(shù)較好，觀眾觀賞音感趨近于原聲。

圖1 大劇場觀眾席500Hz聲壓級分布（單位：dB）

4 建筑聲學工程總承包管理要點

4.1 專業(yè)分包計劃管理

以“創(chuàng)新策劃引領施工，統(tǒng)籌管理提質(zhì)增效”的計劃管理思路，將專業(yè)分包進度計劃（舞臺機械、燈光、音響、鋼結(jié)構(gòu)、建筑聲學等）納入項目總進度計劃管理，明確各專業(yè)分包考察、選擇（招標）、進場、深化設計、材料設備選型加工、建造實施等各階段的節(jié)點時間。總承包單位應根據(jù)施工總進度計劃要求編制深化設計節(jié)點計劃，明確設計院出圖時間、各專業(yè)分包完成二次深化設計的時間。

4.2 特殊專業(yè)穿插管理

舞臺工藝（機械、音響、燈光等）、建筑聲學等專業(yè)為實現(xiàn)劇院、音樂廳建筑使用功能的核心內(nèi)容，也是建造成敗的關鍵因素。此部分建設內(nèi)容包含招投標、設計（含深化設計）、采購、安裝、調(diào)試、驗收、試運行、運營管理等階段，周期長、要求高、難度大，為整個項目建設中的關鍵線路。與各專業(yè)穿插進行，交叉工序多、協(xié)調(diào)任務重。由總工程師、生產(chǎn)副經(jīng)理、機電副經(jīng)理負責設計管理、組織協(xié)調(diào)等工作，設置專職工程師加強對各專業(yè)工程之間的配合和協(xié)調(diào)力度，負責劇場及音樂廳內(nèi)部安裝工程的進度、質(zhì)量、安全及文明施工等全面管理工作。由工程總承包組織各專業(yè)分包商現(xiàn)場巡檢并召開工程協(xié)調(diào)會。制定工程進度計劃，明確節(jié)點目標及相應配合任務，SPV公司及總承包商及時對施工進度情況進行比較，總結(jié)各分包商工作，制定下一階段工作內(nèi)容及目標。

4.3 聲學深化設計管理

對劇院、音樂廳內(nèi)部的墻體、頂棚、地面、看臺（邊緣）、觀眾席、靜壓箱等涉及聲學建造要求部位進行二次深化設計，通過BIM建模、仿真音質(zhì)模擬輔助技術(shù)對深化設計成果進行模擬復核，確保設計內(nèi)容符合聲學裝修要求，在圖紙上按照聲學設計要求標注裝飾層厚度、檢測參數(shù)、材料吸聲系數(shù)、構(gòu)造層厚度等相關聲學設計參數(shù)。對一些特殊節(jié)點構(gòu)造進行深化設計時，應確保該構(gòu)造節(jié)點的穩(wěn)固性和穩(wěn)定性。舞臺機械、追光設備、音響、下沉樂池等專業(yè)部位應按照審核后的設計圖紙要求，由專業(yè)分包單位配合總承包單位做好相關預留預埋工作，保證預埋精度（專業(yè)分包技術(shù)員復核），專業(yè)分包單位進場后做好交接工作。

4.4 聲學裝飾建造管理

將分包管理劃分為準備、選擇、控制、后評價4個階段，明確各階段管理要求。在聲學裝飾工程中，要求專業(yè)分包商具備深化設計和深加工能力，同時要求分包商按設計圖進行加工，聲學構(gòu)造節(jié)點所需零配件必須符合設計要求的各項標準，包括規(guī)格、型號、材質(zhì)、形狀等。加工誤差不得超過聲學裝修和魯班獎創(chuàng)建規(guī)定的誤差；材料進場前嚴格執(zhí)行驗收及隨機復檢制度，驗收或檢測不合格的材料不得進場；其中，劇院及音樂廳的反聲罩、復雜曲面GRC吊頂、鋸齒狀GRC整鑄墻面為不規(guī)則構(gòu)件，施工應嚴格按照BIM三維模型精確制作弧形、曲面、鋸齒狀構(gòu)件，GRC板材吊掛時應采用激光測量系統(tǒng)輔助測量機器人進行三維空間精準定位。劇院及音樂廳墻體施工時嚴禁開孔，不得留置施工縫，不得隱藏空隙。各類穿墻管線應按照聲學設計要求做好隔聲、減振措施，避免出現(xiàn)固體傳聲，影響空間音感效果。尤其要重視舞臺工藝的深化設計和施工組織，提前策劃和進場，嚴格按照設計圖紙進行預留預埋工作，嚴格執(zhí)行復核制度，確保各類埋件精度。

5 建筑聲學關鍵技術(shù)方案應用

5.1 建筑聲學體形設計方案

大劇院的建筑聲學設計目標是達到完全采用自然聲演出的條件，聲音親切自然、明亮、有溫馨感、無聲學缺陷和噪聲干擾。觀眾廳的聲學體形設計在劇場及音樂廳的音質(zhì)設計中最為關鍵，觀眾廳的體形設計將決定早期反射聲的強度、數(shù)量和方向，也直接影響直達聲的強弱。觀眾廳的聲學設計思路是把聲學設計融入建筑裝飾裝修中，且不留聲學設計痕跡，解決所有聲學要求，創(chuàng)造完美的音感效果。

