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△ 觀音圣壇全景
誰于峰頂揚(yáng)正幟，請得孔雀現(xiàn)空中。
誰于今日放光明，毗盧流入千家戶。
唯愿菩薩大慈悲，拯濟(jì)群萌出眾苦。
摘要：內(nèi)觀自在，外觀世音。觀音圣壇項(xiàng)目是以意向和具象相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念打造的經(jīng)典佛教建筑。建筑在保留了佛教傳統(tǒng)文化元素的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)理念，配合現(xiàn)代材料及加工工藝，實(shí)現(xiàn)了古典造型與現(xiàn)代技術(shù)的完美融合。
關(guān)鍵詞：佛教建筑;數(shù)字化;BIM
1、普陀山觀音圣壇的建造背景
普陀山是東海舟山群島中的一個(gè)小島，與九華山、峨嵋山、五臺山合稱中國佛教四大名山，素有“海天佛國”、“南海圣境”之稱。
普陀山是全國最著名最靈異的觀音道場，寺院無論大小，都供奉觀音大士。觀音圣壇就位于普陀區(qū)朱家尖香蓮路北側(cè)，中國佛學(xué)院普陀山學(xué)院西側(cè)，觀音法界正中。其主體建筑群作為世界佛教觀音崇拜和信仰的圣殿將成為整個(gè)觀音文化園和法界的中心標(biāo)志性建筑（詞條“標(biāo)志性建筑”由行業(yè)大百科提供）。觀音圣壇建筑外立面形態(tài)來源于普陀山普濟(jì)寺所供奉的毗盧觀音：背光寓意佛光普射四方，頭戴五瓣毗盧冠，每瓣一化佛，正中毗盧遮那佛，即是大日如來。毗盧觀音雙手腹前結(jié)禪定印，結(jié)跏趺坐于多層蓮座之上。
△ 圣壇形態(tài)來源
秉承“圣壇即觀音”的設(shè)計(jì)理念，給人以毗盧觀音端坐蓮臺的神圣感。在建筑風(fēng)格上綜合中國傳統(tǒng)樓閣特色與現(xiàn)代高層建筑技術(shù)，是集宗教、藝術(shù)、參學(xué)、觀光、弘法于一體，引領(lǐng)當(dāng)代佛教潮流的建筑地標(biāo)和文化地標(biāo)。圣壇主體總高度達(dá)到91.9米，按內(nèi)部功能分為九層，境界層層提升，越到上層，境界越高越廣大。觀音圣壇在傳承傳統(tǒng)的同時(shí)融入現(xiàn)代藝術(shù)手段，通過豐富的視覺體驗(yàn)體現(xiàn)觀音菩薩在當(dāng)代禪意中的應(yīng)機(jī)方便，使信眾內(nèi)觀自在，外觀世音。
△圣壇內(nèi)部構(gòu)造
觀音圣壇共包括三個(gè)獨(dú)立的建筑，圣壇、善財(cái)樓、龍女樓。
圣壇：地上 10 層，局部地下 1 層，建筑標(biāo)高91.9 米。
善財(cái)樓、龍女樓：地上 3 層，地下 1 層，建筑標(biāo)高 35 米。
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△圣壇整體效果圖
金螳螂幕墻承接了該項(xiàng)目的幕墻工程，整個(gè)觀音圣壇外側(cè)可視范圍內(nèi)均為幕墻范圍，幕墻系統(tǒng)主要包括：石材砌筑系統(tǒng)、石材背栓干掛系統(tǒng)、明框框架式玻璃幕墻系統(tǒng)、開放式鋁板(銅板)幕墻系統(tǒng)、屋面鈦瓦系統(tǒng)、黃銅鈑金系統(tǒng)、半隱框框架玻璃幕墻(采光頂)系統(tǒng)、柱廊采光頂、鋁合金防風(fēng)雨百葉、GRG 吊頂（詞條“吊頂”由行業(yè)大百科提供）、銅欄桿、銅管與夾層玻璃欄桿、電動(dòng)開啟窗、石材雕刻欄桿等。
△圣壇系統(tǒng)劃分
