比利時天堂公園熊貓館土模法營建施工工藝

葉 誠 盛鴻年 龐 春

上海市園林工程有限公司 上海 200083

目前，國內外仿洞穴建筑的施工工藝已經相當成熟，上海市園林工程有限公司在比利時天堂公園熊貓館的建造中，充分汲取前人經驗，且因地制宜，大膽創(chuàng)新，研究實踐出了一種全新的土模法仿洞穴式建筑的施工工藝。

1 國內外仿洞穴式建筑現(xiàn)狀

天然洞穴在自然界中普遍存在，它不但為人類提供了最原始的庇護所，還為人類建造居住的房屋提供了原型。土窯洞冬暖夏涼，早年在我國西北黃土地區(qū)廣為使用，敦煌壁畫室、龍門石窟等更是堪稱景觀和建筑中的瑰寶。古今中外，古羅馬的建筑師馬可·維特魯威、近代的建筑理論家德·昆西及中國近代的建筑師劉家琨等，均把天然洞穴視為建筑的原型之一。天然洞穴不僅在起源上同建筑存在著關聯(lián)，其所表現(xiàn)出來的各種現(xiàn)象也成為建筑塑造的靈感源泉，各種人工仿洞穴式建筑也應運而生[1-4]。

仿天然洞穴式建筑，在施工方式上大致分為兩大類：一類是開山造穴，比較接近天然洞穴，但對地形地質要求較高，需要合適的地形并經過勘探地質條件后，再確定其可行性，如法國拉斯科洞穴、土耳其卡帕多西亞石窟群；另一類是先行完成外部鋼筋混凝土結構，再進行內裝飾的施工，內裝飾可用玻璃纖維強化水泥（GRC）及砂漿塑形，或者直接用仿石涂料，這種施工方式比較普遍，民用建筑也可方便實施。

比利時熊貓館工程采用一種新的土模法仿洞穴式建筑施工工藝。此種工藝是以堆土為內模，以鋼纖維混凝土為構架，輔以混合黏土的彩色砂漿為內部面層裝飾，是因地制宜、權衡各方因素的有益嘗試。

2 比利時熊貓館營建施工工藝

2.1 熊貓館工程概況

比利時天堂公園大熊貓館位于該園區(qū)中國園的東北角（圖1），總占地面積5 300 m2，其中，建筑面積1 850 m2。整個場館的建造，力爭貼近大熊貓的自然生活環(huán)境，模擬洞穴和山林，依水而建，呈橢圓形分布。

圖1 天堂公園總平面示意

熊貓館由上海市園林工程有限公司負責承建，建筑部分始建于2013年7月，技術工人由國內派遣，于2014年4月竣工。場館由熊貓后勤中心、熊貓展區(qū)、游客觀覽區(qū)、商店等組成。場館建設的創(chuàng)新元素為仿自然洞穴式的拱形建筑，即以鋼纖維混凝土澆筑的拱形為造型，輔以混合黏土的彩色砂漿為墻面裝飾，內有潺潺溪流貫穿其中，營造了一個自然山水環(huán)繞的大熊貓棲息地。熊貓后勤中心和設備間為傳統(tǒng)的鋼筋混凝土直墻平板式建筑（圖2）。

圖2 熊貓館結構完成面

2.2 仿洞穴建筑施工的流程與材質

天堂公園熊貓館仿自然洞穴部分的施工工藝比較繁雜，其流程大致可分為5個階段：沙袋堆筑→泥作雛形→加筋砂漿塑形→制模澆筑混凝土→挖出土模呈洞穴建筑。

2.2.1 沙袋堆筑

根據圖紙在已建鋼筋混凝土大板基礎上進行放樣，堆筑底層沙袋，沙袋邊界離開GPS放樣的邊界1～2 m之后堆土，并在邊界外圍堆放沙袋以防堆土壓實時向外擠出。外圍土線應偏出邊界線10 cm左右，以便于之后的土模修整。

