觀音法界一期觀音圣壇主體工程位于舟山市普陀區朱家尖,和普陀山的佛頂山、觀音圣像至朱家尖青山連成南北貫通的天地軸線,形成了天造地設的 “一軸四圣” 格局,是觀音文化園和觀音法界的中心標志性建筑。觀音圣壇集宗教、藝術、參學、觀光、弘法于一體,是具備現代意義并引領當代佛教潮流的大型地標建筑。觀音圣壇主體工程為“一主兩從”的建筑群,包括觀音圣壇、善財樓、龍女樓,三者之間由連廊聯系,坐落在一個臺基上,象征了同體大悲的佛教思想。項目用地面積154351m²,總建筑面積約65719m²,其中地上建筑面積約63024m²,地下建筑面積約2695m²。
受訪人 LIST
華東建筑設計研究院有限公司
班善學
華東建筑設計研究院有限公司
陳立宏
問
觀音法界一期觀音圣壇主體工程的基礎情況是怎么樣的?
班善學:觀音圣壇地上十層(地面層、一層~九層),地下局部一層,一層至頂部寶珠高度為91.9m,建筑高度為98.24m,為一類高層建筑;各層主要功能:地面層為藏品庫房、設備機房、影院及車庫,一層為圓通大廳及會議,二、三層為展廳,四層為環繞著中庭空間的環廊及室外觀光平臺,五層為轉換層及設備用房,六、七、八層為佛殿區及修持體驗禪修區,九層為正法光明閣及貴賓禮佛區,頂部為寶瓶天宮。觀音圣壇中央為貫穿一層到九層底部通高的圓通大廳,中庭內部空間取自佛教須彌山的形象。善財樓、龍女樓均為地上三層、地下一層,建筑高度為30.29m,為二類高層建筑;善財樓各層主要功能:地下一層為交通廳,一層為善財殿,二三層為展覽;龍女樓各層主要功能:地下一層為交通廳,一層為龍女殿,二三層為展覽。
問
設計主要存在的挑戰有哪些呢?
班善學:設計之初,項目定義為佛教建筑兼博物館性質(地面層藏品庫房+二三層展廳),時值《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014剛剛實施,新一版《博物館建筑設計規范》報批稿、《浙江省宗教建筑規范》征求意見稿也剛面世。新版規范既為項目設計提供了明確的指導,也提出了新的要求和限制。本項目所處的地理位置和環境特殊,市政配套尚不完善;內外部造型獨特,細節繁多;各殿廳空間佛教文化內涵豐富,內部裝飾各異,展陳藏品珍貴。給排水專業設計既要實現項目日常生活的給水、排水功能,保障消防安全,又要實現節能環保;既要藏起所有的管道設備設施盡可能減少對環境、外觀造型和各種內部藝術空間的影響,又要保證日常管理維修方便。面對這諸多挑戰,設計團隊攜手踏上了漫長的設計修行之路。
問
對于工程中各個系統遇到的重難點,您可以分別介紹一下嗎?