項(xiàng)目完工效果如下：
△ 觀音圣壇全景
△ 圣壇主體
△柱廊
△毗盧帽
△夜景
△室內(nèi)效果
△室內(nèi)效果
2、用現(xiàn)代技術(shù)建造佛教經(jīng)典建筑——普陀山觀音圣壇
2.1 項(xiàng)目特點(diǎn)
相對于普通建筑，觀音圣壇有以下特點(diǎn):
2.1.1建筑形體異形
觀音圣壇作為佛教建筑，融合了佛教文化和宮殿文化，自下而上為環(huán)形連廊、32瓣高8.73米的異形銅蓮花瓣、多邊形砌筑石材墻、鋁板仿古挑檐、鈦瓦仿古屋面、45米高異形銅板背光、透明雙曲玻璃采光頂、毗盧帽等。整個(gè)建筑形體是隱喻位于蓮花座上的毗盧觀音形象，建筑中大量應(yīng)用了雙曲造型、異形造型、雕花石材等復(fù)雜形體和表現(xiàn)形式，形成了建筑與雕塑藝術(shù)相結(jié)合的形式。
△ 背光
△ 蓮花瓣
2.1.2無縫一體超大銅板造型
區(qū)別于傳統(tǒng)的幕墻用金屬板，本項(xiàng)目金屬板為銅板，板塊整體成型，無縫設(shè)計(jì)，板塊超大，背光高度達(dá)到45米，蓮花瓣直徑達(dá)到115米。
2.1.3砌筑超大異形雕花石材
環(huán)廊部位柱腳石材單塊重量達(dá)到了1.5噸，石材之間通過砌筑進(jìn)行連接，石材之間縫隙很小，近乎無縫，保證了復(fù)雜佛教花紋的連續(xù)。
2.1.4現(xiàn)代材料及工藝與古代佛教元素的結(jié)合
本項(xiàng)目利用金屬鈦仿造佛教古建筑中的陶瓦，利用高精度進(jìn)口鋁板模仿佛教古建筑中的檁條。現(xiàn)代工藝的精致與古代佛教元素的古樸自然進(jìn)行了完美的結(jié)合。
2.1.5 全過程數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用
為了雙曲異形造型的實(shí)現(xiàn)，本項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、加工、施工全過程采用了BIM技術(shù)。
△項(xiàng)目整體BIM模型
△BIM整體建模過程
通過BIM模型進(jìn)行施工模擬，用于對施工步驟和工期計(jì)劃進(jìn)行校核，減少施工過程中可能產(chǎn)生的沖突，保證施工計(jì)劃的可行性和工期。
△BIM施工模擬
2.2數(shù)字化技術(shù)在項(xiàng)目各系統(tǒng)的應(yīng)用
2.2.1砌筑石材系統(tǒng)
砌筑石材系統(tǒng)系統(tǒng)主要位于首層柱廊及塔身部位，其中柱廊部位的石材采用了復(fù)雜的雕花工藝，石材重量達(dá)到了1.5噸 是整個(gè)項(xiàng)目的亮點(diǎn)和難點(diǎn)。
現(xiàn)場完工效果如下：
△柱腳石材
△環(huán)廊石材
針對本項(xiàng)目石材雙曲異形的造型及復(fù)雜的花紋紋理，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)及加工安裝工藝已經(jīng)很難適應(yīng)本項(xiàng)目的需要。針對本項(xiàng)目，我司主要采用了以下數(shù)字化新技術(shù)。
復(fù)雜外飾效果的數(shù)字化設(shè)計(jì)：
首先利用BIM進(jìn)行室外外輪廓的初次建模，模型主要表達(dá)石材塊體之間的關(guān)系，不表達(dá)復(fù)雜的花紋。
△BIM環(huán)廊石材模型
對于復(fù)雜的雕花圖案，采用泥塑工藝進(jìn)行多種方案的必選。
△泥模看樣
