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关键词:校园;仿古建筑;波形琉璃瓦;施工技术
一、前言
最近这些年由于我国经济正在飞速发展,社会文化也在经济发展进程中不断进步,关于校园建筑类型也在不断改进,种类也更加全面。仿古建筑就是一种加入了古代建筑的元素,来达到古色古香的建筑效果,以此形成一定的景观形象,提高城市的古文化气息。而琉璃瓦最为古建筑材料的中杰出代表,是在仿古建筑工程施工中最常采用的建筑材料,对于琉璃瓦屋面的施工质量好坏对于仿古建筑的整体施工质量是有着很大影响的。以目前在建筑方面比较受欢迎的就是仿古建筑风格,所以关于仿古风格校园建筑中琉璃瓦屋面也在逐渐被广泛应用,这种建筑风格具有简单大方及规格多样化等不同优点,本文主要对比做出具体分析。
二、波形琉璃瓦施工准备
琉璃瓦技术是一项传统屋面建筑施工技术,它在历史发展的长河中至今仍然被应用,具有传统和历史性。现在所应用的琉璃瓦施工技术已经和现在屋面施工技术相融合是一种具有现代特性的仿古技术。在现代仿古建筑屋面波形琉璃瓦施工时,主要需要保证的就是施工技术,整体质量好坏和施工技术密切相关。除此指在还需要从多个不同方面综合考虑,屋面波形琉璃瓦施工过程中每一个步骤都要严格进行,以下对施工流程做出分析。
1.施工前准备
(一)技术方面准备
在任何一项工程开始之前都需要对工程全体做出一个具体设计分析,首先需要在工程进行环节做出分段,每一个步骤都要定点设计。具体操作人员要严格按照预先设计图纸操作,理解好图纸上每一个细节步骤。在实际操作时可以及时提出不合理问题,并有相对应配瓦方案。施工之前要对工程现场具体测量,对数据进行综合整理,对设计方案详细规划,对图纸熟悉掌握。在现场测量时要对于房屋正脊,细节不容易注意到的阴沟,房檐借口,四个翼角这些非常细节的部分进行具体设计,一旦出现操作问题也可以有效进行解决,在进行测量放置样品之后,对数据进行记录和综合测量。
(二)材料提前准备
在工程进行时如果出现材料不够或是质量出现问题对于施工现场来说是重大失误。因此在施工之前提前要将材料准备充分,是指在保证工程顺利完工前提下琉璃瓦准备工作要细致进行。需要有专门工作人员进行采购选择,根据校园仿古建筑数量多少还需要对宝顶和滴水瓦的数量进行管理。只有这样才能保证在施工进行中不受材料限制而影响施工进程。
(三)施工工具准备
进行校园仿古建筑屋面波形琉璃瓦施工时主要应用的设备有桅杆式吊车和测量用水准仪等。施工进行时所需要应用的材料有工具用棉纱,测量用线绳、装置石灰的灰桶、脚踏板和各种类型的测量用尺。在施工之前要对这些设备进行具体细致的检查,并且需要准备备用工具,只有这样才能保证工程施工顺利完成。
(四)施工作业条件准备
在具体施工时有具体施工要点,首先在施工时要目测房屋侧面弧形流畅程度并且对于整体高度要有一个准确测量。其次在进行现场浇板施工时,如果为了保证主体浇筑砼不进行上浮,在具体操作时对于房梁面负压弯矩筋的处理就十分关键,要对其进行严格固定来防止校园仿古建筑屋面发生变动影响其顺畅性。对于房屋脊梁高度要保证足够,如果高度不够在此基础上可以考虑用砼加高,具体高度应该考虑到筒瓦、底瓦和沟瓦总体的高度。关于校园仿古建筑屋面防水层施工以前需要注意的问题是对于屋面上存在的杂物要做彻底清除,如果存在不平要对其进行平整度修理。按照规定要求和规范进行防水层铺垫,进行铺垫时要保证其不能存在气泡和其他破损处。对于琉璃瓦铺垫和普通屋面铺垫操作过程没有一致性,在操作时需要保证其横向平整性,顺畅性并据此对其粘合力进行加强,防止底层波形琉璃瓦和粘层发生分离而出现问题。
三、琉璃瓦施工工艺
在琉璃瓦施工是需要在进行琉璃瓦安装随后才能安装脊,这种方式就是调脊方案。[1]另外一种操作方案就是先进行脊安装随后进行瓦安装工作。这种方法在具体操作上工序十分复杂,在纵向进行琉璃瓦分布时对于尺寸难以很好控制。在不同类型琉璃瓦进行衔接是可能因为和屋脊之间搭接不方便而造成施工出现问题。对于这个问题来讲方法一可以解决这个难题,并且非常容易操作。在进行施工时主要操作流程包括瓦件质量数量挑选随后进行分别归拢居中然后对于屋面坡度进行瓦数控制,最后安装底瓦和屋脊上的琉璃瓦。在进行这些步骤之后对屋面灰尘做出彻底清扫然后再涂抹保护剂,下文将对这些步骤做出具体描述。在对校园仿古建筑琉璃瓦进行施工时根据筒瓦和板瓦施工所需长度对其进行加工。在加工过程中不可以采用过去旧方法对板瓦进行砍打,目前普遍应用的是手提式切割来对其进行具体裁量。这样新技术应用在宽度准确问题上有着很大提升并且材料损耗小,如果下雨更不容易渗漏,这样对于校园仿古建筑施工有效保证了其质量。在屋面波形琉璃瓦施工过程中工期时间很紧张,在施工时需要保证有足够工作人员进行操作,并采用工作面扩大方法来保证施工快速进行,这样才能有效缩短工作时间,创造出更加优秀的施工工程。