绽放在海天佛国的现代技术 ——金螳螂幕墙打造普陀山观音圣坛纪实
谁于峰顶扬正帜，请得孔雀现空中。
谁于今日放光明，毗卢流入千家户。
唯愿菩萨大慈悲，拯济群萌出众苦。
摘要：佛教建筑作为独特建筑类别，融合了中国古代宫殿文化和佛教元素，形成了独特的佛教建筑文化。随着人类进入现代社会，佛教建筑在保留了古代佛教建筑文化元素的基础上，开始尝试采用现代材料及加工工艺，形成了新的现代佛教建筑特色。观音圣坛就是通过现代工艺，融合了传统砌筑石材、铜板、玻璃、钛瓦、铝板挑檐等元素的现代佛教建筑的典范。
关键词：佛教建筑、钛瓦、一体铜板、砌筑石材、BIM
△ 视频：普陀山观音圣坛航拍（10″）
普陀山是东海舟山群岛中的一个小岛，与九华山、峨嵋山、五台山合称中国佛教四大名山，素有“海天佛国”、“南海圣境”之称。
普陀山是全国最著名最灵异的观音道场，寺院无论大小，都供奉观音大士。观音圣坛就位于普陀区朱家尖香莲路北侧，中国佛学院普陀山学院西侧，观音法界正中。其主体建筑群作为世界佛教观音崇拜和信仰的圣殿将成为整个观音文化园和法界的中心标志性建筑。观音圣坛建筑外立面形态来源于普陀山普济寺所供奉的毗卢观音：背光寓意佛光普射四方，头戴五瓣毗卢冠，每瓣一化佛，正中毗卢遮那佛，即是大日如来。毗卢观音双手腹前结禅定印，结跏趺坐于多层莲座之上。
秉承“圣坛即观音”的设计理念，给人以毗卢观音端坐莲台的神圣感。在建筑风格上综合中国传统楼阁特色与现代高层建筑技术，是集宗教、艺术、参学、观光、弘法于一体，引领当代佛教潮流的建筑地标和文化地标。圣坛主体总高度达到97.9米，按内部功能分为九层，境界层层提升，越到上层，境界越高越广大。观音圣坛在传承传统的同时融入现代艺术手段，通过丰富的视觉体验体现观音菩萨在当代禅意中的应机方便，使信众内观自在，外观世音。
观音圣坛共包括三个独立的建筑，圣坛、善财楼、龙女楼。
圣坛：地上 10 层，局部地下 1 层，建筑标高97.9 米。
善财楼、龙女楼：地上 3 层，地下 1 层，建筑标高 35 米。
金螳螂幕墙承接了该项目的幕墙工程，整个观音圣坛外侧可视范围内均为幕墙范围，幕墙系统主要包括：石材砌筑系统、石材背栓干挂系统、明框框架式玻璃幕墙系统、开放式铝板（铜板）幕墙系统、屋面钛瓦系统、黄铜钣金系统、半隐框框架玻璃幕墙（采光顶）系统、柱廊采光顶、铝合金防风雨百叶、GRG 吊顶、铜栏杆、铜管与夹层玻璃栏杆、电动开启窗、石材雕刻栏杆等。
作为仿古佛教建筑，本工程有很多佛教元素，如莲花瓣、毗卢帽、背光及古建筑元素，如檩条、屋面瓦、砌筑石材等，同时也加入了双曲面玻璃等现代元素。本工程采用了新的材料来实现古代建筑的效果，如屋面瓦采用了钛板，檩条采用了铝板，木窗效果采用了铝型材与玻璃等。
作为佛教建筑，为了实现特定的效果，有很多不同于常规幕墙的实现方式。本工程有很多铜板实现的双曲及异形效果，如45m高空间双曲面火焰状背光艺术幕墙采用2mm钣金铜板，背光尺寸约40m×30m，大型钣金工艺莲花瓣直径达到120m，高度8.8 m，为了实现连续的效果，需要通过钣金工艺进行工厂分块加工，现场进行焊接，怎样通过精度控制保证双曲的效果同时保证金属板能够吸收热胀冷缩的变形是本工程的重点和难点。墙身有大量的砌筑石材，石材砌筑存在安全隐患，抗震能力较差。
△ 背光 △ 莲花瓣
