北京故宮博物院傳統(tǒng)建筑的現(xiàn)代展覽與展示

北京故宮博物院傳統(tǒng)建筑的現(xiàn)代展覽與展示

一、北京故宮博物院進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)北京故宮博物院是中國(guó)最大的綜合性博物館。其傳統(tǒng)建筑難以符合恒溫恒濕等現(xiàn)代展覽活動(dòng)的要求,文物建筑的特殊性又無(wú)法直接在古建上安裝各種現(xiàn)代化照明、空調(diào)、消防、安防等設(shè)備,不僅導(dǎo)致大量館藏品無(wú)法與觀眾見(jiàn)面,同時(shí)也影響與國(guó)外著名博物館的交流,成為制約博物院發(fā)展的瓶頸。為此,北京故宮博物院于2000年開(kāi)始午門(mén)展廳項(xiàng)目的策劃,探索在傳統(tǒng)建筑中開(kāi)展現(xiàn)代展覽活動(dòng)的可能性,以尋求文物保護(hù)與精品展示功能的平衡。工程的前期研究與設(shè)計(jì)工作于2000年11月正式啟動(dòng),2001年1月形成最初方案,2002年1月方案得到中國(guó)國(guó)家文物局的批準(zhǔn),經(jīng)先后數(shù)次修改于2004年6月完成最終方案。工程于2004年9月開(kāi)工,2005年3月竣工。整個(gè)工程由位于午門(mén)正樓內(nèi)的展廳與配套空調(diào)機(jī)房、東耳房的配電與消防監(jiān)控室、西耳房的貴賓休息與服務(wù)間,以及室外相關(guān)設(shè)施組成,總建筑面積約為1000m2。絕對(duì)保護(hù)原有文物建筑以及確保展品的安全、非損傷和創(chuàng)造舒適的觀展環(huán)境是該工程的基本要求,也是從設(shè)計(jì)到施工需要解決的一系列問(wèn)題與矛盾的焦點(diǎn)。通過(guò)前期的周密策劃、專項(xiàng)研究、過(guò)程中的設(shè)計(jì)優(yōu)化、特色施工,以及后期工程效果的監(jiān)測(cè),目前已基本達(dá)到工程的各項(xiàng)要求和預(yù)期目標(biāo)。二、．跟蹤新建市場(chǎng),進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)基于故宮午門(mén)的重要性和特殊性,結(jié)合設(shè)計(jì)要求還進(jìn)行了一系列的專題研究。主要有:1.《故宮午門(mén)正殿內(nèi)擬增建展覽廳臺(tái)基安全性能評(píng)估》,由清華大學(xué)土木工程系對(duì)午門(mén)城臺(tái)進(jìn)行安全性能評(píng)估。此外,清華大學(xué)土木工程系還擔(dān)任午門(mén)展廳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并對(duì)使用進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)、對(duì)建成后的城臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控跟蹤,以確保新建展廳不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何受力損傷。2.《故宮午門(mén)展廳恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案模擬分析報(bào)告》,由清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系對(duì)展廳空調(diào)設(shè)計(jì)方案、氣流組織、溫濕度分布等狀況進(jìn)行模擬分析并擔(dān)任午門(mén)展廳的空調(diào)設(shè)計(jì)并對(duì)使用進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo),在保護(hù)文物古建的前提下,滿足展品的溫濕度要求。3.