泥塑方案確認(rèn)后，根據(jù)泥塑方案進(jìn)行3D掃描，形成方案模型，對模型進(jìn)行細(xì)部處理，形成最終三維模型。將雕花部位的模型與BIM建模的模型進(jìn)行合并，形成最終高精度的雕花石材模型。
△雕花石材模型
根據(jù)雕花石材模型自動(dòng)生成石材的加工圖。
△石材加工圖
基于BIM三維模型的數(shù)據(jù)，與加工機(jī)械進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化加工。
△石材數(shù)字化加工
石材鋼結(jié)構(gòu)的BIM設(shè)計(jì)：
因?yàn)槭男误w復(fù)雜，為了支撐復(fù)雜的形體，內(nèi)側(cè)鋼架的布置很復(fù)雜，傳統(tǒng)的CAD圖紙很難表達(dá)。本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行石材龍骨的鋼架布置。
△典型部位鋼架布置圖
典型復(fù)雜部位的BIM設(shè)計(jì)：
例如外傾部位石材掛接系統(tǒng)，通過BIM模型清楚的表達(dá)了復(fù)雜的掛件及連接關(guān)系。
△石材掛接BIM模型
BIM在施工中的運(yùn)用：
通過BIM模型，對每塊石材進(jìn)行編號，配合二維碼，實(shí)現(xiàn)石材從加工、運(yùn)輸?shù)桨惭b的全過程追蹤。
△石材編號
利用BIM技術(shù)對石材安裝過程進(jìn)行模擬，確保設(shè)計(jì)方案的可行性。
△施工過程模擬
由于本項(xiàng)目為砌筑設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)石材安裝方式不同，通過BIM模型對石材的仿排水（詞條“排水”由行業(yè)大百科提供）進(jìn)行分析，確定石材的排水路徑，在合適的位置設(shè)置排水口，保證石材的防水效果。
本項(xiàng)目砌筑石材采用了雙道防水設(shè)計(jì)，外側(cè)砌筑石材內(nèi)部設(shè)置了1mm厚海防級不銹鋼板，不銹鋼板搭接部位做好防水膠處理。砌筑石材底部設(shè)置披水板和排水孔，將進(jìn)入石材內(nèi)部的水排出。
△砌筑石材排水設(shè)計(jì)
△排水孔
同時(shí)砌筑石材的抗震性能是需要重點(diǎn)關(guān)注的地方，砌筑石材設(shè)置專用不銹鋼拉結(jié)片，用于將石材與后側(cè)龍骨進(jìn)行連接，提高石材的抗震性能。拉結(jié)片固定在拉結(jié)槽中，在拉結(jié)槽中滑動(dòng)，不承受重力，重力依靠石材相互承托，最終傳遞到地面或者承托鋼板上去。
△砌筑施工
△不銹鋼拉結(jié)件設(shè)計(jì)
因?yàn)槭男误w比較復(fù)雜，錯(cuò)縫砌筑，對應(yīng)的石材拉結(jié)件的布置比較復(fù)雜，通過BIM技術(shù)對石材拉結(jié)件進(jìn)行分析，確定不同部位石材拉結(jié)件的類型及布置方式，保證石材的安全。
△拉結(jié)件的BIM布置
2.2.2一體銅板系統(tǒng)
背光、蓮花座、毗盧帽等系統(tǒng)為銅板一體成型，無縫設(shè)計(jì)。
本項(xiàng)目一圈共32瓣蓮花瓣，每個(gè)蓮花瓣寬12米，高8.73米，采用2.5mm黃銅板一體成型。
△蓮花瓣模型 △蓮花瓣完工效果
背光高45米，雙曲異形，四面均相同，為銅板一體成型，背光上設(shè)置玻璃采光頂。
△背光 △毗盧帽
毗盧帽位于建筑的最頂端，為9邊形，毗盧帽每個(gè)邊設(shè)置銅佛一尊。
針對一體銅板系統(tǒng)雙曲異形的造型，大空間布局及無縫連接技術(shù)，我司主要采用了以下數(shù)字化新技術(shù)：