为了能够圆满实现该项目，经过研究分析，金螳螂幕墙在尊重成熟佛教建筑建造方案的同时，对现有方案进行局部优化，将幕墙设计理念引入传统佛教建筑，实现精细化设计及可调节安装。双曲铜板引入单元钢龙骨概念，钢龙骨进行工厂加工，现场拼装，提高钢龙骨安装精度，同时对于钢龙骨与面板之间的连接件进行深化，引入万向铰二连杆连接件概念，充分吸收金属板的加工误差。对于砌筑石材，重点考虑了砌筑石材的抗震性能，通过拉结件的设置及专用石材砌筑粘接剂的研究，保证石材的安全、美观。
同时本工程采用了创新的材料用来模拟原古建筑的檩条及屋面瓦，通过分析，金螳螂幕墙提出了采用型材实现檩条效果的建议，精度更高，更加美观。钛瓦屋面也是本工程用量很多的材料，因为钛板存在反弹，在设计中重点考虑了钛瓦的成型工艺及瓦屋面的安装流程及防水处理等，确保既美观又能够满足各项要求。
本工程幕墙系统众多，各种材料交替出现，有很多交接部位及需要收口的部位，按照传统的做法只有在实际施工中才能发现这些问题。金螳螂幕墙在本工程中从投标、深化设计及施工全程采用了BIM技术。在工程开工之前就能够发现各种问题，对设计方案进行修正，在开工之后能够通过BIM进行下料，减少深化设计的工作量，同时在施工过程中随时监控主体结构的施工误差并即时对BIM模型进行修正，保证主体结构的施工偏差在幕墙的吸收范围内。
作为与BIM技术同样流行的新技术是VR技术，作为虚拟现实的技术，VR技术主要应用在建筑建造前期，在建筑没有完工之前就能够提前感受到建筑的效果，方便业主及建筑师对现在的方案进行确认及调整。金螳螂幕墙在投标过程中采用了VR技术，获得了优良效果。
△ 建造中的普陀山观音圣坛（2019年7月拍摄）
△ 视频：观音圣坛内景（15″）
观音圣坛美轮美奂的内景
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1. 引言
观音圣坛位于佛教圣地普陀山，是由普陀山佛教协会建造的观音文化园观音法界一期的主体工程，包括高99.9米的圣坛主体及善财楼和童女楼（如图1、图2）。
图1
图2
圣坛即观音，观音圣坛建筑外立面形态来源于普陀山普济寺所供奉的毗卢观音，寓意毗卢观音双手腹前结禅定印，结跏趺坐于多层莲座之上，佛光普射四方，头戴五瓣毗卢冠，每瓣一化佛，正中毗卢遮那佛，即是大日如来。
建筑内部根据佛教寓意，自下而上为圆通层、万缘层、禅悦层、欢喜层、普门层、慧济层、净土层、光明层、圆满层等九层（如图3）。
图3
建筑外观包括：砌筑石材、莲花座、背光、毗卢帽、钛瓦屋面、铝板挑檐、铜门套等建筑元素（如图4）。
图4
2. 观音圣坛建筑特点分析
相对于普通建筑，观音圣坛有以下特点:
（1）建筑形体异形
观音圣坛作为佛教建筑，融合了佛教文化和宫殿文化，自下而上为环形连廊、32瓣高8.73米的异形铜莲花瓣、多边形砌筑石材墙、铝板仿古挑檐、钛瓦仿古屋面、45米高异形铜板背光、透明双曲玻璃采光顶、毗卢帽等。整个建筑形体是隐喻位于莲花座上的毗卢观音形象，建筑中大量应用了双曲造型、异形造型、雕花石材等复杂形体和表现形式，形成了建筑与雕塑艺术相结合的形式。
（2）新材料的应用
有别与普通建筑外装饰工程，本工程采用了砌筑雕花石材、一体成型异形铜板、钛瓦等新材料。
砌筑石材厚度均超过130mm，其中底层的柱脚石材单块重量达到1.5吨（如图5）。
图5
一体成型异形铜板应用在本项目的莲花瓣、背光、毗卢帽等区域，铜板为现场拼接，打磨修正后，现场喷漆处理（冷氟碳）。
钛瓦应用在仿古屋面位置，是将纯钛板通过机械加工后形成的灰色金属瓦，包括筒瓦、板瓦、瓦当、屋脊瓦等组成。
（3）项目所在地的影响
观音圣坛位于舟山朱家尖，受海洋影响如下：