班善學:首先說一說給水系統,項目所在地朱家尖是一座海島,圣壇距離北、東面海邊僅1-2km。該地區鹽蝕情況普遍比較嚴重,經當地供水部門認可,設計采用罐式疊壓供水系統。該閉式系統可有效避免設備與空氣接觸,減緩鹽蝕;充分利用市政水壓,利于節能。考慮到鹽蝕的影響,給水管材也選用更耐腐蝕的薄壁不銹鋼管SUS316L。
雨水系統有兩個難點,一是層層內收的造型帶來眾多不能對齊的大平臺、小露臺、挑檐等排水點,雨水排水既不能影響外觀又不能穿越各種殿廳;二是基地周圍只有一根雨污合流的市政排水管道,僅承擔了市政道路本身的雨水量,而整個法界范圍原先均是農田和少許農舍,雨水自然入滲,項目建成后,也不能增加市政管道的雨水排水負擔。
觀音圣壇立面總體造型由六大部分組成,分別是:大臺階、基座、蓮座、塔身、背光、毗盧帽。根據建筑外立面特點,雨水采用外排水與內排水相結合的方式排水。六層以上塔身部分雨水沿建筑外立面自由落水,排至六層屋面;下部樓層平臺分別設計了環狀明溝,部分雨水利用外保溫與幕墻之間的空隙、樓梯間等空間通過管道排水至地面層室外明溝。特別注意避讓宗教活動空間、貴重物品存放間以及有宗教禁忌要求的部位。
總體雨水重現期按5年設計。為不增加周邊及下游市政排水管道的負擔,整個觀音法界設計之初就結合防洪、景觀水體統籌考慮。觀音圣壇主體±0.00m設計標高為絕對標高3.54m,大于當地百年洪水位絕對標高1.60m。觀音法界雨水最終均排入8.57萬㎡的景觀人工水體“小南海”,當水位超過1.7m時,通過溢流方式的排入附近河道以確保安全。設計貫徹海綿城市設計理念,靈活運用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等各種技術措施,因地制宜,在可能的部位和范圍內,發掘和充分利用現場條件,使之成為安全、生態的雨水系統。
閉式循環冷卻水系統設計過程中也遇到了很多難點,地面層藏品庫房區域、二層寶像供奉廳、三層世界觀音寶像館設置為恒溫恒濕區域,暖通專業設恒溫恒濕水冷系統,水專業配套設置閉式循環冷卻水系統。項目外觀是毗盧觀音造型,從任何角度看都大氣莊嚴,不能接受在主體建筑上設置冷卻塔及其他大型機電設備,且佛教建筑本為清修靜心之地,冷卻塔運行的噪音難免影響建筑功能。對此我們與建筑專業多次溝通,將噪音較大的設備包括熱泵機組、閉式冷卻塔組及循環泵組、變壓器機組等集中遠置于觀音圣壇東側130m處,輔以降噪措施。避開了游客集中區域,保證了圣壇主體和室外景觀效果。室外機組與圣壇之間設置地下通行式綜合管溝供管線連通。
消防方面,各種常規系統均按規范設計,開始時的難點在于管線、設施要去適應建筑特殊的造型和精細的內部裝修,保護特殊的藏品。后續室內設計加入,提出了以鋁合金材料替代原設計的鋼結構加防火涂料作為圓通大廳上部構造材料的設想,為實現這個變更而帶來的挑戰則是更為艱巨的,也是我們投入了較多精力去應對的。
問
那你們是如何應對這些挑戰的?
陳立宏:觀音圣壇圓通大廳采用佛教須彌山造型,是整個項目中最令人震撼的空間。圓通大廳的建筑設計方案在2015年設計之初,其結構形式為:單層混凝土框架+鋼結構單層網殼屋蓋的結構體系,上部與主體結構均脫開布置。距圓通大廳地坪高度18.6 m以下采用鋼筋混凝土框架結構。圓通大廳與中庭區域之間的隔墻在距圓通大廳地坪高度18.6 m以下采用200 厚現澆鋼筋混凝土薄殼墻體分隔,耐火極限不低于3 h;在18.6 m以上,鋼結構采用超薄型防火涂料保護,耐火極限不低于2h。圍護材料采用耐火極限不低于1 h的A 類鋼化復合防火玻璃分隔。圓通大廳消防設計方案由專業消防咨詢顧問于2015年5月和2016年1月完成兩次專題評估,先后做了14個火災場景的FDS模擬,包括大廳中部和邊緣火災,座椅和蒲團火災,自動水滅火系統有效和失效、排煙系統有效和失效等各種情況組合。2017年2月,室內設計提出,希望將須彌山鋼結構部分改為鋁合金構造。鋁合金構件用于建筑穹頂或造型也并不少見,在我院設計的南京牛首山佛頂宮項目就有經驗。雖然項目情況不同并不能作為依據,但業主還是認可材料修改方案,希望我們盡力落地。