異形銅板表皮的數(shù)字化設(shè)計(jì)：
本項(xiàng)目銅板均為曲面（詞條“曲面”由行業(yè)大百科提供）異形造型，通過多款三維設(shè)計(jì)軟件的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)異形銅板的精細(xì)化建模。
△蓮花瓣 △毗盧帽
對于復(fù)雜的花紋紋飾，通過泥塑進(jìn)行模型效果的比選和確認(rèn)，完成后翻制為石膏模型，通過對石膏模型進(jìn)行三維掃描，得到模型三維數(shù)據(jù)。
△泥模看樣
運(yùn)用曲面拓?fù)洹⑶嫘迯?fù)、數(shù)據(jù)重構(gòu)等技術(shù)對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理。
△模型優(yōu)化
同時(shí)對銅板背后的加強(qiáng)筋進(jìn)行數(shù)字化建模，為后期加工提供數(shù)據(jù)。
△蓮花瓣板條模型 △毗盧帽板條模型
異形鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)：
鋼結(jié)構(gòu)作為異形金屬板的內(nèi)部支撐龍骨，會(huì)按照異形金屬板的造型進(jìn)行布置，為空間異形鋼結(jié)構(gòu)。
△蓮花瓣鋼架 △毗盧帽鋼架
△背光鋼架
復(fù)雜異形鋼結(jié)構(gòu)通過BIM劃分為單元鋼龍骨，單元鋼龍骨在工廠加工，現(xiàn)場拼接。具體步驟如下：
通過BIM進(jìn)行單元鋼架的設(shè)計(jì)--根據(jù)BIM模型進(jìn)行單元鋼架的加工--通過胎架進(jìn)行單元鋼骨架的預(yù)拼裝→進(jìn)行鋼架復(fù)核→鋼架修正到位→拆開→運(yùn)到現(xiàn)場→設(shè)置胎架、焊接成型→整體吊裝。
基于ANSYS、SAP等軟件的空間結(jié)構(gòu)安全校核：
△面板校核
△鋼龍骨校核
數(shù)字化加工：
將模型數(shù)據(jù)輸入CNC數(shù)控中心制作1:1EPS模型。
△模型放樣
根據(jù)模型制作模具，通過機(jī)器沖壓，形成曲面造型。
在工廠將小塊板通過焊接拼接成大板(保證大板能夠運(yùn)輸)，焊接采用手工鎢極焊氬弧焊，選用錫青銅焊絲Scusn8-4.
通過背板種釘，在背后連接鋼肋板，保證面板的整體剛度（詞條“剛度”由行業(yè)大百科提供）。
△基于模型的板條數(shù)字化加工 △蒙皮預(yù)拼裝
△基于BIM模型的龍骨下料加工
數(shù)字化技術(shù)對施工的全過程管理：
通過BIM模型對安裝過程進(jìn)行模擬，對安裝方案進(jìn)行預(yù)校核。
△BIM模擬蓮花瓣安裝
蓮花瓣和背光等超大銅板通過BIM模型進(jìn)行分體。
△蓮花瓣模型分體 △背光模型分體
加工完成后的板塊在工廠進(jìn)行預(yù)拼裝，確認(rèn)滿足精度要求后拆開，分體運(yùn)輸，在現(xiàn)場與后側(cè)鋼架連接固定到位。
△分體運(yùn)輸 △蓮花瓣拼裝
整體拼接完成后，進(jìn)行焊接，打磨處理，調(diào)整表面的誤差。然后在銅板表面打膩?zhàn)?/a>，最后上色處理。
△著色處理
佛像在工廠加工成型，整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行整體吊裝安裝到位。
△銅像 △毗盧帽
2.2.3鈦瓦屋面
本項(xiàng)目屋面由12056塊板瓦、筒瓦和632塊瓦當(dāng)組成，有別與普通的磚瓦，本項(xiàng)目的屋面瓦為金屬瓦，是將鈦板通過加工形成的金屬瓦。