[2]在屋面进行琉璃瓦安装时,要保证屋脊前后两面对称进行施工,在这个过程中需要有计划进行,在进行操作时也要进行第二次琉璃瓦选择,这样可以保证整体工程质量,一定要严格禁止质量不合格琉璃瓦被应用到工程当中。工作人员在进行波形琉璃瓦安装时,不可以穿硬底鞋,防止在工程操作时滑倒导致安全问题或者是损害已经安装完工的瓦面。需要施工时配置脚踏板,并且在屋面周围设置防护设施才可以有效保证操作安全。在瓦片安装之前要在其底部放置三十毫米厚度的砂浆,并覆盖到脊根都。一定要保证均匀铺盖,在进行这些初步工作之后才可以进行底层琉璃瓦摆放。需要严格按照房屋建筑规定的压六露四方法进行操作,并结合具体操作时实际情况进行调整。这是一种科学性安装方法,这样既可以避免了完工之后两段塌陷问题,也避免了发生漏水问题,提高了整体美观性。进行底瓦铺设时,具体操作是要将外侧瓦沿放置稍稍高于内测边缘,在压实之后它会自然发生改变。[3]底瓦如果在雨水存积情况下会坐中。如果不按照这种方法有可能会发生偏斜现象。对于边缘角瓦在进行收工时要适当对其进行加密处理,所以一定要对瓦口进行适当调整,保证其在不同天气状况下应用时都可以有效解决漏水问题。
四、注意问题及改进方向
在校园仿古建筑屋面波形琉璃瓦施工时元注意到关于存在裂缝问题。在进行勾缝时需要应用专业工具对其进行多次操作才能勾满,时缝密实不易漏水。在覆盖进行测量时要具体使用尺来进行测量,不能依靠目测方式,那样会造成屋面不顺畅。仿古建筑工程在实施过程中可能会遇到很多问题需要工作人员根据现场具体情况及时进行解决。防止以后校园建筑使用过程中出现问题,影响整体效果。
五、结束语
根据上文所做的描述,仿古建筑是对于传承民族风貌一种重要体现。在校园建筑中采用仿古琉璃瓦风格更具特色,对于这样传统施工工艺需要保护。施工工艺是否良好涉及到整体建筑效果,对于其功能和观赏方面也有重要作用,因此对于加强屋面波形琉璃瓦施工技术需要更加重视。总之,在对仿古建筑的琉璃瓦屋面进行施工时,要注意考虑到仿古建筑的景观特色要求,精心设计,确保施工设计方案合理优化,且施工图纸要明确标明相关的施工参数,不可马虎大意,以免施工人员不能正确领会设计者的意图。另外,要做好施工准备,严格按照设计要求与施工技术规范进行作业,注意对施工中出现的缺陷进行合理修补,确保仿古建筑的琉璃瓦屋面能够满足建筑屋面的基本功能要求且美观大方.
参考文献
[1]刘小楠.仿古建筑屋面琉璃瓦施工工艺[J]时代建筑,2013,56-58.
[2]杨洋.古建筑琉璃瓦坡屋面施工工法[J]建筑工艺,2012,89.
一、前言
仿古栏杆是仿古建筑中一项重要表现手段,是古建筑不可缺少的重要构件。仿古栏杆示意图如图1所示。古典栏杆是古建筑挑台、廊道、外廊、楼梯和棚顶等临边设置的常见围栏构造,有拦挡围护防止游人失足坠落的重要功能。古时有木质栏杆和石作栏杆两种形式,随着混凝土材料的应用,仿古栏杆多采用钢筋混凝土结构替代木结构,使栏杆在抗震能力、防蛀能力、使用年限等方面都有很大的改善。如何利用混凝土材料运用现浇施工工艺制作出清水混凝土仿古栏杆,经过油漆涂刷后达到木质栏杆质感要求,同时满足莲花柱头、升子小型构件花纹与木雕形式接近,也对仿古栏杆施工提出了更高的考验。传统混凝土仿古栏杆多采用预制拼装施工,或依据施工顺序依次现浇拼接安装,施工缝留置多,衔接太随意,接头处多采用后期粉刷处理,达不到清水混凝土效果,接缝处易开裂,二次维修费用较大,费工、费时,造型不是很准确,预制件焊接偏差大,一般需二次调整。
本文结合古建筑施工经验,以往仿明清栏杆施工技术,异型石膏模具施工技术等,创新形成了一套完善的栏杆组合现浇施工技术。
二、仿古建筑混凝土栏杆施工创新技术
(一)技术要点
总结形成了仿古栏杆多类型定型模具组拼及小型复杂预制构件整体组拼,并用混凝土一次浇筑成型技术。该技术实现的前提是对模具进行专门系统深化设计,首先确定出模具组合方式及加固方法,最终实现一次制作。本技术质量控制方法与传统钢筋混凝土一致,符合钢筋混凝土结构及混凝土材料理论和相关规范要求。
(二)施工过程操作要点
1柱头预制操作要点
(1)柱头玻璃钢模具翻制
采用质地坚硬、遇水变形小、利于雕刻的梨木作为雕刻材料。请专业雕刻师依据图纸1︰1进行雕刻,首先用机械加工出“莲花柱头”的形状,再用雕刀精心雕刻出花纹图案。木质胚胎形式确定后,翻制出玻璃钢柱头模具。模具经试用验收合格后,方可进行批量模具及成品制作。
(2)模具加固
玻璃钢模具自身附加钢肋进行加强,相邻两块玻璃钢模具利用两道螺栓进行连接,加固形式如图2所示。
(3)混凝土浇筑及养护
混凝土浇筑时应采用35型插入式小型振动棒振捣。养护采用棉毡吸水覆盖喷壶洒水养护。
(4)模具拆模及保养
模具拆模做好成品保护工作,避免柱头花纹损伤。模具拆除后应及时对模具进行清理保养,涂刷水溶性脱模剂,分开堆放。避免整体堆放导致挤压变形。