《關(guān)于故宮午門(mén)現(xiàn)代空調(diào)展廳設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)意見(jiàn)和建議》,由中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所古建筑木結(jié)構(gòu)與木質(zhì)文物保護(hù)課題組提出對(duì)木質(zhì)古建溫濕度及保護(hù)要求。4.《關(guān)于午門(mén)展廳替代輕型建筑材料的性價(jià)比比較》,由北京清華安地建筑設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限責(zé)任公司、北京威斯頓建筑設(shè)計(jì)有限公司、清華大學(xué)土木工程系對(duì)不同材料的重量、性能等進(jìn)行比較,尋求切實(shí)可行的最輕結(jié)構(gòu)形式、建筑材料和建筑做法,力圖對(duì)城臺(tái)的重量影響降到最低。5.《Z型減震輕鋼龍骨紙面石膏板墻實(shí)驗(yàn)室空氣聲隔聲測(cè)量》,由清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系對(duì)輕質(zhì)隔墻的隔音進(jìn)行專項(xiàng)研究。三、材料、設(shè)備和手段的應(yīng)用新增恒溫恒濕展覽廳的定位是在不影響文物古建的前提下,利用目前最先進(jìn)的材料、設(shè)備和手段來(lái)提供適合于珍品展示的場(chǎng)所。其建筑形象應(yīng)盡可能避免與文物古建和展品產(chǎn)生沖突,避免喧賓奪主。建筑設(shè)計(jì)原則具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1.設(shè)備與現(xiàn)有展覽的結(jié)合首先,嚴(yán)格控制新建展廳的重量,采用合理的結(jié)構(gòu)形式及輕型建筑材料。在比較鈦金屬的造價(jià)與加工工藝、鋁合金的強(qiáng)度與連接剛度、航空玻璃的抗火性能后,最終主結(jié)構(gòu)采用自平衡索框架體系,次結(jié)構(gòu)采用鋁合金構(gòu)件,圍護(hù)結(jié)構(gòu)除玻璃外,全部采用輕質(zhì)建筑材料,以力圖把展廳的自重降到最低。控制包括展品荷載在內(nèi)的總荷載在科學(xué)評(píng)估給出的范圍內(nèi)。其次,新建展廳是一個(gè)獨(dú)立體系,所有設(shè)備與新建展廳自成體系,不與文物古建發(fā)生任何直接聯(lián)系,必要的部位全部采用柔性連接。由于展廳采用了高氣密性設(shè)計(jì),既滿足了恒溫恒濕的展覽環(huán)境要求,又避免了參觀者呼出的大量弱酸性二氧化碳?xì)怏w對(duì)古建和彩畫(huà)產(chǎn)生不良影響。再者,新建展廳的結(jié)構(gòu)、建筑構(gòu)造處理、設(shè)備安裝等方面均未改變午門(mén)正樓的任何現(xiàn)狀,必要時(shí),可拆除展廳恢復(fù)古建原狀。2.主要圍護(hù)材料為最大限度地體現(xiàn)午門(mén)正樓的原有風(fēng)貌和傳統(tǒng)文化氛圍,采用透明玻璃作為展廳的主要圍護(hù)材料。使參觀者在觀賞展品的同時(shí),充分領(lǐng)略午門(mén)正樓精湛的建筑裝飾工藝和濃郁的中國(guó)傳統(tǒng)文化氛圍。3.正樓木畫(huà)背景。國(guó)內(nèi)在廳里采用中性建筑風(fēng)格、淡化展覽廳本身的存在感、并將午門(mén)正樓古建作為整個(gè)展覽廳的背景。為此,整個(gè)展覽廳以透明和白灰色為基調(diào),在細(xì)部和材料使用上與文物古建保持距離。4.人性化的物質(zhì)空間空調(diào)、照明等現(xiàn)代技術(shù)手段的應(yīng)用,不僅滿足了展示功能要求,還為參觀者提供了宜人的室內(nèi)環(huán)境和特定的藝術(shù)氛圍。除展廳外,設(shè)計(jì)還考慮了舉行開(kāi)幕式的場(chǎng)所、貴賓休息室、觀眾休息設(shè)施、服務(wù)部、衛(wèi)生間、衣帽間等服務(wù)空間和人性化設(shè)施。采用特制防滑玻璃樓梯,既解決原有樓梯踏步過(guò)高問(wèn)題,又在視覺(jué)上保留原有建筑風(fēng)貌。