①台风的影响
舟山为台风多发地区，对结构安全提出了更高的要求，本项目计算参数如下：
基本风压：1.0 kN/㎡
地面粗糙度：A类
基本雪压：0.6 kN/㎡
抗震设防烈度：7度0.1g
②海风腐蚀的影响
海洋地区因为氯的存在，对金属材料的腐蚀很强，本项目采用铜板、海防级不锈钢板等材料，并对金属板的表面处理工艺提出了更高的要求，钢材镀锌层厚度达到80μm，保证了材料的耐腐蚀性能。
（4）百年建筑
在历史的长河中，保留下来很多古建筑，其中佛教建筑居多，所以佛教建筑一直以来都有留存后世，文化传承的历史使命。
舟山观音圣坛设计使用年限为100年，考虑到其在佛教的定位，实际使用年限远远不止百年，这就对建筑本身提出了很高的要求。本项目石材采用砌筑做法、金属瓦采用钛板、莲花瓣等采用铜板，都是针对百年建筑的特殊考虑。
3. 典型系统的设计及施工重难点分析
（1）砌筑雕花石材
相对于普通的幕墙干挂石材，本项目石材采用砌筑设计，典型部位的石材尺寸及节点如下：
柱脚石材最大尺寸为： 2240mm×430mm×540mm(厚)，重约1.5吨
图6
柱廊墙身砌筑石材标准分格尺寸（如图7）：
1）1200mm×600mm×210mm(厚) 重：0.42吨
2）1200mm×600mm×150mm (厚) 重：0.3吨
图7
砌筑石材重点关注以下方面：
①构造安全性
相比传统的砌筑砂浆，本项目采用了石材专用砌筑胶粘剂，作为成品胶粘剂，效果更加稳定，也更加符合石材的特性。在施工过程中关注施工的温度、养护，石材表面处理为毛面，采用橡皮锤进行敲打，保证胶粘剂与石材的充分结合。
同时砌筑石材的抗震性能是需要重点关注的地方，砌筑石材设置专用不锈钢拉结片（如图8、图9），用于将石材与后侧龙骨进行连接，提高石材的抗震性能。拉结片固定在拉结槽中，在拉结槽中滑动，不承受重力，重力依靠石材相互承托，最终传递到地面或者承托钢板上去。
图8
图9 图10
外倾石材通过设置防坠落背栓，提供石材的二次安全保证（如图10）。
②防排水设计
本项目砌筑石材采用了双道防水设计，外侧砌筑石材内部设置了1mm厚海防级不锈钢板，不锈钢板搭接部位做好防水胶处理。砌筑石材底部设置披水板和排水孔，将进入石材内部的水排出（如图11、图12）。
图11
图12
③美观性能及精度控制
砌筑石材是上下石材相互叠砌而成，每层的石材误差都会累计到上一层石材中去，为了保证砌筑石材的精度，每层石材砌筑完成后进行测量，产生的误差通过垫片等吸收。
石材加工过程中进行排版，避免色差较大的石材出现在相邻的位置，结合二维码技术，对所有石材进行编号，保证石材安装到对应的位置。
石材做好六面防护处理，避免施工中及使用过程中对石材的污染，经过六面防护处理的石材，水滴在表面形成水珠，不会渗漏到石材内部（如图13）。
图13
对于雕花石材，合理进行雕花石材的分格划分，避免雕花部位拼接的瑕疵（如图14）。
图14
雕花效果经过多次方案的必选和调整，最终完工的石材花纹造型立体、大方，达到了佛教地标建筑应有的水平（如图15、16、17、18）。
图15
图16
图17 图18
④施工工艺
做好砌筑石材在运输中的成品保护，采用专用幕墙进行硬防护（如图19）。
图19
运输过程中借助塔吊或者活动门子架进行运输，石材通过尼龙带进行捆绑固定，避免对石材产生损坏（如图20、图21）。
图20 图21
安装过程中借助卷扬机进行石材的吊装（如图22）。
图22
（2）一体铜板系统
背光、莲花座、毗卢帽等系统为铜板一体成型，无缝设计。
