塑造再生的城市细胞——城市工业遗产的保护与再利用研究

文/陈晓敏 中铁大桥局集团武汉地产有限公司 湖北武汉 430070

城市工业遗产的保护与再利用是一项艰难而长期的课题，需要法规、体制和评价体系，需要全民关注和公众参与，更需要具可操作性的保护与再利用的规划方法，利用既要服从保护，也要与老工业区更新整体规划，采取政府主导实施、启动工业遗产利用的项目、优先改善环境、多功能混合、小规模渐进式实施等策略。工业遗产再利用与文化创意产业、工业旅游产业等现代服务业结合，使工业遗产融入城市功能系统中得到有效保护。

1、工业建筑遗产保护与再利用的基本原则

工业建筑遗产的保护与再利用已经成为当代中国主要城市建设发展过程中所要考虑的重点问题之一，在这一发展过程中，如何在保持城市文脉、维系城市发展印记的前提下，为工业建筑注入新的活力、赋予新的功能、从而带动人居环境的优化和城市的可持续发展。并在开发过程中兼顾各方利益、保持常态的经济发展方式，是我们所要着重关注的一系列问题。

1.1 城市区域功能的调整与优化

当代中国，随着城市化进程的不断加快，原有城市的区域面积不断扩大、人口不断增加，导致早期所形成的城市格局与面貌已经无法承载新的城市功能。在城市的不断扩展中，大量的旧有工业区因生产滞后、空间局限等问题无法再适应现代化的生产要求，迫使大量工厂向城市的郊区迁移，通过新建厂区使之重新焕发生产活力，而遗留下来的工业遗产则因缺乏使用功能而逐步沦为城市废墟。要想使其整体区域重新与城市的功能相匹配，就必须注入新的功能使其焕发第二次生命。因此对于产业建筑地块及建筑的保护不是靠简单的修缮维护，而是意味着新的创造，达到带动都市周边环境复苏的目的。将工业建筑的保护与重新利用同城市新的发展契机结合起来，满足城市发展的要求，使他们焕发新的经济活力。同时对于城市区域经济的调整，也要充分利用工业遗产的自身特点和潜在价值，通过新的产业布局调整使其成为城市经济增长的有效手段之一，形成由工业建筑遗产为核心的经济带动点，从而辐射周边地区有效带动周边整体环境的复苏。

1.2 建筑功能的调整与置换

在对工业建筑进行改造时，应最大限度的保持其原有形态的特色，实现其功能空间的再利用。在不破坏其真实性的条件下对其多实行可逆性的改造方法，对建筑的破坏和影响必须降到最低程度，新加建的材料与结构应能够与原建筑有清晰的区分，使建筑呈现不同时期的改造痕迹。对建筑场所中丧失使用功能的生产设备，进行艺术化的再处理，使其成为改造后新功能的附属元素。巧妙的艺术再造可以使其转变为新的存在形态，呈现出一种艺术性与趣味性兼具的工业艺术品。

2、工业遗产保护与再利用

目前大家更多的会偏重于旧工业建筑室外空间和立面表皮的改造研究，较少关注其室内空间。其中武汉某厂是属于国家“一五”计划建设项目之一，某厂车间的多种功能复合模式在武汉是第一次大胆尝试，本文以武汉某厂车间为例，系统分析和梳理其室内空间改造利用的方法。

2.1 某厂车间的功能置换

某厂车间的改造是一种复合置换类型，是将几种文化艺术功能结合在一起，提供全面的文化艺术体验，通过各功能的融合，使艺术中心蜕变成为市民提供全方位、系统性历史文化体验的高地，复合功能开发的新方式契合了某厂车间的实际情况。首先，某厂车间的再利用与大片住宅区开发相结合在武汉是首例，为改造后的艺术中心带来了活力，同时改造后的艺术中心也为社区提供了一个公共空间、记忆空间、体验空间，为社区的生活提供了多样文化体验。其次，作为文化创意与跨界融合的示范区，某厂国际艺术中心将文化创意和功能融合放在首位，提倡的是开放性和原创性，为城市提供一个文化交流的平台，较为完整地保留工业生产生活的记忆。最后是功能的多样性，某厂国际艺术中心包含展览、演出、阅览、办公等多种功能，具有会展、商业空间和城市公园方式的典型特征，工业建筑再利用融合如此多的功能，在国内比较少见。某厂车间的复合功能置换类型相比较其他置换类型具有明显的优势：第一，更专注城市、社区的发展，根据所在区域的发展情况，将自身的发展嵌入社区的发展中，形成“激活式”、“补给式”的发展关系。第二，具有更强的多样性、趣味性和开放性，复合功能开发更注重公共参与和市场调节，其功能的种类和比例可依靠后期市场机制调节自我更新发展，这种自下而上的发展模式一改工业遗产往日的枯燥和乏味，增添了更多的趣味性，具有更强的活力。第三，在广度和深度两个层面上，该类型所诉求的多样性和开放性带来的是较高的传播力，使数量更多、层次更广的受众体会到工业文化的魅力。