2升子预制要点
(1)升子钢模具制作及加固
依据图纸设计要求,采用电脑辅助制作钢模具,钢模具采用对角组合形式,加固方式如图3所示。钢模具经试用验收合格后方可大批量生产。
(2)混凝土浇筑及养护
依据图纸设计,下部横梁为7cm厚,钢模具底部垫5cm挤塑板,进行升子预制,混凝土浇筑时,预留两根贯通钢筋,如图4所示。升子混凝土采用小型振动棒振捣模具侧壁进行振捣。混凝土养护采用棉毡吸水覆盖喷壶洒水养护。
(3)拆模及保养
拆模时,应把握好拆模时间,拆模时间以三天为宜,确保拆模时不出现缺棱掉角现象。对拆除后模具及时进行清理,刷油,整齐堆放。对制作好的升子构件归类堆放、养护。在拆模过程中如出现少量缺棱掉角,则可采用环氧胶泥进行修复,待环氧胶泥凝固后用角磨机进行打磨修复。
3整体组拼施工操作要点
(1)定位放线
依据轴线施放栏杆中线、地栿梁边线及200mm控制线,通过水准仪将楼层50线引至栏杆相邻墙、柱位置。栏杆中线、200控制线误差不应大于3mm,50线误差不应大于3mm。
(2)模板工程
对于栏杆组合施工方案,应先进行预拼施工,现浇制作出两跨栏杆,通过预拼施工,使工人获得了栏杆施工经验,验证组合施工工艺的同时,也考验了操作工人个人业务素质。对于栏杆成品依据验收标准进行严格检查,为大面积栏杆施工提供完善施工经验。预拼施工验收合格后,方可进行大面积栏杆施工。
模板加固及验收:①地栿模板宜采用12mm厚镜面竹胶板施工,模板外侧附加两道6cm方木,模板加固采用卡具固定,卡具间距不应大于80cm。模板验收依据200控制线复核,同时拉通线进行检验,误差不应大于验收标准要求。
②望柱、立柱组合钢模具除采用“U”型连接外,模板外侧还应采用钢管(加木楔)整体二次加固,如图5所示。模板验收采用线锤、钢尺检查验收。
③横梁模板选材同地栿,跨度大于1.5m栏杆应进行起拱处理,起拱大小以跨度1‰~2‰为宜。下部横梁模板安装完毕后,进行升子预制构件安装,横梁上部模板应预留升子孔,孔洞大小同升子截面尺寸,升子与下部、上部横梁采用点焊固定。下部及上部横梁应搭设架体进行整体加固,横梁上口采用卡具固定,间距不应大于0.8米。模板验收采用钢尺检查截面尺寸,采用拉通线检查横梁整体是否顺直,保持一条线。
模板拆除:拆模时应保证构件不出现缺棱掉角现象,拆模过程中严禁野蛮施工,防止损坏栏杆棱角,应采用榔头、小簪子配合拆除。
(3)钢筋工程
钢筋应有出厂合格证,经过复试合格方可使用,钢筋制作过程中防止污染。钢筋安装位置要正确,规格及形式应满足图纸设计要求。钢筋施工应严格控制保护层,钢筋绑扎时可弹出钢筋绑扎位置线,地栿梁、横梁采用水泥垫块,望柱钢筋采用塑料垫块控制保护层。
望柱、立柱钢筋应在主体施工时进行预留,地栿、立柱、下部横梁钢筋安装完毕后,必须及时预埋万字造预埋件,宜采用50×5mm扁铁预埋,宽度应超出需焊接万字造每边3cm左右,便于后期焊接。
(4)混凝土浇筑及养护
依据图纸设计要求,混凝土采用细石混凝土,因栏杆各部分构件截面尺寸较小,混凝土塌落度宜控制在8-12cm之间,振捣应采用35型插入式小型振动棒进行振捣。
混凝土浇筑顺序:首先进行地栿混凝土浇筑;在地栿混凝土终凝前进行望柱及立柱混凝土浇筑;望柱与柱头采用粘结技术施工,即望柱混凝土达到终凝前,,安装莲花柱头,确保莲花柱头与望柱粘结成为一个整体,安装时,依据50线拉通线进行控制,确保柱头标高一致;最后依次进行下部及上部横梁混凝土浇筑。
地栿、横梁混凝土应至少进行两次以上收面,收面应把握好收面时间,确保混凝土无收缩裂缝,达到清水混凝土观感效果。地栿、横梁混凝土收面后应及时加封顶模,确保混凝土连续及整体性。
栏杆混凝土养护应采用棉毡吸水覆盖养护。特别是在夏季施工中更应注意,避免栏杆出现裂缝。冬季施工时,应采用塑料薄膜加棉毡及时覆盖。
4、万字造(金属材质)加工及安装
万字造加工必须先进行放样,按照放样尺寸先制作万字造固定外框,控制万字造方正及焊接变形,外框宜比放样尺寸小4mm左右。万字造制作应在专用平台上进行焊接,与预埋件焊接采用小焊条进行点焊,宜先竖缝,再水平缝焊接,焊接应内、外及上、下两侧同时进行,减少焊接变形,焊缝高度以2mm为宜,安装时采用线锤检验万字造垂直度及顺直度,防止安装扭曲。焊缝应及时进行抛光打磨处理。
――当代钢筋混凝土仿古建筑的典范之作
在海河之滨,矗立着一座宏伟璀璨的大悲禅院,十方信众、国内外游客,聚集在此。大雄宝殿是大悲院扩建工程的重点项目,大殿金碧辉煌、晨钟暮鼓、香烟缭绕。这座肃穆庄严的大殿是马炳坚和他的团队的智慧和劳动结晶。