本项目一圈共32瓣莲花瓣，每个莲花瓣宽12米，高8.73米，采用2.5mm黄铜板一体成型（如图23、图24）。
图23 图24
背光高45米，双曲异形，四面均相同，为铜板一体成型，背光上设置玻璃采光顶（如图25）。
图25 图26
毗卢帽位于建筑的最顶端，为9边形，毗卢帽每个边设置铜佛一尊（如图26）。
一体铜板系统重点关注以下方面：
①内侧钢架
一体板内侧钢架采用单元钢龙骨，将钢架划分为单元钢架，整体吊装。主要步骤如下：
工厂利用胎架进行钢架的预拼装→进行钢架复核→钢架修正到位→拆开→运到现场→设置胎架、焊接成型→整体吊装。
通过以上措施，减少了现场的焊接，保证了钢架的加工精度。
以下为莲花座（如图27）、毗卢帽（如图28）、背光（如图29）的钢架照片及图纸。
图27 图28
图29
②转接系统
双曲面板与后侧龙骨的连接是项目的难点。用于连接龙骨与面板的转接件需要能够吸收龙骨与面板的加工误差。转接件通过抱箍及长条孔的组合，实现角度与前后上下的三维六向调节（如图30）。
图30
③面板的成型
一体铜板制作工艺如下：
☆ 模型放样
先制作缩比例的泥模，确认后翻制为石膏模型，通过对石膏模型进行三维扫描，得到模型三维数据。放大后得到1:1模型（如图31）。将模型数据输入CNC数控中心制作1:1EPS模型。
图31
☆ 钣金成型
根据模型制作模具，通过机器冲压，形成曲面造型。
☆ 小板的拼接
在工厂将小块板通过焊接拼接成大板（保证大板能够运输），焊接采用手工钨极焊氩弧焊，选用锡青铜焊丝Scusn8-4.
☆ 修饰打磨
对焊缝部位进行打磨，先用20目沙盘初打磨，再用40目精打磨。
☆ 背筋的安装
通过背板种钉，在背后连接钢肋板，保证面板的整体刚度。
☆ 运输及现场的拼接
加工完成后的板块在工厂进行预拼装，确认满足精度要求后拆开，分体运输（如图32），在现场与后侧钢架连接固定到位（如图33）。
图32 图33
莲花瓣和背光的板块分体加工示意图如图34、图35所示。
图34 图35
☆ 上色处理
整体拼接完成后，进行焊接，打磨处理，调整表面的误差。然后在铜板表面打腻子，最后上色处理（如图36）。
图36
④佛像等的成型
佛像在工厂加工成型，整体运输到现场进行整体吊装安装到位（如图37、图38）。
图37 图38
（3）钛瓦屋面
本项目屋面由12056块板瓦、筒瓦和632块瓦当组成，有别与普通的砖瓦，本项目的屋面瓦为金属瓦，是将钛板通过加工形成的金属瓦。钛瓦加工工艺及安装工艺是项目的重点和难点。
①钛瓦的加工工艺如下：
通过犀牛建模，通过犀牛offset命令将金属模型的内模和外模导出。将模型数据输入数控机床进行加工，完成模具的制作。
板瓦采用连续冲压工艺，根据长度需要冲压成不同长度的板瓦（如图39）。
图39
筒瓦采用无边料冲压工艺（根据展开形状下料，成型后不用切边）（如图40）
图40
屋脊部位（如图41）复杂的构件采用泥模制作1:1实物模型，翻制石膏模型后进行铸造或钣金。
图41
②钛瓦的安装
钛瓦的安装依靠螺钉固定于金属卡件相结合的安装方式（如图42）。
图42
钛瓦的安装顺序如下（如图43）：
图43
实际施工安装照片如下（如图44）：
图44
（4）. 铝板挑檐
铝板挑檐是将金色铝板加工成异形造型，用于模拟古代建筑檩条的效果，完工效果如图45所示：
图45
① 铝板挑檐的加工成型
铝板挑檐的加工过程中关注折弯铝板的精度控制、折弯部位R角控制等。
大面积施工之前，首先进行样板的制作（如图46）：
