唐山园博会仿唐畅观台工程铜装饰设计与施工研究

时间：2024-07-28

刘景生

（中铁一局集团第二工程有限公司，河北唐山 063004）

0 引言

作为我国历史上一个辉煌的时代，唐朝的建筑颇具特色，其突出特点是气魄宏伟，严整壮观。通过观察现存木建筑可以看出唐代建筑艺术加工和结构的统一，尤其斗栱的结构、柱子的形象、梁的加工等，都彰显了力与美的统一，令人感到构件本身受力状态与形象之间内在的联系。随着近年来国内旅游的蓬勃发展，具有独特中国传统历史风格的仿古建筑因其独特的文化气息受到大家的关注。

基于此，本文拟从仿唐风格的建筑施工出发，重点对铜装饰的设计理念与重点施工工艺进行分析，并通过与传统木质建筑结构相对比为同类仿唐楼阁建设提供参考。

1 现代设计理念

1.1 现代结构设计理念

传统楼阁建筑由于受当时施工条件、材料的制约，以木结构作为主要的结构形式，建筑物在布局方面一般采用对称的方式，层次感丰富，承重构件传力路线明确。畅观台坐落于唐山园博园的主山山顶，是整个园区的制高点，也是园区的标志性建筑，台基础主要为钢筋混凝土框架结构（承台部分）；承台底部为800的钢筋混凝土灌注桩，上部主体为钢结构，装饰面为铜制装饰，室外部分主要凸显造型，整体简单大气，部分位置点缀寓意吉祥类装饰纹样；室内设有4根主立柱及内檐柱，采用全纹饰手法装饰，纹饰采用缠枝西番莲纹样，寓意江山万代、连绵不断。4根主立柱寓意四季平安、四平八稳、四海一家。畅观台作为唐山园博会最具代表的建筑，通过运用铜装饰施工工艺，打造一座宏伟大气的观景台，彰显了唐山这座城市的魅力。

畅观台项目采用黑色屋面瓦，可与墙面及柱面颜色区分，对比效果更佳；采用神兽类纹样、凤凰纹饰作为瓦当纹饰主题，滴水部分采用卷草纹饰作为滴水纹饰主题，采用铜制手工雕刻的形式来展现。凤凰又名不死鸟，与唐山凤凰城人民不屈不挠的精神相呼应。

室内吊顶形式为平棋吊顶，顶内纹样以花海为主题。中间最大的造型图案为牡丹花，因为牡丹为花中之王。周边4个大的采用月季花图案，月季为唐山的市花，象征着坚韧不拔。其他更小的“井”字格内为各种各样的花。牡丹花象征中央，月季及其他象征地方，形成地方围绕中央的形式。形成一幅百花齐放、百花争艳的画作。

1.2 与传统建筑设计差异

1）结构外形的差异传统建筑由于受当时建筑材料、施工条件等限制，故多采用木构架，不同时期的建筑有不同特点，同一时期的建筑外形大同小异；畅观台以钢结构为主体框架，下有50根钢筋混凝土桩基支撑，有足够的支撑强度，也有很大的韧性，满足抗风、抗震要求，外部铜构装饰显得整体造型气势宏伟。

2）建筑材料与功能的差异传统建筑材料主要以土和木材为主，功能方面主要用于居住，为人们提供遮风挡雨的住处，再者就是为了祭祀；与传统项目不同，现代建筑运用了许多新型材料且多为高层建筑，能够大幅提升当地城市在人们心中的形象，而且因其造型特别、视觉冲击强烈，常会成为所在城市和国家的“新地标”。

3）制作与安装差异传统建筑基本是人工建造，加工、安装都在现场进行，往往施工周期会很长；畅观台施工前通过Tekla软件的应用，使技术人员、安装施工人员对畅观台的整体结构及各部件之间的连接有了更加形象的认识，构件后台加工完成后运至现场，机械配合人工安装，极大地缩短了工期。

2 重点工艺环节控制

2.1 铜装饰加工工艺

本工程铜装饰采用黄铜材质，黄铜具有良好的机械性能和耐磨性能，通过不同的加工工艺将其制作成现场所需的部件，包括铜瓦、宝顶、柱脚、柱面等。

1）黄铜成型的液压工艺对放在容器内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，从而获得所需要的断面形状和尺寸，是一种塑性成型方法。此工艺部分主要用于瓦片制作。

2）黄铜成型的铸造工艺利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。此工艺部分主要用于宝顶及柱脚装饰制作。

3）黄铜成型的拉丝工艺主要用于金属压力加工中。在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面的面积被压缩，并获得所要求的横截面形状和尺寸，此加工方法称为金属拉丝工艺。此部分工艺主要用于墙面平板拉丝包铜饰面制作。

4）黄铜成型的蚀刻、冲压、浮雕工艺此部分工艺主要用于柱面、梁枋、吊顶面装饰制作。

2.2 黄铜焊接工艺

黄铜焊接的方法有气焊、碳弧焊、手工电弧焊和氩弧焊。本工程采用手工氩弧焊施工方法。手工钨极氩弧焊焊接黄铜的焊接参数如表1所示。

表1 手工钨极氩弧焊焊接黄铜的焊接参数

黄铜焊接是构件连接的重要环节，难度大，对质量、精度要求高，若焊接施工过程控制不到位，必将产生焊接质量问题，对后续的施工生产埋下安全隐患。为提高焊接质量，要严格检测焊接材料，储存必须在专用库房内；必须对上岗的特种作业人员进行培训、考核，焊接顺序和焊接方向要严格控制；严格按技术规范的质量标准对焊缝外观进行检查，焊缝需饱满，不得有裂纹、焊瘤等外观缺陷。