2.2 某厂车间的重组与增扩

车间内部空间改造原则是以老建筑内部空间为切入点，通过新空间的设计实现新功能，具体设计方法体现在以下几个方面。首先，保留旧结构、增加新构件。通过结构检测可知原车间结构基本合理，结构传力线路基本清晰，结构构造和连接基本可靠，只需要对部分结构进行加固，结构的梁柱加固后基本保留，根据安全和功能需求增加柱子以表现空间的美感，保留原有的屋架及通风采光的屋顶天窗，体现了工业的结构美。最后，保持外部环境、扩展新地下空间。原有工业建筑具有较高的文化保护价值，不宜在原建筑上进行大面积改造，某厂艺术中心保留原始建筑的基础上在相邻区拓展地下空间作为运动中心，地下一层、地上一层，并以空中连廊形式与原厂房进行搭接，具有新老空间共存的特点。

3、工业遗产再利用的加固技术

3.1 结构概况

某厂国际艺术中心为既有某厂厂房加固改造再利用，原有厂房已使用47年，分为主厂房与西侧辅楼，主厂房高8.4 米，为单层厂房，辅楼2 层，为车间办公用房。按结构设计基准期50年计算，已接近设计使用寿命。厂房结构存在未进行抗震设计、混凝土碳化、墙体风化、使用过程中破坏等情况。原厂房结构形式为：独立柱基，预制排架柱，预应力折线桁架，预制大型混凝土屋面板。根据设计要求，桁架改造后荷载为8kN/m2。为了解厂房结构现状，在加固设计前需对原厂房结构进行全面、系统的检测。根据工业厂房的结构特性，重点介绍了厂房主要部位——桁架的检测加固技术。

3.2 桁架钢筋检测

采用探地雷达和钢筋定位仪测量原厂房结构的柱、基础、屋架及屋面板混凝土的内部钢筋，确定了混凝土内部钢筋的数量、位置。探地雷达无损检测法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁法，它具有无损、快速、准确的工作特点，各种工程中相关的疑难问题都能在很短的时间内得到解决。探地雷达工作的基本原理是向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。电磁波在地下介质传播过程中,当遇到存在电性差异的地下目标体,如空洞、分界面等时,电磁波便发生反射,返回到地面时由接收天线所接收。在接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程走时等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。本次检测所用仪器为瑞典MALA 公司研制生产的RAMACGPR型高精度地探雷达系统。根据探测深度及探测目标体等级，选用1000MH 屏蔽天线，该天线探测混凝土最大深度超过1 米，分辨率可达厘米级，符合检测条件。桁架钢筋检测结果见表1。

表1

3.3 桁架承载力检测

选择上述具有代表性的3 榀中间屋架进行承载力检测。在桁架下弦跨中、1/3 处和1/6 处各悬吊一铅球，铅球底部设百分表测量桁架挠度值，桁架承载力检测布置，在加载平台上堆置沙袋，桁架发生挠动，由于本试验为非破坏性试验，试验中挠度过大会使混凝土桁架开裂，故并不需要知道结构极限承载力，只需要验证结构是否能满足新的荷载要求。试验以设计单位提供的设计荷载8kN/m2 为堆载目标，逐级加载，若加载至8kN/m2 时桁架挠度小于设计规范规定的限值，则认为桁架承载力合格，不需补强。若桁架的承载力无法达到8kN/m2，桁架承载能力与8kN/m2（改造设计荷载）相差的部分需进行补强设计。为了防止加载过程中对屋架造成破坏，加载过程中应对屋架新增挠度和杆件最大应变进行控制，其中一项达到限值时立即停止加载。如果加载至8kN/m2 可能会发生结构破坏。为防止加载对屋架造成破坏，将设计荷载下的验算挠度值设定为挠度限值，当桁架的总挠度达到该限值时停止加载，将对应的荷载视为桁架的承载能力。根据计算，8kN/m2 荷载下的挠度限值为2.76mm，扣除当前测量挠度平均值1.23mm，因此加载过程中新增挠度应控制在1.53mm 内。为了使原结构在试验过程中不产生新的试验裂缝。

