新科学观下的旧建筑改造设计分析

刘明依 刘斯颖

(中国矿业大学,江苏 徐州 221116)

新科学观下的旧建筑改造设计分析

刘明依 刘斯颖

(中国矿业大学,江苏 徐州 221116)

通过研究新科学背景下衍生的理论方法与技术分析对于旧建筑改造设计方法和思想的影响，以此来优化旧建筑改造的复杂设计过程，客观的探索了科学技术手段在设计过程中所起的作用，从而使旧建筑改造设计工作的方向性更加明确，使设计方法更加完善、合理和有效。

新科学，旧建筑改造，数字技术，设计方法

1 新科学观影响下的数字技术的崛起

新科学可以解释为20世纪以来的非械论的整体性自然科学。诸如基础性学科的数学、物理学、系统科学及复杂性科学、混沌理论、涌现理论等等，这些学科大多影响着当代建筑的转变并推动其设计方法发生变革，与90年代末期迅速发展的电子计算机和信息技术，协同推进建筑学迈入数字化时代。

从前期分析、设计建构、设计表达到建造运营，数字技术的应用贯穿设计的全程运作：物理环境模拟分析、GIS系统、参数化设计、BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)，算法设计，数字图解与虚拟现实，数控建造，数字管理等新技术层出不穷[1]。

建筑学已经掀起了这股数字化浪潮，科学技术已经成为建筑创作的主要手段。而旧建筑改造实践不同于新建筑，其本身所具有的特殊性及其改造过程中的复杂性，使得旧建筑改造过程中的技术方法选择及其应用也具有了自身的特征。

2 新科学对旧建筑改造设计的影响

1)数学对旧建筑改造设计的启示。

数学，作为新科学的基础学科，在科学研究中的应用最重要的方面是建构数学模型。“科学的数学化”已然成为当今科学的发展趋势之一，而旧建筑改造的过程，是科学技术与艺术融合重构的过程，其自身的特殊性与复杂性亟需数学方法和科学技术的引入。理性的数学思维促使我们正确运用数学理论及方法去梳理、分析旧建筑复杂系统。数学方法的运用使改造过程更加系统化、科学化，更具严格性和精确性。也正因为数学所独有的理性思想，被各类学科所运用。马克思认为：一门科学只有当它能够成功地运用数学的时候，才达到了完善的地步。旧建筑改造设计作为新建筑设计的一种特殊设计类型，其改造过程受到更多条件的限制，它是对已存在环境及形态的变更,其改造处理的问题庞杂无序。在新科学发展的背景下，旧建筑改造在传统设计方法上存在的问题日益严峻，诸如设计师仅凭直觉的方法、主观的经验、简单的计算，已经不能很好地面对如此复杂的旧建筑系统工程。简而言之，旧建筑改造缺少数学理性思想的融入。基于旧建筑改造的特殊性及复杂性，更应该引入数学方法，作为其改造过程中的科学支撑数据。数学所独有的理性思想，改变了人们原有处理问题的方法，从定性方法转为定量描述，从原有的主观理解到客观分析，使得数学理性的光辉得以延续。科学技术的迅猛发展，电子计算机时代的到来，迎合了当代数学新的特点，由此而有了当今数字化时代的产生。

2)新科学与旧建筑改造设计之间的媒介——数字技术。

从技术层面上理解，建筑数字技术是在最新科学成就的基础上发展起来的。新科学观影响下的理念与数字技术，作为建筑变革过程中的催化剂，加快推进建筑观的进程。新科学观念和数字技术的结合将会为旧建筑改造提供新的设计思维、设计方式及方法。总之，新科学观影响下的理念与数字技术的结合将更新旧建筑改造的设计、建造与管理。众所周知，CAD技术的广泛应用被视为建筑工程领域的第一次变革，而BIM技术的出现也将引发建筑行业领域的第二次革命。随着数字化时代的进程，BIM技术的出现，改变了原有的设计方法及设计理念。BIM是一个全产业链的概念，对设施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息进行数字化形式的表现，从而为项目决策提供支持，有利于更好地实现项目的价值。