让结构设计紧密配合着建筑,严格遵从现代钢筋混凝土结构规范,采取了许多特殊的措施,改革施工工艺,创造性地施工,大至柱、梁、枋、檩,细至翼角檐口,甚至山花结带,构件头饰,统统按木构建筑外形要求,用钢筋混凝土代替木结构,千方百计实现设计意图,最大限度实现设计初衷,将建筑设计发挥到极为详尽的程度,创造出一座堪称当代钢筋混凝土代替木结构仿古建筑的典范之作,得到了行业内专家的一致称赞,这个项目最终捧回了天津市海河杯奖杯。
武汉归元寺圆通阁
――建造最大也是最复杂的木构建筑
基座、楼阁、周围环廊、门庑、角亭这些传统建筑元素有机构成了武汉市著名佛教寺院归元寺扩建工程的主体建筑――圆通阁。
圆通阁主体为一座复合式全木结构建筑,设计构思取材于佛教传统的金刚宝座塔,由基座、楼阁和周围环廊、门庑、角亭组成。主建筑是一座正方形四面带抱厦的楼阁。楼阁高42.3米,首层建筑面积1211平方米,是我国自清代中晚期以来建造的最大的也是最复杂的木构建筑。
圆通阁变幻的造型,复杂的内部构造,与北京故宫的角楼相比,有过之而不及,这一再地给马炳坚提升了设计木造结构的难度系数。然而奇思妙想,不断调整之后,细览楼阁,一层抱厦檐面朝外,二层变成山面朝外,三层又变成了四角置四个亭子,最上层则是一个十字脊歇山,每层抱厦都截然不同。
北京万佛华侨陵园
――既有传统建筑风格,又有浓郁的现代气息。
这是一块难得的风水宝地――北京万佛华侨陵园(简称万佛园),建于京郊门头沟区,占地600亩,距戒台寺6公里,背山面川,龙脉环抱。
万佛园的门前区是陵园规划的三组重要建筑的第一组,由主殿、东西配殿、东西掖门、广场、浴佛池、石桥及入口牌坊组成,是中轴线最宏伟的建筑群。
马炳坚与其团队成员一起,将建筑面积4014平方米门前区打造成集办公、业务商洽、吊唁、祭祀、商品流通以及锅炉房配电、设备间等配套设施为一体的多功能区。他们沿袭明清官式传统建筑样式,将主殿定为七开间重檐歇山,地上二层,地下一层;采用钢筋混凝土结构,将东、西配殿为单檐歇山与顶相结合;专门设计了万佛园建筑彩画,使得彩画装饰与建筑功能相吻合。
俯览全局,飞檐翼角,琉璃屋面,贴金彩绘,肃穆庄严;墙面灰白相间,门窗通透明亮;既有传统建筑风格,又有浓郁的现代气息。打造出了中华传统文化与佛教文化交融,陵园与旅游功能兼具的高档陵园。
北京天寿陵园
――一座古典式、园林化高档陵园
踏进天寿陵园门前区,映入眼帘的是红墙黄瓦、玉阶丹楹,身心感触的是金碧辉煌、庄严肃穆,俨然是一处环境优美的游览凭吊胜地。
这个突显出古典式、园林化特色的高档陵园出自于马炳坚及其团队之手,他和成员主要负责天寿陵园门前区建筑群的设计。天寿陵园占地面积600余亩,是继北京万佛华侨陵园之后,他们公司在北京地区设计的又一座高档墓园。
和北京万佛华侨陵园一样,天寿陵园门这个占地面积约36000平方米,由石桥、园门、正殿及东西配殿等建筑组成的门前区,在马炳坚的手里也同时具备了接待、洽谈、办公、举行祭奠仪式和出售殡葬纪念品等功能。他依旧选取我国明清官式建筑风格,仍然选用钢筋混凝土结构仿木构外形。
与一般仿古建筑不同的是,这种仿木结构不是一般性的模仿,而是精仿、高仿。虽然采用的是现代钢筋水泥材料,却能达到乱真的效果。精心规划的园林设计和古典风格建筑设计,为天寿陵园赢得了很多人的认可,很多名人都安葬在这里,不仅成为了有名的陵园,也成为环境优美的游览凭吊胜地。
在我国很多学者做了相关BIM的研究并取得了成果。例如,清华大学的张建平教授完成了“基于IFC的建筑工程4D施工管理系统”的研究,并成功地将其应用到了国家体育场等大型的项目中;另外,清华大学和中国建筑科学研究院合作了国家“十一五”项目“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究”和“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究”,侧重于BIM应用软件的研究,正在推出基于BIM技术的建筑设计、建筑成本预测、建筑节能设计、建筑施工优化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性评估等一系列应用软件[9]。在鸟巢、水立方这些近年来举国瞩目的项目上,已经运用了BIM。在水立方的设计中,设计人员用BentleyStructural和MicroStationTriForma有效实现了维伦第尔式空间梁架(Vierendeelspaceframe)的建模和计算,2005年赢得了美国建筑师学会(AIA)颁发的建筑信息模型奖。然而国人似乎更加津津乐道于这些建筑具有震撼力的表皮和外国建筑大师对中国文化的借鉴。其实,这些建筑留给中国建筑界的最大财富,可能正是信息时代以数字信息模型为基础的全新工作方式。从历史建筑的数字化保护研究领域来看,随着数字技术的发展,历史建筑保护也跨入了信息时代,数字技术开始应用于建筑遗产的保护研究。信息化技术在历史建筑保护与管理中的运用越来越广泛。