△鈦瓦完工效果
數(shù)字化技術(shù)在鈦瓦系統(tǒng)的應(yīng)用如下：
鈦瓦的數(shù)字化設(shè)計(jì)：
鈦瓦應(yīng)用在屋面部位，屋面整體雙曲異形，且存在大量與其它系統(tǒng)的交接部位，鈦瓦的排布需要借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
△鈦瓦數(shù)字化設(shè)計(jì)
鈦瓦鋼架的數(shù)字化設(shè)計(jì)：
△鈦瓦鋼架的數(shù)字化設(shè)計(jì)
鈦瓦的數(shù)字化加工：
進(jìn)行犀牛建模，通過offset命令將金屬模型的內(nèi)模和外模導(dǎo)出。將模型數(shù)據(jù)輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，完成模具的制作。
板瓦采用連續(xù)沖壓工藝，根據(jù)長度需要沖壓成不同長度的板瓦。
△鈦瓦沖壓成型
筒瓦采用無邊料沖壓工藝(根據(jù)展開形狀下料，成型后不用切邊)
△鈦瓦模型
屋脊部位復(fù)雜的構(gòu)件采用泥模制作1:1實(shí)物模型，翻制石膏模型后進(jìn)行鑄造或鈑金。
△屋脊部位鈦瓦
BIM對鈦瓦安裝的輔助：
通過BIM模型提取項(xiàng)目所需要的鈦瓦數(shù)量(筒瓦、板瓦、瓦當(dāng)、屋脊瓦)及龍骨數(shù)量。在安裝工程中提供空間定位數(shù)據(jù)，配合全站儀進(jìn)行鈦瓦的空間定位，確保安裝精度。
通過BIM技術(shù)對鈦瓦的安裝過程進(jìn)行模擬，確保龍骨、防水板、卡件、鈦瓦等構(gòu)件之間的相互配合滿足要求。
△BIM模擬安裝過程
△現(xiàn)場安裝照片
2.2.4鋁板挑檐
鋁板挑檐是將金色鋁板加工成異形造型，用于模擬古代建筑檁條的效果，完工效果如下：
△鋁板挑檐完工效果
屋檐整體為角部上翹的空間造型，通過鋁板的漸變設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圓滑的過度。需要借助BIM技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，鋁板挑檐主要進(jìn)行了以下數(shù)字化設(shè)計(jì)：
鋁板挑檐的BIM建模：
通過BIM技術(shù)對鋁板挑檐進(jìn)行精細(xì)化建模，確定鋁板的分格劃分及漸變效果的處理，并最終直接生產(chǎn)異形鋁板的加工圖。
△鋁板挑檐模型及加工圖
BIM模擬安裝過程：
△BIM模擬安裝過程
挑檐整體造型的實(shí)現(xiàn)：
通過BIM模型提供龍骨及面板的關(guān)鍵定位數(shù)據(jù)，結(jié)合三維測量定位技術(shù)，保證異形挑檐造型的實(shí)現(xiàn)。
2.2.5采光天窗及雙曲玻璃采光頂
△采光天窗及采光頂BIM模型
采光天窗的數(shù)字化設(shè)計(jì)：
采光天窗與背光正面交接，相當(dāng)于在雙曲銅板上開出條狀空間安裝玻璃。該條狀玻璃整體為空間造型，通過分格的劃分，確定每個(gè)玻璃板塊均為雙曲異形。
△采光天窗所在位置
對采光天窗進(jìn)行BIM分析，確定采光天窗玻璃的翹曲值
△采光天窗翹曲值分析
經(jīng)過分析，玻璃存在翹曲值，為雙曲面玻璃，天窗四周的型材經(jīng)過分析，為雙曲型材，需要雙向拉彎，很難加工。
△采光天窗四周型材BIM分析
最終決定對模型進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了立柱單曲，橫梁為直框，玻璃為雙曲，方便了加工和安裝。
△模型的修正