2.3 铜装饰表面喷漆处理

铜材作为装饰行业中的高档产品，要求所用的产品必须具备良好的耐候性、耐腐蚀性、耐粉化黄变性，纵观现在比较主流的工业品中，氟碳漆的各方面性能均比较符合铜材的防腐防锈性能需求，逐渐成为非常不错的选择。由于本工程具有工期紧、工作量大、施工工艺复杂、要求高等特殊性，故决定除宝顶外所有成品在厂区喷涂油漆，现场安装焊接点采用现场补喷油漆的施工方法，宝顶采取现场打磨喷漆的方法。

2.4 构件安装控制措施

畅观台铜构件将整个钢结构主体包装起来，展示在游客面前，所以铜装饰的安装至为关键，项目部对各部分铜构件安装分别进行了探讨。

1）宝顶安装畅观台项目所用的宝顶属于圆形宝顶的一种，高度为3.5m，最宽处为1.5m，铜材质厚度为2mm，防止雷击穿，工艺为手工锻造。手工锻造用的锤有手锤和大锤之分。畅观台宝顶在手工锻造后又经打磨拉丝，并喷氟碳漆处理进行吊装。内部为空心结构，外形靠内部支撑架凹好造型加装铜面，手工锻造并与屋面避雷装置连接。

宝顶的安装难点在于吊装过程中如何在保证自身不被磕碰损坏的同时保证其稳定性，平稳安装在最顶层。项目部经计算采用合适的吊车，安装前进行试吊，保证吊装过程宝顶不倾斜，吊至同一标高的支座上进行焊接固定（见图1）。

图1 宝顶安装效果

2）瓦当安装瓦当又称"瓦头"，指的是铜瓦顶端下垂的特定部分。既便于屋顶流水，起着保护檐头的作用，也增加了建筑的美观性。其样式主要有圆形和半圆形两种。滴水瓦可以保护墙壁的洁净。一端带着下垂的边，底瓦位于檐口处，其下端有下垂的圆尖形瓦片。瓦当滴水部分在观赏角度上通常以绘制神兽类、花卉类图案进行建筑屋面美化。

本项目共有2层屋面，均为外檐坡屋面，施工难度大。现场提前加工好龙骨桁架，然后逐层进行吊装作业。根据图上垄距结合现场钢柱之间的实际尺寸，对各等分内的垄距进行微调并弹线。本项目底瓦下由2.0mm厚镀锌钢板满铺，刷1.5mm厚LEAC防水涂料，钢板上安装瓦口板，瓦口板为底瓦的底部支撑件，必须严格按照事先调整好的垄距设置，误差控制在3mm以内。安装底瓦，依据垄距中线设底瓦，用不锈钢支承件将底瓦焊接固定在龙骨上，支承件间距为1m，遇特殊情况可稍作调整。勾头瓦的勾子应贴滴子，在两块盖瓦的交接处进行焊接将其固定在底瓦上。交接部位需用与瓦近似胶密封。

3）斗栱安装畅观台项目斗栱主要起到装饰作用，外檐斗栱部分采用宽金线勾边沥粉贴金手法突出斗栱造型，简单大气。我国第一部建筑法规宋朝李诫组织编制的《营造法式》里写道：“一曰栌枓。施之於柱頭，其長與廣，皆三十二分。”意为栌斗安放于柱头之上，平面为方形，长度与宽度都是32份。畅观台借此施作。

斗栱安装的难点在于如何定位，项目部采用激光水准仪进行抄平、定位，用墨斗弹好控制线，斗栱施工前先焊接好横梁骨架再焊接内衬骨架，然后进行各类斗栱的组装焊接，焊接前确认好尺寸，根据现场实际进行调整，保证斗栱协调一致（见图2）。

图2 斗栱安装效果

4）外檐柱安装建筑檐下最外一列支撑屋檐的柱子，也叫外柱。外檐柱在建筑物的前后檐都有。畅观台项目外檐柱依据原设计方案上部采用砍梭柱，只有上部做收杀，中间、下部均为直柱，宋式称梭形柱。《营造法式》中梭柱做法规定将柱身依高度等分为三，上段有收杀，中、下二段平直。整体柱面为素面形式，只在梭柱柱头部位增加部分寓意吉祥如意的宝相花纹样作为点缀，使整体建筑室外造型轮廓突出。

5）金属栏杆二层栏杆部分采用铜制栏杆，样式可遵循原设计风格样式，栏杆包头采用卷草纹类纹饰装饰。卷草纹为我国传统图案之一，多取忍冬、荷花、兰花、牡丹等花草，经处理后作“S”形曲线排列，构成连续图案，花草造型多曲卷圆润，通称卷草纹，因盛行于唐代，故又名唐草纹。总体结构舒展而流畅，饱满而华丽，生机勃勃，寓意祥和如意。

铜栏杆施工难点在于对线形的控制与对立柱垂直度的把握。在线形上由于栏杆为拼装安装，对焊接技术是种考验。现场先将立柱，通过放线、调直调平进行焊接，利用挂线方式将栏杆进行拼装，再加上后期打磨与金具的包裹，呈现出一种安全又大气的效果。

6）梭柱安装参照《营造法式》梭柱的释义，具体做法为：首先测量每根钢柱的垂直度，确保内衬骨架达到施工要求，施工中为保证钢板的韧性，在内衬钢板下增加一层油毡，准备工作就绪后，进行梭柱的整体施工。

7）吊装安全控制措施本工程需要大量吊装作业，各种预制构件的安装都通过吊装进行，项目部针对预制构件吊装风险进行交底及安全培训。重要构件吊装前应进行试吊，在吊装过程中吊点变形易使构件在半空中发生翻转或掉落，严重危及塔式起重机下方施工人员的安全。作业时，安排专人监护物体、起吊绳索以及各部分连接受力情况，发现问题及时处理。