特别是地理信息系统(GIS)、三维激光扫描、信息化建模、虚拟现实等技术的应用,给传统的历史建筑保护模式带来了新的技术手段[10]。文化遗产保护工作进入了一个新的信息时代,数字化遗产成为世界各国的共识和共同推进的目标,遗产的数字化、可视化和信息化等技术正在文博部门广泛开展。世界各国成立专门的机构将数字技术应用于历史建筑保护研究。1992年,联合国教科文组织开始推动“世界的记忆”项目,用现代信息技术使文化遗产数字化,这是信息技术与文化遗产结合的关键时期。虚拟现实系统成为人们承载历史记忆的方式之一[11],1995年英国巴斯举行了虚拟遗产会议(VirtualHeritage)展示历史建筑的虚拟现实系统。1997年在芬兰的倡议下,欧盟国家就开始为信息社会“第二发展阶段”描绘蓝图,文化遗产数字化是其基本内容之一。美国对文化遗产数字化建设非常重视,国家投入巨额资金开展“美国记忆”项目,各方协调合作将其珍贵的历史文献资源发展为数字资源库,并通过互联网向全球传播。同时一些硕博士论文和专著开展数字技术在历史建筑保护领域的理论研究,探讨信息技术对于建筑遗产的管理与运行机制[12];研究可视化等数字技术对文化遗产的冲击和影响[18]。同时也有一些研究是针对BIM技术在遗产保护领域的实际应用,如PrabhuVenkatesh以多伦多市区历史建筑改造为例探讨BIM技术在文物建筑整体改造过程中的实际应用[13]。Kim,J和Jeon,BH提出用BIM和参数化建模等技术复原传统的韩屋构造[14]。国内历史建筑保护与信息技术结合最早是从故宫和敦煌开始数字化遗产保护。随着GIS软件功能及GIS数据处理方法信息技术的推广,GIS在地理信息系统领域得到广泛应用[21],这些信息技术对文化遗产保护起到重要的辅助作用。清华大学建筑学院人居环境研究中心进行了GIS技术在北京旧城保护研究。
南京大学城市与资源学系也开展了基于GIS技术的苏州古城规划。2000年联合国教科文组织与东南大学建筑学院合作成立了GIS中心,并编制国内第一个专门用于历史街区保护的信息管理系统(镇江西津渡历史街区)[15],胡明星和董卫老师翻译联合国教科文组织地理信息系统手册[16],并开展GIS应用于历史街区的现状调查、保护规划编制、保护和管理的全过程研究。武汉大学建筑系在历史建筑保护方面也做了相关探索和研究,把GIS技术和历史建筑价值评估等现状研究工作紧密结合(图1)。另外,有一些国内院校的硕士论文集中在数字化、GIS等技术手段与历史建筑保护的结合,研究构建古村落文化遗产资源管理信息系统[17]、探讨利用GIS技术分析旧城区土地性质、面积、空间分布等变化[18]、利用现代信息技术(3S)手段构建文化遗产保护工程管理综合信息平台,通过该系统为文物日常管理、抢救性保护以及修复实施和管理监测工作提供支撑[19]。另外也有一些研究集中在根据古建筑的模式化特征,分析研究应用参数化技术的方法,尝试将参数化技术应用到古建筑的设计过程,建立古建筑的参数化模型,选用GDL(GeometricDescriptionLanguage)参数化技术研究中国古建筑大木的参数化设计[20]。以及建立参数化古建筑构件库来实现古建筑三维模型的精确重建,实现古建筑的数字化存档,为古建筑工程的复原、修复提供技术支持[21]。并探讨参数化在建立单个古建筑模型时的技术实现。计算机领域也有研究通过对实体扩展数据的研究和对ESTL文件的定义,利用面向对象技术、ObjectARX和OpenGL等开发技术,研发古建筑的三维建模组件和虚拟仿真平台[22]。在实际建造案例中,目前所能找到的将设计的具体信息公开的案例有鸡足山佛塔寺项目,此设计中用BIM完整地做了一套重檐歇山顶仿古建筑模型,并运用于施工。清东陵景陵修缮设计方案中也探讨了建筑信息模型在古建筑修缮过程中的实际应用[23]。研究历史建筑的结构、表皮以及设备管线等模型信息分“层”复原,扩充建筑数据采集的任务量与最终成果的信息涵盖量[24]。可见国内历史建筑数字化技术与实践已经迈出了可喜的一步。但由于我国起步较晚,历史建筑的各类信息和基础数据仍然不能及时准确地获取、分析、共享,也无法解决面临海量信息处理的难题。历史建筑的知识库不仅数据量大,而且根据时间的推移和技术的革新变化很快,需要建立追踪监测机制。
2历史建筑保护工作纳入云服务平台的可能性
历史建筑保护一直以来是城市规划、建筑学的研究重点之一,也是城市规划和政府决策必不可少的一部分。然而目前历史建筑保护工作和信息时代的差距仍然较大,历史建筑信息大多数仍停留在纸质文档,或者是单个计算机的电子文档,这些文档没有形成统一规范的数据库,不能很好地满足用户对相关数据和资料的查询需求;传统的测绘及保护手段不能满足人们管理与保护古建筑的需求,二维的观测也不能满足人们对于古建筑的全方位认知。随着计算机科学和激光技术的发展,地理信息系统(GIS)、三维激光扫描和虚拟现实技术的应用,我们可以清楚地看到在历史建筑保护领域里全方位引入现代信息工具已经迫在眉睫。