四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)立足于不損傷原結(jié)構(gòu)、不改變?cè)Y(jié)構(gòu)受力體系,在分析原結(jié)構(gòu)的受力特征和損傷狀況的情況下,構(gòu)建滿足新建展廳受力要求的結(jié)構(gòu)體系。1.城臺(tái)總體結(jié)構(gòu)故宮午門(mén)是由城臺(tái)和城樓兩部分組成。城臺(tái)周邊為磚砌體,并為了增強(qiáng)它的抗側(cè)能力,采用稍傾斜砌筑使之外觀呈上小下大的臺(tái)體狀。城臺(tái)內(nèi)部用灰土分層夯實(shí)至臺(tái)面,上鋪金磚。城臺(tái)門(mén)洞則用磚券成;城樓為雙檐單層木結(jié)構(gòu),由數(shù)十根主要承受豎向荷載的木柱將屋蓋荷載傳至城臺(tái)。它們都已經(jīng)歷了幾百年時(shí)間,結(jié)構(gòu)各組成部分的內(nèi)力和變形早已趨于穩(wěn)定,到目前為止未發(fā)現(xiàn)任何因受力而產(chǎn)生的損傷。2.自平衡索框架系統(tǒng)基于保護(hù)文物古建的目的,根據(jù)故宮午門(mén)結(jié)構(gòu)的受力體系和受力特點(diǎn),午門(mén)正樓內(nèi)新增展廳采用不擾動(dòng)午門(mén)結(jié)構(gòu)的方法,展廳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成獨(dú)立的自封閉鋼框架結(jié)構(gòu),并使其具有足夠的抗側(cè)剛度。為了體現(xiàn)午門(mén)正樓結(jié)構(gòu),展廳結(jié)構(gòu)采用大跨輕鋼結(jié)構(gòu)。由此引起的框架梁撓度過(guò)大則通過(guò)自平衡索框架系統(tǒng)解決?？蚣芰合聮熘锌詹Ａ?形成通透展廳屋蓋。由于正樓臺(tái)面金磚不平整,每個(gè)框架柱下均設(shè)置可調(diào)基座,通過(guò)它調(diào)整各柱,使其荷載均勻地傳遞到城臺(tái)上。3.樓外天間尺度不高由于新增展廳為獨(dú)立結(jié)構(gòu)體系,直接放置在午門(mén)正樓內(nèi)臺(tái)面上,對(duì)午門(mén)結(jié)構(gòu)未作任何擾動(dòng),也不與午門(mén)結(jié)構(gòu)相連。因此,新增展廳對(duì)午門(mén)結(jié)構(gòu)體系不產(chǎn)生影響,只是因本身的質(zhì)量而對(duì)午門(mén)結(jié)構(gòu)作用荷載。五、空調(diào)設(shè)計(jì)空調(diào)設(shè)計(jì)立足于文物古建保護(hù)和展品保護(hù)兩個(gè)方面。1.古材料生態(tài)保護(hù)午門(mén)正樓是木構(gòu)建筑,已經(jīng)歷了數(shù)百年時(shí)間,木材已達(dá)到平衡含水率以下,木材的物理、生物性能均已穩(wěn)定。為避免恒溫、恒濕環(huán)境對(duì)古建木結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,經(jīng)專家論證確定了保護(hù)方案:對(duì)于展廳玻璃結(jié)構(gòu)外的過(guò)渡空間,相對(duì)濕度全年控制在40%以下,以防止霉菌等微生物的產(chǎn)生;對(duì)于暴露于展廳恒溫、恒濕環(huán)境內(nèi)的金柱,逐一進(jìn)行特殊的表面處理。2.采用了熱循環(huán)技術(shù)從展品保護(hù)出發(fā),對(duì)展廳環(huán)境提出較高的恒溫、恒濕要求,設(shè)計(jì)溫度確定為20±3℃,設(shè)計(jì)濕度為55±5%。由于古建本身保溫性能較差,室內(nèi)環(huán)境易受到室外氣候變化的影響,很難達(dá)到恒溫恒濕要求。因此將正樓內(nèi)展廳設(shè)計(jì)為兩層空間。展廳圍護(hù)結(jié)構(gòu)與原正樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的夾層為過(guò)渡空間,設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行恒定溫度控制,以消除外圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷熱負(fù)荷對(duì)展廳的影響;而在內(nèi)部玻璃展廳,空調(diào)系統(tǒng)僅負(fù)擔(dān)消除室內(nèi)人員及設(shè)備熱負(fù)荷,較為容易實(shí)現(xiàn)恒溫、恒濕控制。