采用鋼結構加防火涂料配防火玻璃,是以官方批文為依據,可以按部就班地通過消防驗收,而鋁合金的缺點顯而易見,那就是它不耐高溫,其力學性能會在溫度升至200℃以上后快速降低。在原有完整的消防體系已確認的情況下做如此重大的變更,需要建筑和機電消防系統做怎樣的加強才能保證安全,如何在現場土建施工已達6層(2017年3月)的條件下修改的影響最小,修改后的方案如何合法合規并順利通過審核及最后的驗收,這一系列問題都是對整個項目團隊嚴峻且緊迫的考驗。
為應對變化,建筑專業提高了混凝土部分的高度至23米。此外,無論是過程中與消防部門、專家的溝通后得到的反饋,還是建筑、室內專業方面的意見,都希望水系統能再做加強,增加往鋁合金網架上的噴水或噴霧,甚至希望考慮在混凝土和鋁合金交界處增加水幕系統作為防火分隔,以阻止火災情況下熱煙氣上升使鋁合金升溫。為此,水專業協同專業消防科研單位、建筑結構室內專業、鋁合金專項設計單位做了大量的研究工作。
圣壇項目施工圖設計階段,采用了當時已實施的《建筑設計防火規范》GB50016-2014(以下簡稱《新建規》)和《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014,但《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084-2017尚未發布,設計仍以2005年版(以下簡稱《05版噴規》)為依據。
原《高層民用建筑設計防火規范》50045-95(2005年版)5.5.2條“高層建筑中庭屋頂承重構件采用金屬結構時,應采用外敷不燃燒材料,噴涂防火涂料等措施,其耐火極限不應小于1h,或設置自動噴水滅火系統”這一條在《新建規》中已沒有對應的條款。
關于采用水幕分隔或水噴淋、水噴霧、細水霧等自動噴水系統用于這樣異形、大面積的鋁合金表面做降溫,當時的規范尚未有明確的條文可作為支撐。另一個難點是受限于鋁合金的三維造型和纖細的內部構造,在其中安裝消防水管和噴頭非常困難,而外部環廊與其又存在一定的距離,無法形成近距離貼身保護。面對難題,各單位協同進行了3個方向的探索,分別為防火分隔水幕系統、霧穹系統、防護冷卻系統。
(1)采用防火分隔水幕,目的是把熱煙氣用一堵防火分隔水墻封在混凝土隔墻(23m)范圍以下。《05版噴規》表5.0.10規定,用于防火分隔的水幕系統,安裝高度應不大于12m,噴水強度2L/s·m。本項目鋁合金結構的高度在23m以上,底部直徑約為21.1m,周長約66m。規范規定的水幕噴頭安裝高度12m以下,是從形成一堵“落地的水墻”分隔左右兩側的角度來要求的。但本項目實際上是需要形成一塊在混凝土和鋁合金交界處、分隔上下的“水樓板”,目的是阻止熱煙氣上升,保證鋁合金溫度不超過其適用范圍,同時,這些水最終落到圓通大廳內,也應可協助滅火。這個方案雖無條文的直接支持,但各方認為對加強鋁合金的軟肋最有說服力,希望水專業能實現。
(2)2017年4月,我們與多方共同探索高壓細水霧“霧穹”降溫系統。高壓細水霧系統在地鐵隧道、公路隧道中已有較多的應用案例。但那些案例的特點是水霧環垂直于地面,位于隧道橫斷面上,水霧形成的還是“霧墻”。但相比于水幕,高壓細水霧的用水量大幅度減少,其細小的霧滴在汽化過程中能帶走大量的熱,即使水平安裝,也能均勻分布在接近水平面的高度,而不會像前述系統一樣形成明顯的漏斗。