2.1历史建筑保护工作的数字化和信息化
目前的历史建筑保护开始运用数字化技术,BIM则可以统筹这些数字化技术,加速文物建筑的数字化、信息化进程。其实BIM的内涵及外延早已超出了模型的范畴,也延伸出了建筑行业,甚至到整个工程行业。因此BIM的实用性十分适用于历史建筑保护的工作。从时展的脉络来说,BIM把以2D图纸为基础的保护手段转变为3D模型为基础的保护手段(图2)。目前历史建筑保护管理系统还只能局限于一个单位内部,无法做到所有参与方的协同合作,数据可视化和关联性差,技术层级不够,迫切需要形成统一规范的数据仓库,在海量信息中自动搜集到相关的信息。BIM为历史建筑保护的协同合作提供了很好的平台。BIM的应用对于实现文物建筑保护及文物建筑管理,提高文物建筑保护的科学技术水平,促进文物建筑保护全面信息化和现代化,具有巨大的应用价值和广阔的应用前景。如何利用BIM,往下统筹历史建筑的各项数字化保护技术,往上整合到云服务平台,很多技术细节迫切需要立项深入开展研究。
2.2历史建筑保护工作的海量数据分析
历史建筑的数字化保护已经将建筑学和计算机学科紧密结合。而近年来云计算的风起云涌给我们带来了服务模式与技术上的创新思想和理念。云计算的设计思想就是把分散的计算任务分布在大量计算机系统构成资源上,使各种应用系统能根据需要获取计算力、存储空间和各种服务。云服务是基于云计算的各种服务,在基于云计算的云服务平台中,计算压力从客户端转移到服务终端,应用服务也由技术商提供远程支持。这种新型的计算资源组织、分配和使用模式,有利于合理配置计算资源并提高其利用率,实现绿色计算。云计算为城市信息化建设提供了有效手段,通过云计算平台提供的“云服务”经由网络可以提供给包括城市管理部门、行业部门以及大众用户各种资源信息[25]。云服务技术与云服务系统使智慧城市时空信息云平台与城乡规划的协同研究符合城乡规划的发展趋势[26]。数字地球和智慧城市为历史建筑的数字化保护指明了方向,基于云服务平台的建筑信息模型为历史建筑保护工作实现实时、动态、高效的时空信息管理提供了技术支撑。引入云计算技术统一化的数据访问和开发技术,实行各种不同系统信息之间的互联互通,保障信息的有效沟通和整合,从而实现海量数据的快速获取与更新功能,实现真三维动态建模与可视化功能,使得历史建筑向智能化、智慧化、语音化、真实化方向发展。
3基于云服务系统的历史建筑管理信息系统
历史建筑保护地域性强,需要强大的数据库支撑,而且根据时间的推移和技术的革新变化很快。历史建筑保护的先进技术包括虚拟复原技术需要进行大量的数据处理;历史建筑保护的材料选购、价格计算也需要数据分析;历史建筑的分类、寿命分析预测也需要运用数学模型。这些工作需要强大的数据分析工具。同时,依托历史建筑综合数据库,规划设计、文物保护和相关管理部门需要及时掌握各种能反映现状的动态资料,建立一定的监测机制。目前历史建筑的数字化保护技术多限于GIS、数字化测量、虚拟现实系统等方面,GIS可以对历史建筑模型的空间信息进行有效的组织和处理,参数化技术可以解决历史建筑信息数据的数字提取,数字化测量技术解决了传统历史建筑测绘方式不可比拟的存储和传递优势,虚拟仿真平台的交互性、沉浸感和构想性在建筑的多媒体展示方面更显其优越性,这些技术信息都是针对历史建筑保护过程的某个片段,不能实现历史建筑保护过程的全生命周期管理,缺乏在历史建筑保护全生命周期中对历史建筑的现状、变化规律及发展趋势做出完整的分析和评估的研究。BIM模型中包含的建筑信息可以被用于模拟历史建筑保护更新中的状态和变化,其普及与完善将对历史建筑保护工作产生变革式的飞速发展。历史建筑管理信息系统是以历史建筑数据库为核心,将计算机技术、通信技术、网络技术、地理信息系统技术、遥感技术、城市规划及系统科学、历史建筑资源管理和保护的理论和方法,综合应用于历史建筑保护与管理事务的图文一体化技术集成系统。
3.1基于建筑信息模型的历史建筑保护模式
从历史文化角度对城市中的历史建筑进行保护和再利用已成共识,但仍需要着眼于拓宽视野,从历史建筑的生态观、历史文化观、法制观和经济价值观等方面,对当今城市建设的可持续发展性进行了较为全面的研究,从更广阔长远的视角挖掘当今的城市建设中历史建筑的价值并提出相应的数字化保护对策。这种价值发现和挖掘是系统的过程,其模式与方法研究能够最大限度地发挥历史建筑所蕴含的各种价值,提高现代城市的核心竞争力。在历史建筑实体的保护层面,将基于数字技术研究方式进一步发展成为能支持对于历史建筑的协同研究过程、管理过程和保护实施过程的新型研究和保护模式。根据文物建筑保护方案建立和维护BIM模型,使用BIM平台汇总各项目团队所有的维护相关信息,将得到的信息结合三维模型进行整理和储存,以备项目全过程中各相关方随时共享。探索数字测图和各种检测技术在历史建筑实体保护应用中的可能性,通过调研和测试,用相关技术对历史建筑遗产保护的适用性进行评估和总结。将历史建筑信息管理系统与历史知识库等进一步集成,借助计算机网络化管理,使历史建筑研究过程、管理决策过程、以及实施优化过程进一步制度化、规范化,从而有效地提高历史建筑的研究和保护水平。