3 基于数字化技术的旧建筑改造设计方法

1)数字化技术在改造前期测绘中的应用。

新建筑设计前期的调研工作相对简单，可谓“平地起高楼”，简单的掌握场地的基本情况即可，诸如场地高差及面积、基础设施状况、法规限制等等。然而，相同的调研方法用于旧建筑改造上，是万万行不通的，基于其本身的特殊性及复杂性，设计者必须对原有建筑作更加深入的调研分析，如建筑结构与构造状况，美学特征、周围环境特点，功能预测等内容。然而由于旧建筑的建造年代久远，所获得的原始设计图纸深度较为粗糙不全，有的甚至没有设计图纸，只能依赖现场测量获取资料。前期测绘的难点是对于关键性的隐蔽工程如结构体系、管线走向从表现上难以全面掌握，特别是内在的裂缝、渗漏等隐蔽的缺陷容易被忽略。并且传统的测绘方法费时费力，容易产生较大的误差。在新科学背景下，将数字化技术介入旧建筑改造复杂的设计过程，可以使改造更加客观化、科学化。为此，上海现代建筑设计集团建设工程有限公司利用BIM技术在思南路旧建筑改造项目中作了一个大胆的尝试，创新总结了一套多维技术，此技术融合了多项数字化技术，包含三维扫描技术、BIM技术、虚拟现实、云应用等。贯穿旧建筑改造设计过程的始终，提高了改造设计效率，缩短了设计工期。首先，通过三维激光扫描把原来建筑的数据在电脑当中储存保留，并在改造过程当中时刻拿其与设计进行逆向对比，与扫描图像进行比对推敲。通过三维扫描仪记录历史建筑三维信息，并借助逆向工程手段生成模型，比传统测绘手段更加方便、快捷。此项目中多维技术的应用，为古旧建筑改造提出了崭新的思路和解决方案，实现了从前期测绘到后期展示的全数字化应用，取得了积极的成果[2]。

2)数字化技术在建筑性能改造中的应用。

当前旧建筑改造设计方法缺乏科学性、系统的思想，没有逻辑的反馈，其设计结果也难免出现种种失误。诸如设计师仅凭主观经验或简单的计算无法准确判断建筑改造的性能与优劣；如果在设计之初，就能够充分利用先进的科学技术如通过计算机模拟取得的科学数据作为设计构思的依据，设计过程的基础，即可提高设计的客观性和科学性。建筑性能的模拟可以借助数字化技术进行定量评估，例如照明环境分析、太阳能辐射分析、热环境分析、风环境及能耗模拟分析等等，可以满足日常建筑的基本功效。然而，由于旧建筑改造设计前，缺少合适的技术手段，一般的改造项目很难有时间和能力对日照、风环境、热环境等性能指标进行多方案阐明模拟，而BIM技术为建筑性能的阐明普及及应用提供了可能。基于BIM技术的特性，建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量的设计信息，只要将模型导入相关的性能化分析软件，例如Ecotect，GBS(Green Building Studio)，VE(Virtual Environment)，就可以得到相应的分析结果，通过BIM模型结合Ecotect软件即可以进行建筑方案热性能、日照、天然光、经济性以及建筑对环境的影响等分析，可以将建筑性能定量化，从而帮助设计师在改造前期可以选择更为高效、节能的方案。原本需要各专业人士花费大量时间输入性能模拟分析的过程，现如今可以自动完成，缩短了性能化分析的周期，提高了设计效率。

4 结语

随着时代的发展，科技的进步必然为旧建筑改造设计带来技术及工具上的更新，传统的设计方法正在逐渐转变，旧建筑改造设计方法迎来了技术变革，以数字技术为代表的当代科技深刻影响着设计师们的思维方式和工作方法。

[1] 任 军.当代建筑的科学之维[M].南京：东南大学出版社，2009.

[2] 吕 芳.思南路旧房——多维技术在古建筑群改造中的应用[J].工程质量，2013,31(2)：26.

[3] 刘 爽.建筑信息系统(BIM)技术的应用[J].建筑学报,2008(2)：41.

Analysis on old buildings transformation and design under new science view

Liu Mingyi Liu Siying

(ChinaMiningandTechnologyUniversity,Xuzhou221116,China)

Through the research on the influence of theory method and technology analysis under new science background to old buildings transformation and design, to optimize the complex design process of old buildings transformation, objectively explored the role of technology ways in design process, so that the direction of old buildings transformation and design more clear, made the design method more perfect, reasonable and effective.

new science, old building renovation, digital technology, design method

2014-11-20

刘明依(1989- ),女，在读硕士； 刘斯颖(1989- ),女，在读硕士

1009-6825(2015)04-0003-02

TU746.3

A