(3)前兩個方案對于圓通大廳混凝土和鋁合金交界處的降溫、分隔,思路都是從內側向中部噴水噴霧,對煙氣進行降溫。由于歷次模擬試驗都表明,即使在12MW的火災負荷下,構造邊緣的煙氣溫度也僅略高于鋁合金材料物理性能開始降低的溫度,內部大量噴水降溫的必要性和經濟性有待商榷。
在此情況下,團隊的第3個思路是從外部噴水降溫,不再對內部煙氣進行干預,而僅考慮對鋁合金網殼本身進行降溫保護。目前,對幕墻玻璃進行窗噴保護的技術已經較為成熟,也在上海中心等標志性建筑中有成熟的應用。但窗噴應用中,噴頭類型、間距、與玻璃的間距等都有較嚴格的限制,本項目由于造型所限,噴頭無法在外側近距離安裝。本項目中,須彌山已經采用了達到防火分隔要求的耐火極限1小時(側面)和1.5小時(頂面)的安全玻璃,因此冷卻水噴水降溫的均勻性就不如專用的窗噴要求那么嚴格。設計考慮在環廊吊頂內距須彌山外部較近位置設噴頭向網殼噴水,考慮到須彌山的造型,所有的水將全部落在網殼表面并落下。這個思路為后續的評審打下了基礎。
消防評審專家會議由浙江省公安消防總隊組織召開,與會領導和專家聽取了上部構造由鋼結構改為鋁合金的專項匯報,對各方所做的充分研究和分析做了認真討論和評審,最終認可了此項修改。會議首先對管理方面提出意見:圓通大廳地面中心部位(即上部鋁合金網殼下口垂直投影范圍)內應采取固定式人員隔離措施,避免人員停留。此項在項目落成后,已切實落實,在對應區域設置了固定金屬立桿和紅色攔繩,且有運營管理人員在附近巡視。提出的機電相關措施包括:①鋁合金網殼頂部及底部應增設自動噴水滅火系統。②鋁合金網殼上的燈具應采用冷光源。③圓通大廳內應設置不少于兩種類型的火災探測器。會議同時也提出了關于材料防火措施方面的意見。
在網殼底部和頂部增設自動噴水滅火系統,是考慮到鋁合金網殼的受力情況、結合歷次火災場景FDS模擬,把有限的水噴到最有可能升溫的部位。我們的難點在于噴水系統怎么噴。
圓通大廳內應設置不少于兩種類型的火災探測器。電氣專業原設計采用了線性光束感煙火災探測器及圖像型紅外火災探測器。這兩種探測器,都類似于用“眼睛”看,用視覺來判斷火災的發生,廣義上來說,其實算是同一種類型。
面對專家的意見,對鋁合金結構底部和頂部的自動水滅火系統怎么做,火災探測器要怎么選,而這兩者是否能做到有機結合,成為這個重大修改能否最終成立的關鍵。
我們和電氣專業溝通后,確定了網殼底部設置開式系統,頂部設閉式系統的方案。考慮到鋁合金的性能在達到150℃后會快速下降,為更直接地保護須彌山網殼構造,設計在須彌山每根鋁合金網殼上增設1條線型光纖測溫探測器,共計24條。該探測器的外徑僅3.5mm,將其貼附于鋁合金構造須彌山一側內部,網殼標準化加工,預留穿線套管。光纖從網殼底部至頂部穿出,并將光纖終端模塊集中設于8夾層適當位置,模塊信號接入圣壇消防報警系統。光纖測溫探測器與鋁合金內側緊密貼合,可以敏銳感知鋁合金網殼的溫度,設定報警溫度為70℃,當鋁合金網殼溫度超過70℃,則發出報警信號。報警溫度可設定及根據需要調整。開式報警閥的開啟可以受控于該報警信號,具體的開式系統所采用的大覆蓋側噴頭,也是非標設計,
專家提出增加頂部噴頭的設計,是匯報方案中沒有準備的。專家們主要考慮的是須彌山頂部是排煙口附近,當熱煙氣排出時,風速較高,可能造成此處空氣溫度升高,同時在排煙過程中,頂部集熱效果也較好,有條件增設噴水系統,代價不高,卻為整體安全多加一道保障。設計考慮采用閉式噴淋系統,與原圣壇內部自動噴水滅火系統合用。
在各單位、各專業的協同配合下,包括以上水電系統調整設計在內的各項措施得到了評審專家和業主的認可。水電調整對土建影響降低到最小,所需的變更費用可控。圓通大廳上部鋼結構改為鋁合金的變更方案于2018年6月11日取得消防設計審核通過意見書。項目最終按此變更落地,在保證安全的前提下,以極高的還原度最大程度地達成了設計效果,落成后也獲得了各界一致好評。
問
可以請兩位專家簡單地為我們總結一下這次設計的相關經驗嗎?