展廳對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫濕度的均勻性要求極高,是常規(guī)設(shè)計(jì)手段難以達(dá)到的。本次設(shè)計(jì)采用流體力學(xué)數(shù)值模擬技術(shù),對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析及評(píng)價(jià),最終選定地板送風(fēng)、側(cè)上回風(fēng)的氣流組織形式,并通過(guò)調(diào)整柱礎(chǔ)送風(fēng)口和地面百葉送風(fēng)口的送風(fēng)比例,使其能夠較好地保證室內(nèi)熱環(huán)境的溫濕度均勻性,從而保證展品的安全。同時(shí)采用較低的地板送風(fēng)速度,避免了“吹風(fēng)感”,保證了室內(nèi)參觀人員的熱舒適性。由于新增展廳內(nèi)溫度與夾層之間的溫差只有3度,不會(huì)對(duì)午門(mén)正樓木結(jié)構(gòu)的力學(xué)物理性能產(chǎn)生影響。展廳內(nèi)部有足夠的新風(fēng)換氣次數(shù)、室內(nèi)空氣均經(jīng)過(guò)清潔過(guò)濾,通過(guò)對(duì)金柱表面油漆的消毒處理,可防止霉菌等微生物的產(chǎn)生,展廳內(nèi)的濕度也不會(huì)對(duì)古建產(chǎn)生不利影響。總之,新增展廳既為展品提供合適的環(huán)境,通過(guò)控制又能在高濕季節(jié)除濕,某種程度上改善了文物古建的環(huán)境條件。六、電氣設(shè)計(jì)電氣設(shè)計(jì)圍繞文物保護(hù)、體現(xiàn)文物古建的原有風(fēng)貌、提供適合展品的照明設(shè)計(jì)、提供宜人觀展環(huán)境與保證安全供電等方面展開(kāi)。1.知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和利用,建立了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體系為了烘托午門(mén)正樓的原有風(fēng)貌,在展廳上部設(shè)置上照型泛光燈,以反映古建的原有天花彩畫(huà);通過(guò)對(duì)展廳內(nèi)的柱礎(chǔ)作重點(diǎn)照明處理,反映古建的原有結(jié)構(gòu)體系;通過(guò)對(duì)展廳外正樓內(nèi)夾層環(huán)境作重點(diǎn)照明表現(xiàn)、在隔墻上下部設(shè)置玻璃,體現(xiàn)展廳在古建中的空間關(guān)系。午門(mén)展廳為多功能展廳,全部采用人工光。為了適應(yīng)和滿足各種展品的照明要求,展廳內(nèi)采用固定燈軌與移動(dòng)燈具相結(jié)合的方式,軌道布置配合吊頂設(shè)計(jì)覆蓋所有的展位,軌道安裝在玻璃之間,以保證展廳吊頂?shù)耐暾烙^。在展廳地面布置相應(yīng)的插座,以滿足各種布展需求。所有照明均有調(diào)光系統(tǒng)控制光線的強(qiáng)弱。2.保護(hù)文化遺產(chǎn)、古董和紀(jì)念碑選用防紅外、紫外線,對(duì)文物古建和展品無(wú)損害,具有完全顯色性的光源。3.災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與照明為了滿足各種展覽要求,展廳還配備了供配電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、空氣采樣及早期火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、背景音樂(lè)廣播與公共廣播系統(tǒng)、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)綜合布線系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)等。