3.4 桁架加固设计与施工

（1）桁架加固设计。根据现场检测及理论计算，推算出桁架可承受的荷载为1.2kN/m2，无法满足8kN/m2 的设计使用要求。因此，需要对屋架进行加固补强设计。该项目桁架为预应力构件，腹杆截面尺寸小。为尽量减小加固对原结构的损伤，在桁架加固设计中对桁架下弦杆采取8mm 厚Q235B 钢材满包钢注胶加固，腹杆采取6mm 厚Q235B 钢材满包钢注胶加固，屋架上弦杆件两侧及底面采取8mm 厚Q235B 钢材满包钢注胶加固，屋架节点处采取8mm 厚Q235 钢材包钢连接缀板加固，为了防止二次装修在屋架上进行焊接对包钢和结构胶造成破坏，此次在屋架上预设了若干吊挂耳板，二次装修可直接通过耳板连接吊挂，无需再焊接吊挂点。

（2）桁架加固施工。桁架包钢注胶加固施工主要工艺如下：施工准备→施工放线→结构基层处理→钢板制作并表面处理→拼装焊接→封口→试压、灌注结构胶→养护固化→钢材表面防火处理→验收。原结构混凝土表面首先采用喷砂打磨工艺处理。喷砂打磨多见于混凝土桥面铺装施工中，利用压缩空气为动力，以高速喷射束将高强度磨料以一定的速度和角度喷射到混凝土表面，利用磨料的冲击力对混凝土表面进行切削，在清理原结构碳化层及其它污染物的同时使得混凝土表面清洁、粗糙，增加混凝土表面的附着力。既不破坏原混凝土表层骨料又不降低混凝土表层的强度，又最大限度的保存了原结构的有效截面。本项目采用粒径0.8mm-0.63mm 硅质河沙，喷嘴入口最小空气压力0.5Mpa,喷射角30-75度，喷距800-200mm。喷砂打磨后在原混凝土表面形成了均匀、细致、粗糙的宏观和微观结构，为高质量粘钢提供了有利条件。喷砂打磨工艺较传统手持砂轮打磨节约40%的工期，取得了良好质量效益和经济效益。打磨完毕后对屋架结构尺寸进行详细测量，根据测量数据对包钢钢板精准下料。为保证加工好的钢构件安装位置正确，对制作好的构件进行编号标示。钢板安装采用专门卡具以及垫片箍牢、顶紧，在钢板与混凝土面每隔一定距离粘贴小垫片，使钢板与混凝土之间留有2-3mm 的缝隙，以备压注胶液。包钢焊接通过验收后方可灌注结构胶，灌胶压力控制为0.2-0.4Mpa，从低向高逐步灌注，当下一个灌浆嘴出现胶浆后停止加压并维持10分钟左右，确保结构胶能够更好的充满钢板与混凝土结构间的间隙，封闭灌浆嘴，再按照以上方式灌注下一个灌胶嘴。直到整个节点全部灌满。待缝内胶液达到初凝而不外流时，可拆下灌胶嘴，再用环氧树脂胶泥把灌胶嘴处抹平封口。灌胶结束后，应全数检查补强效果和质量，发现缺陷应及时处理，确保工程质量，严格控制灌胶密实度达95%以上，节点区域不得空鼓。

城市工业遗产的保护与再利用成功与否，很大程度上取决于其功能与空间能否有效植入城市，可持续发展；取决于其衍生的政治、经济、社会、生态问题能否得到合理的解决；取决于对待历史的态度，把城市工业遗产的保护与再利用当作是起点还是终点；取决于是否具有可操作性的城市规划控制与引导。这是一项复杂而长期的课题，需要多学科的参与，多角度的分析，全民的关注。