图46
铝板的加工完成后，需要与飞椽组合，飞椽为铝型材，端头为压花铝板。
铝板加工中进行开槽，确保铝板R角。
② 挑檐的安装顺序如下（如图47）
图47
③ 挑檐整体造型的实现
施工中借助BIM技术进行龙骨的布置和面板的加工，结合三维测量定位技术，保证异形挑檐造型的实现。
（5）双曲玻璃采光顶
图48 图49
经过BIM分析，采光顶形体为双曲异形（如图48、图49），对三边形、四边形、五边形等不同类型的玻璃板块进行统计归类，确定玻璃的类型（平板、单曲、双曲）。优化采光顶周围一圈的型材造型，对模型进行适当修正，避免型材出现双向拉弯。
4. BIM技术在本项目的应用
（1）模型的创建（如图50）
图50
（2）基于BIM的钢架的深化
双曲异形面板内部钢架复杂，通过BIM进行内部钢架的深化，结合表皮及转接件布置，保证双曲造型的实现（如图51）。
图51
（3）数字化加工
基于BIM三维模型的数据，与加工机械进行联动，实现数字化加工，如图52所示，为石材的三维模型及石材的数字化加工。
图52
（4）材料编号及二维码技术
通过BIM模型，对每块石材进行编号（如图53），配合二维码，实现石材从加工、运输到安装的全过程追踪。
图53
（5）碰撞检测
将装饰表皮与主体结构BIM模型进行碰撞检测。经过检测采光天窗与主体结构存在碰撞（如图54），对主体结构进行测量复核，根据复测点坐标对相应位置主体结构模型进行修正（如图55），根据修正的模型与表皮模型重新复测调整，避免碰撞。
图54
图55
（6）施工模拟
通过BIM模型进行施工模拟，用于对施工步骤和工期计划进行校核，减少施工过程中可能产生的冲突，保证施工计划的可行性和工期（如图56、图57）。
图56
图57
5. VR及3D打印新技术的应用
作为佛教地标建筑，建筑效果的把控至关重要，在项目开始之前，运用VR（如图58、图59）及3D打印（如图60）新技术全方位、立体展示项目的整体外观和每一个建筑细节，为建筑师和业主把控整体质量提供依据。
图58
图59
图60
6. 佛教装饰工程规范标准
金螳螂，曾施工过无锡灵山梵宫、洛阳天之圣堂、牛首山佛顶宫、舟山观音圣坛、九华山大愿文化园、山东兖州灵光宝殿、南京大报恩寺、山东尼山圣境等多个佛教装饰装修项目，具有丰富的佛教装饰装修施工经验，由苏州金螳螂建筑装饰股份有限公司和中国建筑装饰协会共同主编的《佛教建筑装饰装修工程技术规程》正在编制中，该规程为中国建筑装饰协会（China Building Decoration Association，缩写CBDA）标准。
相信随着规程的完成并实行，将对佛教建筑装饰工程的设计和施工提供更加明确的依据，有效指导整个佛教装饰行业的健康发展。
△ 视频：普陀山观音圣坛美轮美奂的营造过程（局部模拟）
7. 结语
观音圣坛项目是利用现代工艺技术打造的佛教地标建筑，是世界上最大规模的四众弟子教化基地和将佛教造像原型作为建筑形态意象的佛教建筑。观音圣坛设计和施工过程中，全程采用了VR及BIM技术，保证了建筑效果和异形造型的实现。在建造过程中，克服砌筑石材、双曲异形铜板、钛瓦、铝板挑檐等新材料和新工艺带来的技术挑战，最终完美实现了建筑效果。相信随着观音圣坛的完工和开放，必将极大促进佛教文化的传播和发展。
（文 / 苏州金螳螂幕墙有限公司 牟永来、李书健）
（责任编辑 / 唐 琦）
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