由于選用了對(duì)文物古建和展品無(wú)損害,具有完全顯色性的光源,照明不會(huì)對(duì)文物古建和展品造成損害。通過(guò)展廳環(huán)境照明設(shè)計(jì),還可最大程度地體現(xiàn)古建的原有風(fēng)貌,展示故宮午門(mén)的特有魅力。七、對(duì)新增條件的探討綜合分析各種因素、通過(guò)各項(xiàng)科學(xué)研究、采用切實(shí)可行的解決方法,午門(mén)展廳在不改變文物古建風(fēng)貌、結(jié)構(gòu)受力體系以及對(duì)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生損傷的同時(shí),不僅滿足展廳的各種功能要求,而且使展品與文物古建相得益彰。午門(mén)展廳的設(shè)計(jì)不僅最大限度保護(hù)了文物古建,也給古老的北京故宮增添了現(xiàn)代功能與氣息,是文物保護(hù)與文化傳播的一次有益結(jié)合。由于空調(diào)送、回風(fēng)管截面積較大,為了避免因其穿越過(guò)午門(mén)正樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)而對(duì)文物古建造成損害和影響,采用將空調(diào)機(jī)房設(shè)置于午門(mén)正樓內(nèi)的方案。只利用午門(mén)正樓的鏤花窗口進(jìn)行必要的空氣交換,并利用地梁結(jié)構(gòu)空間,采用地板靜壓箱送風(fēng)和兩側(cè)風(fēng)管回風(fēng)的形式,以免對(duì)正樓頂部天花造成視線遮擋。由于空調(diào)機(jī)房與展廳處于同一建筑空間內(nèi),噪音問(wèn)題成為一個(gè)需要解決的技術(shù)難點(diǎn)。設(shè)計(jì)從減振、消聲和隔聲三個(gè)方面著手,在設(shè)備選型、風(fēng)管設(shè)計(jì)、消聲設(shè)計(jì)以及隔聲墻體和門(mén)的選用中,進(jìn)行了大量計(jì)算分析及檢測(cè),以保證展廳空間的聲學(xué)質(zhì)量。在正常使用情況下新增展廳對(duì)午門(mén)作用的荷載為豎向荷載,并僅對(duì)午門(mén)城臺(tái)產(chǎn)生影響。有關(guān)午門(mén)城臺(tái)的承載能力已進(jìn)行了科學(xué)評(píng)估,在設(shè)計(jì)新增展廳時(shí)盡量減輕其質(zhì)量,確保午門(mén)城臺(tái)承載能力有足夠的安全貯備,并對(duì)城臺(tái)的變形進(jìn)行長(zhǎng)期檢測(cè),使城臺(tái)不會(huì)由此產(chǎn)生任何因受力引起的損傷。若有地震發(fā)生時(shí),由于新增展廳與午門(mén)結(jié)構(gòu)間留有足夠的間隙,城樓和新增展廳可以各自自由變形,使新增展廳相當(dāng)于設(shè)置在午門(mén)城臺(tái)上的一個(gè)阻尼器,反而可增強(qiáng)城臺(tái)的抗震能力。另外,新增展廳與城臺(tái)臺(tái)面間設(shè)有專門(mén)的隔離層,確保新增展廳結(jié)構(gòu)柱基礎(chǔ)的單位應(yīng)力小于臺(tái)面金磚及其下灰土層能夠承受的值,確保臺(tái)面金磚和城臺(tái)不因局部應(yīng)力集中而發(fā)生損傷?？傊?新增展廳既與午門(mén)融合在一起,又未改變午門(mén)結(jié)構(gòu)受力體系;既滿足展廳本身對(duì)結(jié)構(gòu)的要求,又突出午門(mén)結(jié)構(gòu)的原貌;新增展廳雖增加午門(mén)荷載,但設(shè)計(jì)了符合午門(mén)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)的展廳結(jié)構(gòu)體系,使之傳力合理,不但不會(huì)導(dǎo)致午門(mén)結(jié)構(gòu)損傷,反而改善了它在某些方面的受力性能。建設(shè)單位:北京故宮博物院展廳:750.69m2,高度:6m(局部4m)機(jī)房:101.71m2,高度:4m東耳房:113.28m2,高度:3.8m西耳房:113.28m2,