班善學:觀音圣壇主體工程的設計貫穿了方案、初步、施工圖、裝飾設計、施工安裝等全過程,從2013年5月立項,到2020年11月竣工并對外開放,歷時7年,是秉持虔誠之心,不斷創新、不斷精進的過程。
觀音圣壇主體工程外側一圈消防車道架空層設計時,涉及到機電專業的交叉出戶后后續的檢修等等,土建專業和機電專業一起精益求精、不厭其煩地把室外當室內來做,機電專業的每個檢修口、檢查井、閥門井位置、穿剪力墻的套管位置及標高都在建筑圖上做了準確表達,僅不同的出戶部位就繪制了12個剖面圖和16個節點詳圖。為了表達清楚及便于施工理解,最終這部分給排水室外小總體按兩個標高層、1:150的比例分塊出施工圖。
精裝階段,六、七、八層佛殿區,每個佛殿裝修風格均不相同,把每個佛殿作為一個小項目來打磨。每一處噴頭的布置,都會發出是否影響裝飾效果,是否有佛教上忌諱的靈魂拷問。整個圓通大廳最終的裝飾方案是由9圈從下往上逐漸縮小的216尊佛像構成。圓通大廳大空間智能型射水器的位置及管線安裝方式與文創設計單位反復協調,為更好地將裝置隱藏起來,文創設計方希望采用升降式射水器,已有的案例就是牛首山佛頂宮項目采用的20L/s升降式水炮。但在項目進行二次機電配合、施工的兩年多中,我們遍尋此類設備廠家,卻并沒有找到通過認證的5L/s升降式射水器,只能采用固定式產品。固定式產品的優點是穩定可靠,但缺點是隱藏更為困難。經雙方精細化配合,最終將射水器設于第三層佛像底座下方,安裝高度距離圓通大廳地面15m,均勻設置6臺射水器,并保證水炮掃描定位的旋轉角度完全不受遮擋和影響。在實際完成后,如非專業人士仔細辨認,很難注意到這些大廳安全的守護者。很榮幸參與這個項目的設計,在極度追求精致的設計中悟出設計的真諦:設計第一要務--“耐煩”。耐煩也是人生路上不可或缺的一種修行。
陳立宏:消防系統是以防為主、防消結合、多專業配合的系統工程。建筑設計和室內設計中,更多考慮的是“防”,火災報警系統,考慮的是“警”,水(及氣體)滅火系統和防排煙系統,則是“消”和“保”(保障逃生條件)。“防—警—消—保”是有機的結合,越往前段的手段,越是事半功倍。本次修改中,建筑專業也同步做出了很多調整和強化,才使得項目整體安全可靠。
宗教類項目中,后期的設計靈感仍在不斷涌現,創新創意仍在迸發,機電需要大膽設想、小心求證,依靠主管部門、專項單位、消防專家的力量,在不斷協作中達成完美的結果。
給排水專業在建筑設計中,無論是生活水系統,還是各種消防系統,都是為建筑服務,為使用者服務,為這個空間服務。在宗教類建筑中更是如此。本文所述的這一次克服困難達成目標的過程,只是一個小小的縮影。作為一名給排水設計師,參與整個項目與各專業密切配合的漫長7年,是面對無數大大小小的困難,不斷協調、不斷修改的歷程,恰如修行。我們始終抱有服務者和配角心態,不突出,不搶戲,把所有水專業的工作內容"藏起來",讓觀眾、游客、信眾,在神圣的空間里感受到震撼的力量。