雙曲玻璃采光頂?shù)臄?shù)字化設(shè)計(jì)：
△雙曲玻璃采光頂BIM模型△玻璃類型統(tǒng)計(jì)歸類
經(jīng)過BIM分析，采光頂形體為雙曲異形，對三邊形、四邊形、五邊形等不同類型的玻璃板塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類，確定玻璃的類型(平板、單曲、雙曲)。優(yōu)化采光頂周圍一圈的型材造型，對模型進(jìn)行適當(dāng)修正，避免型材出現(xiàn)雙向拉彎。
施工中對測量數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行放樣，基于放樣分析進(jìn)行碰撞檢測，并對模型進(jìn)行修正，避免后期施工干涉。
△現(xiàn)場測量放樣
△碰撞檢測
2.3收口及交接部位的數(shù)字化設(shè)計(jì)
經(jīng)過BIM建模分析，本項(xiàng)目主要存在15種交接部位。
△BIM模型交接位置示意
針對典型交接部位進(jìn)行BIM精細(xì)化建模，確定合理的系統(tǒng)交接方式，保證美觀性、防水性、耐久性（詞條“耐久性”由行業(yè)大百科提供）和安全性。
△鈦瓦與背光的交接 △挑檐與背光的交接
△石材收邊 △窗收邊
2.4 VR及3D打印新技術(shù)的應(yīng)用
作為佛教地標(biāo)建筑，建筑效果的把控至關(guān)重要，在項(xiàng)目開始之前，運(yùn)用VR及3D打印新技術(shù)全方位、立體展示項(xiàng)目的整體外觀和每一個(gè)建筑細(xì)節(jié)，為建筑師和業(yè)主把控整體質(zhì)量提供依據(jù)。
△VR展示
△3D打印模型
2.5 佛教裝飾工程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)
金螳螂，曾施工過無錫靈山梵宮、洛陽天之圣堂、牛首山佛頂宮、舟山觀音圣壇、九華山大愿文化園、山東兗州靈光寶殿、南京大報(bào)恩寺、山東尼山圣境等多個(gè)佛教裝飾裝修項(xiàng)目，具有豐富的佛教裝飾裝修施工經(jīng)驗(yàn)，由蘇州金螳螂建筑裝飾股份有限公司和中國建筑裝飾協(xié)會(huì)共同主編的《佛教建筑裝飾裝修工程技術(shù)規(guī)程》正在編制中，該規(guī)程為中國建筑裝飾協(xié)會(huì)(China Building Decoration Association，縮寫CBDA)標(biāo)準(zhǔn)。
相信隨著規(guī)程的完成并實(shí)行，將對佛教建筑裝飾工程的設(shè)計(jì)和施工提供更加明確的依據(jù)，有效指導(dǎo)整個(gè)佛教裝飾行業(yè)的健康發(fā)展。
2.6 結(jié)語
觀音圣壇項(xiàng)目是利用現(xiàn)代工藝技術(shù)打造的佛教地標(biāo)建筑，是世界上最大規(guī)模的四眾弟子教化基地和將佛教造像原型作為建筑形態(tài)意象的佛教建筑。觀音圣壇設(shè)計(jì)和施工過程中，全程采用了VR及BIM技術(shù)，保證了建筑效果和異形造型的實(shí)現(xiàn)。在建造過程中，克服砌筑石材、雙曲異形銅板、鈦瓦、鋁板挑檐等新材料（詞條“新材料”由行業(yè)大百科提供）和新工藝帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，最終完美實(shí)現(xiàn)了建筑效果。相信隨著2020年11月14日觀音文化園的開園，將極大促進(jìn)佛教文化的傳播和發(fā)展，將返聞自性、慈悲濟(jì)世的觀音文化不斷傳承下去。
作者單位：蘇州金螳螂幕墻有限公司