為達到聲學設計目標，豐富早期反射聲，根據(jù)劇院、音樂廳整體弧形結(jié)構(gòu)特點，觀眾廳采用經(jīng)典“馬蹄形”及大面積弧形結(jié)構(gòu)，觀眾席分區(qū)層疊布置，形成多個不同標高的坐席區(qū)塊，使觀眾廳可獲得豐富的空間效果和音質(zhì)豐滿度（見圖2）。吊頂采用弧形GRC開孔反聲板，使頂部反射聲合理均勻分布。在觀眾廳臨近舞臺邊緣的頂部采用大面積GRC曲面反射板，為中前區(qū)域提供早期反射聲。采用室內(nèi)聲場模擬軟件Odeon對觀眾廳進行音質(zhì)模擬，修復聲學缺陷，確保聲學各項指標滿足設計要求。

圖2 觀眾廳整體平面設計

5.2 隔聲墻體及聲閘門技術(shù)應用

劇院、音樂廳對隔聲要求高，主要廳堂聲閘的隔聲量設計要求為65dB。在主要出入口（或?qū)Ω袈曈刑厥庖髤^(qū)域）進行聲閘設計時，應將聲閘設計與裝飾裝修設計融為一體，確保在滿足隔聲要求的同時能夠獲得視覺效果的美觀與統(tǒng)一。根據(jù)劇院、音樂廳的隔聲要求，設計隔聲墻體采用200mm+100mm（空腔）+200mm雙墻內(nèi)夾玻璃絲綿吸聲板構(gòu)造，按照聲學設計要求嚴格控制墻體材料的容重、吸聲系數(shù)、導熱系數(shù)等。為提高劇院、音樂廳的隔聲量，在主要出入口設置雙道聲閘門，在2道聲閘門之間安裝凹凸無規(guī)則穿孔鋁板（孔徑5mm，孔率＞20%）等吸聲材料，鋁板背面鋪貼無紡吸聲布，基層與骨架留置100mm空腔，空腔內(nèi)填塞纖維吸聲棉，構(gòu)成聲閘系統(tǒng)。

5.3 聲學裝飾GRC板技術(shù)應用

為防止觀眾廳出現(xiàn)回聲干擾，獲得設計需要的音質(zhì)混響時間，結(jié)合劇院、音樂廳的建筑造型，觀眾廳墻面可采用大面積雙曲面造型的GRC開孔板，表面貼實木皮的反射裝飾結(jié)構(gòu)，后墻面布置部分吸聲結(jié)構(gòu)（面層裝飾為GRC開孔板）。為使劇院、音樂廳獲得良好的聲擴散，觀眾廳吊頂采用凸弧面GRC模鑄板，墻面結(jié)合裝飾造型設置為凹凸鋸齒狀，能夠起到良好的聲音擴散作用。在觀眾席分區(qū)的隔墻采用弧形凹凸欄板的聲擴散結(jié)構(gòu)。

采用三維數(shù)字化加工模鑄GRC板材，重點復核GRC板材三維設計模型，對完成的模具采用三維掃描儀對比復核，保證加工及安裝精度；實木皮應注意外部施工環(huán)境，確保黏貼質(zhì)量，避免脫落或空鼓。

5.4 觀眾廳噪聲控制技術(shù)應用

噪聲控制是大劇院、音樂廳場館聲學設計的重要部分。在外部環(huán)境噪聲控制方面，應分析建筑物周邊環(huán)境，在外部干擾較大的區(qū)域設置一些輔助用房，阻隔外部噪聲的傳遞；大劇院及舞臺采用鋼骨混凝土或多層吸聲屋頂，可有效防止上部屋面噪聲傳入（如雨雪大風天氣）。大劇院、音樂廳的觀眾廳出入口處均設置多道聲閘及隔聲門，以防止門廳、休息廳、走道的噪聲傳入。

劇院觀眾廳內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)采用座椅下送風（座椅柱腳）、頂部回風方式，有利于控制風速及噪聲影響；階梯觀眾席下部設置鋼筋混凝土靜壓箱，內(nèi)貼吸聲材料，可有效控制空調(diào)系統(tǒng)的噪聲傳遞。

大劇院、音樂廳中觀眾席座椅是廳堂中最大的吸聲體，聲學設計要求座椅吸聲量適中且符合要求。其中，觀眾席是否坐人與吸聲量變化關系不大，因此對座椅的選用更為重要。設計要求座椅軟面材質(zhì)厚度適中，吸聲量應滿足設計要求。大劇院及音樂廳觀眾席座椅采用專業(yè)廠家定制座椅，為保證座椅吸聲系數(shù)滿足聲學設計要求，在座椅批量生產(chǎn)時應先制作試驗座椅，在第三方聲學實驗室進行吸聲量檢測試驗，根據(jù)檢測結(jié)果判定座椅吸聲量是否符合聲學設計要求。

5.5 減隔振消聲技術(shù)應用

為防止設備振動、人員活動等噪聲對外部的影響，劇院、音樂廳中與觀眾廳相鄰的設備用房、輔助用房、辦公用房應進行噪聲控制分析，設備用房或噪聲較大的活動用房應整體設計為浮筑樓面，并對設備進行減振、隔振技術(shù)處理，達到聲學設計要求。浮筑樓板聲學設計可采用JF型橡膠減振隔聲墊（天然合成橡膠），間隙填充玻璃棉，設置防水防潮層（聚氨酯或水泥基滲透結(jié)晶）。浮筑樓板施工前，應審核風機安裝區(qū)域樓板承載能力。

6 結(jié)語

該藝術(shù)中心項目功能復雜，建筑造型獨特，建造難度大。項目從SPV工程總承包管理思路出發(fā)，組織策劃PPP模式下大型復雜文化藝術(shù)場館工程的建筑聲學技術(shù)管理，探索一套成熟劇場類工程建筑聲學的管理思路和建筑聲學控制技術(shù)，實現(xiàn)理想的聲學效果。