3.2基于云服务的历史建筑空间数据库和数据分析技术
历史建筑的空间数据库的构建对于数字化保护至关重要。这其中要运用扫描技术、CAD技术、3dsmax建模技术、VRML虚拟现实技术、PhotoShop后期处理等。按照前期信息建模研究所确立的建构标准和方法,分别建构建筑遗产单体数据库、维修历史档案库以及既往研究案例库中。以“三库”中蕴藏的大量建筑遗产知识为研究对象,运用人工智能原理分析知识间相互关系、知识的表达方式和检索方式,从中总结出基本规律,从而建构数据库框架模型。采用云计算技术,建立历史建筑云数据中心,以在线信息服务的方式支撑历史建筑保护相关专题信息系统建设。系统集成多源、多维、多尺度、多时态的信息,通过这个数据库可以显示历史建筑的相关数据及属性,特别是其现状影响信息,包括平、立、剖面,通过虚拟建造、信息化建模实现建筑的可视化和信息数据的可查询化,并对其进行统计和分析,满足多领域、多部门的应用需求。历史建筑转化为数字信息后需要的是信息方面的技术,包括信息建模技术(XML)、数据库技术(SQLServer)、虚拟现实技术(VRML)、信息集成技术(Internet)等。海量基础数据全过程统计分析、方法选定、特征归纳、维护分类等需要功能强大的、能根据需要及时更新的、实现集群计算的动态数据分析软件。在历史建筑转化为数字信息的研究基础上,引入数学和计算机理论,研究多维矩阵分析理论对一些涉及时序和PanelData的经典模型以及我们自己提出或改进的一些模型,对演化计算及其收敛性证明过程,实现数学模型的多维矩阵表达。进一步研究并实现基于多维矩阵理论的算法的程序表达,同时尽可能多地实现多维数据可视化。使用户直观地理解、分析数据,最终能多角度、多侧面地观察数据,深入地了解包含在海量历史建筑BIM数据中的信息和内涵。
关键词:建筑垃圾 处理 综合利用
建筑垃圾的狭义定义为旧建筑物与构筑物拆除以后废弃物部分,广义定义在建(构)筑物的建设、维修、拆除过程中产生的固体废弃物。绿色施工中节材的重点就是针对我国目前新建建筑施工过程中的建筑垃圾不仅要减量,而且加强回收利用。
一、我国城市建筑垃圾处理现状
近年来,中国环境卫生行业有了较快的发展,使城市垃圾处理水平提高,垃圾包围城市的现象有所减轻。但仍有一些问题存在,垃圾处理技术还较低,城市建筑垃圾处理还处于由粗放到处理的发展阶段。整体来看,我国城市建筑垃圾的处理主要有以下几个问题:①建筑垃圾分类不够,不同建筑垃圾混合在一起,给后续建筑垃圾管理工作带来麻烦。②建筑垃圾回收利用率较低。③我国建筑垃圾减量化处理及资源化利用技术水平较发达国家落后,城市建筑垃圾多采用直接填埋处理,既占用土地又污染环境。④投资者对建筑垃圾处理投入少,国家相关政策不健全,建设人员的环保意识不强。
建筑垃圾已经加剧了我国城市土地、资源的紧张局面,严重影响到了社会经济和生态环境的协调发展,加强建筑垃圾的综合利用已经迫在眉睫。
二、建筑垃圾的环境危害性
建筑垃圾的环境危害性,资源浪费性,主要表现在一下几个方面:
(1)侵占土地。目前我国对建筑垃圾的处理方式基本是直接运往城市郊外堆放,据估计,每堆积1万t建筑垃圾需占用约0.067k㎡的土地,会减少我国人均土地占有量。
(2)污染水体。建筑垃圾经过长时间堆积和埋填,由于雨水的侵蚀而发酵,对周围地表和地下水产生严重污染,加剧我国水资源短缺现象。
(3) 污染大气。建筑垃圾经过长期的堆放,由于空气中含有水分的腐蚀,使一些不稳定的有机物发生分解、产生有毒体;一些腐败的垃圾分解出有毒气体、细菌等散发到空气中,造成环境污染;一些可燃烧建筑垃圾因为焚烧而产生有毒的物质,造成空气再次污染。
(4)污染土壤。建筑垃圾因腐蚀而产生的有害物质对土壤会产生污染,包括改变土壤原有的物理结构和化学性质,使其营养成分流失,从而影响农作物生长,影响土壤中微生物的活动,破坏土壤内部应有的生态平衡,有害物质在土壤中积累以致超标,严重时导致农作物死亡,还有可能渗入到果实体内,通过食物链影响人类和动物的健康。
(5)影响市容和环境卫生。建筑垃圾在运往郊区或乡村后,通常是露天堆放或直接埋填,且运输过程中大多采用非封闭式,不可避免导致运输时垃圾遗散、灰尘飞扬等问题,严重污染城市道路,影响市容。
(6)安全隐患。国内多数城市对建筑垃圾堆放未采取及时处理方案,从而导致不同程度的安全隐患,例如建筑垃圾的坍塌,甚至有时会阻隔地表排水,在雨季时泄洪能力的降低。