2.2.2 泥作雛形

沙袋堆放完成后，在放樣的邊界處進行堆土，每隔30 cm用平板振動機壓實。土里預先混合了膠水和稻草，以增加黏結力。底層堆土完畢后，由放樣公司按設計圖立面放樣，即用鋼筋插入沙袋或土中標識關鍵點，再用鋼筋制作標準剖面。撤去外圍沙袋，按標準剖面修土。為了營造山洞內蜿蜒自然的效果，修土時避免光滑和規(guī)則的土面，土面盡量凹凸不平。初步修土完畢后，由放樣公司進行復核，若有偏差則繼續(xù)修整土面直至和設計圖紙一致，呈洞穴內壁雛形。

2.2.3 加筋砂漿塑形

在土模雛形表面抹上第1層厚4 cm左右的彩色砂漿，之后用細鋼絲網滿鋪，并用事先制作的U形鋼筋固定，待砂漿初凝后，再抹上第2層厚4 cm左右的砂漿。用U形鋼筋連接鋼絲網，防止彩色砂漿脫落，且密集的鋼絲網還能有效防止砂漿開裂，一舉兩得。在較陡的區(qū)域操作時，第1層砂漿抹好后，若鋼絲網難以附著，可預先安裝一些扎絲，待砂漿凝固后將鋼絲網和U形鋼筋固定在扎絲上，再繼續(xù)抹上第2層砂漿，呈洞穴內壁塑形。

2.2.4 制模澆筑混凝土

加筋砂漿塑形后，進行綁扎鋼筋、側模制作。為增強拱形仿天然洞穴式結構的穩(wěn)定性，標高2.5 m以下采用混凝土灌漿。因比利時當地模板規(guī)格高為1.25 m，正好分2次制模完成。在有些拱形弧度的區(qū)域內，2.5 m標高處的混凝土厚度達2 m左右，澆筑混凝土時會對模板產生很大的側壓力，故須對模板進行密集的撐桿支撐，且分多次澆筑混凝土（圖3）。上部結構的混凝土厚度一般為30～50 cm，由于結構完成后上部須覆土，故此時的重點是確保結構的厚度和穩(wěn)定性，不必太在意外觀效果。當拱頂較陡處無法直接澆筑混凝土時，可先在基礎上插筋，再在鋼筋上插入鋼管，鋼管上部采用鋼絲對拉，以此用鋼管支撐模板；而在拱頂弧度較緩處可直接澆筑混凝土，并讓其自行成形。

圖3 熊貓館混凝土側模支撐

2.2.5 挖出土模呈洞穴建筑

混凝土結構凝固達到強度后，移除土模即可呈現(xiàn)接近于山體開挖的洞穴，之后再進行內外裝飾，或疊石或鋪土植被，呈現(xiàn)出較自然的生態(tài)環(huán)境（圖4）。整套施工流程基本按照造山—塑形—開山的步驟進行，人工創(chuàng)造出開山造穴所需要的客觀環(huán)境，克服了平地的地形劣勢，反其道而行之，并在此基礎上加以改造提升，最終形成了以假亂真、惟妙惟肖的仿天然洞穴效果。

圖4 熊貓館內景

3 熊貓館內特殊元素處理技術

在熊貓館的仿洞穴中，有門窗、水晶石、溪流和通道洞口等須做特殊處理，筆者稱之為特殊元素。在使用的自然洞穴中也常遇到這樣的特殊元素。

3.1 門窗

熊貓館門窗須在其建筑完成后方可進行安裝。但在建造洞穴時，需將要安裝門窗的洞口用模板預制好模型，放置于既定位置并固定，洞口大小、形狀應在模板上用噴漆繪出，作為堆土邊界。與門窗模板交接處的土模均需倒角5 cm，以便將土挖出后棱角能順滑自然。

3.2 水晶石

場館的部分區(qū)域根據要求放置水晶石，且需營造出水晶石在山體洞穴內晶瑩剔透、真實自然的效果。故在土模成形時，將水晶石的表面與土模表面保持一定距離后再進行固定，中空處須用土完全填充，拆模后水晶石便自然地鑲嵌在仿洞穴的彩色砂漿面層巖體中（圖5）。

圖5 水晶石安裝

3.3 溪流

仿洞穴的上部結構，其彩色砂漿裝飾面是先于混凝土層制作的，混凝土結構層與砂漿裝飾面為同一體；而室內溪流的結構部分是與混凝土大板基礎同時完成的，其彩色砂漿面層只能待其完成后進行。