由此可见,合理利用建筑垃圾涉及能否实现资源节约和环境保护两大问题,是当今社会绿色施工中一个非常重要的课题。
三、建筑垃圾处理和利用技术
要实现绿色施工,建筑垃圾的减量化是关键因素之一。目前国内建筑垃圾的数量很大。无论堆放或填埋均占用大量的土地,不符合我国人多地少的现状,且对大气环境产生严重影响,包括建筑垃圾的腐蚀液体渗入地表土层,破坏土壤结构,污染地下水,有机物发生分解产生有害气体,污染空气。同时忽视对建筑垃圾的循环利用,会浪费大量的资源。因此,重视建筑垃圾的回收利用,将涉及节地、节能、节材和环境保护这样一个可持续发展的综合性问题。我们的目的是要实现建筑垃圾减量化,实现建筑垃圾的循环利用。
1、建筑垃圾制再生砖(砌块)
用建筑垃圾中的废砖瓦生产骨料,用于生产再生砖。其生产工艺和设备比较简单、成熟,免烧结,产品性能稳定,市场需求量大。据测算,一亿块再生砖可消纳建筑垃圾37万吨。除了有效地利用建筑垃圾外,制砖成本仅为0.18元/块,而目前砖的市场售价为0.35元/块,其生产成本仅为市场售价的一半。
建筑垃圾普通再生砖的主要规格为240毫米×115毫米×55毫米,强度等级可达到MU7.5~MU15;也可按照古建施工要求定制建筑垃圾再生古建砖。
(1)技术标准
建筑垃圾生产的再生砖应满足《非烧结普通粘土砖》(JC422)技术性能要求,建筑垃圾生产的再生砌块应满足《普通混凝土小型空心砌块》(GB8239)技术性能要求;再生砖、再生砌块放射性能还应满足《建筑材料放射性核素限量》要求。
(2)适用范围
建筑垃圾普通再生砖可用于多层建筑的承重墙及建设工程的非承重结构,再生古建砖仅适用于仿古建筑的修建。
(3)应用实例
河北省石家庄市,北京市昌平区等地已有再生砖试验建筑850多万平方米,最长应用时间已达六年以上。
(4)主要工艺
原料:进料 筛分 破碎 筛分 二次破碎 双层筛分
合格原料
制砖(砌块): 进料 混合搅拌 压制成型 自然养护 成品
(5)主要设备
原料(生产能力130-160吨/小时):进料斗、喂料机、反击破、振动筛、搅拌机、运输机(一般为五台)、铲车等;亦可参考现行人工砂石生产线所用设备选择;合计功率约455KW。
制砖(生产能力4000万块/年):原料罐4个、搅拌设备两套、液压振动制砖成型设备两台、、叉车等;亦可参考现行水泥机制砖生产线所用设备选择);合计功率约145KW。砌块生产工艺类似于此。
2、利用建筑垃圾再生混凝土
利用建筑垃圾中的废混凝土生产粗细骨料,用于C30及以下强度等级的混凝土中。
(1)技术标准
再生骨料可以参考《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ 52)进行质量评定,配制的再生混凝土应满足《混凝土强度检验评定标准》(GB107)、《混凝土质量控制标准》(GB50164)、《预拌混凝土》(GB/T 14902)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204)等相关标准要求。
(2)适用范围
现浇混凝土及预制混凝土制品。
(3)应用实例
北京建筑工程学院框架-剪力墙现浇混凝土结构实验楼,混凝土等级C30。复旦大学、同济大学校内部分道路混凝土路面,混凝土等级C30。
(4) 主要工艺
骨料:进料 筛分 破碎 分选筛分 二~三次破碎 多层筛分 分级原料(0~5毫米、5~16毫米、5~2毫米、5~31.5毫米)
制品:进料 混合搅拌 成型 养护 成品
现浇混凝土:分现场搅拌和搅拌站预拌生产两种,生产工艺参考现行《预拌混凝土》(GB/T 14902)等执行。
(5)主要设备
骨料(生产能力120-150吨/小时):进料斗、强制式振筛机、颚破机、反击破、立式冲击破、多层振动筛、胶带运输机若干、铲车等;亦可参考现行人工砂石生产线所用设备选择);合计功率约600KW;
3、利用建筑垃圾进行地基加固处理
近些年来,用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术,在综合利用建筑垃圾方面有了新的突破。该项技术是利用旧房改造、拆迁过程中产生的碎砖瓦、废钢渣、碎石等建筑垃圾作为填料,经重锤夯击形成扩大桩头的钢筋混凝土短桩,并配套减隔振设备,具有扩大端头面积和挤密地基的作用。单桩竖向承载力实际值可达600~800KN。经计算,该项技术可节约基础投资25%左右。
四、结束语
所以,加快研究建筑垃圾综合利用技术,实现社会经济、自然环境的同步推进、协调发展,是今后的发展方向。建筑垃圾的资源化利用涉及到社会、经济、环境等多项问题,是个系统工程。因此,需要提高警惕,动员全国人民快速、广泛、积极地参与进来。
参考文献
[1]刘登 建筑垃圾资源化管理现状及对策研究.[J]中小企业管理与科技.2009.(13).