為了能獲得與上部結構一樣的效果，在溪流混凝土池壁上必須先預埋U形鋼筋，從池底開始按溪流設計寬度、深度和弧度進行堆土（土面要求同上部修土），待土模完成后，將內置鋼絲網的彩色砂漿置于溪壁與土模之間，溪流水循環(huán)系統(tǒng)則需另行安裝（圖6）。

圖6 熊貓館內部溪流側壁

3.4 通道洞口

熊貓館中，游客通道和商店之間還有3個貫穿仿洞穴混凝土的洞，便于游客觀覽和在商店選購熊貓紀念品。館內3個洞口最大跨度達4 m，為了使洞壁和洞穴的裝飾融為一體，用切割成不同形狀的泡沫板層層堆砌出蜿蜒曲折的自然效果，板與板之間用螺絲釘牢。

在泡沫板裝訂后抹上一層黏土，待土干后再抹上第1層厚4 cm左右的彩色砂漿，用細鋼絲網滿鋪。待砂漿初凝后再抹上第2層厚4 cm左右的彩色砂漿，為了防止吊裝時砂漿開裂，需額外加一層鋼絲網和砂漿，總共為厚12 cm的彩色砂漿。洞口模型完成后，將其吊裝至指定位置，并用土修補與土模交接的位置，同樣也需倒角，以確保澆筑洞穴混凝土之后、土挖出后，接合處順滑不突兀。

這些特殊元素的處理若稍有不慎，便會造成與周圍環(huán)境的不協(xié)調，甚至格格不入，但恰如其分的處理卻能給整個仿洞穴錦上添花。

4 熊貓館施工工藝評述

天堂公園熊貓館土模法仿洞穴式建筑的這種工藝理念，在于模擬開山造洞，即先筑一座山，完成山體結構，再把土和沙袋移除，將人工的痕跡降低到最少。由于內部土模與彩色砂漿的充分結合，洞內即使采用高壓水槍沖洗也無法將土模上的土徹底清理干凈，這反而更接近天然洞穴的面層。另外，用土作內模，便于控制砂漿面層的紋路和拱形結構的形狀，較易制出各種凹凸不平的紋路和蜿蜒曲折的造型，且完成土模后若局部效果不佳還可進行更改，只需增減泥土即可。施工中裝飾和結構可一次性完成，省去了之后再做內裝飾的時間，節(jié)約了人工和成本。

然而，再完善的人工山洞施工工藝，相比天然山洞，總會有或多或少的瑕疵。鑒于比利時當地施工時的天氣條件較差、雨水較多等條件限制，土模很難一次成形，故在坡度較陡處采用2～3 m高度一個區(qū)間，重復堆土、塑形、抹砂漿、扎鋼筋、制模和澆筑混凝土等工序，從地坪到拱頂，易導致在二次堆土處彩色砂漿裝飾面形成一道裂痕。為防止裂痕給洞穴帶來的負面影響，抹砂漿收邊時應盡量有起伏，避免一條直線，以達到裂痕相對自然的效果。

由于建筑體量較大，建筑內水晶石、門洞等較多，砂漿需要分多次附著，因此有些接口處難免會有混凝土外露或接縫較大的問題，對此需要用彩色砂漿進行修補，并在砂漿凝固前刷上一層泥漿，泥漿內泥土取自熊貓館土模，以使之后修補處面層與周圍一致。

5 結語

對于比利時熊貓館如此大體量的仿洞穴式建筑，目前在世界上尚屬個例，其采用堆土—結構—挖土的土模法施工工藝，也適用于新建的小體量的洞穴。無論大小，對需要仿洞穴面層裝飾的建筑和景觀均可供參考或借鑒。

對結構已經完成的面層則可以參照溪流的做法，采用堆土后在土模和結構層之間灌入彩色砂漿，或借鑒修補裂縫的方式，先抹上砂漿，再在未干的砂漿上刷上泥漿，類同天然洞穴的面飾就會輕松地呈現(xiàn)其較自然的效果。

比利時熊貓館的仿洞穴式建筑，是新工藝的初次嘗試。其在天堂公園的建成和天府國寶熊貓的展示，已獲得良好的效果，今后也必將會有更廣泛的發(fā)展。