既有建筑综合改造技术分析与应用实践

曹淑上，张京街，袁兵，张由，潘廷明

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

0 引言

我国是世界上既有建筑存量最大的国家，目前既有建筑面积已超过600亿m2。上世纪六十年代及以前的建筑，已接近或超过原设计50年的使用年限，诸多建筑老化严重、耐久性不足、存在安全隐患，七、八十年代及九十年代初的建筑标准较低，诸多建筑使用功能差，有些建筑材料使用不当、施工质量较差，埋下了安全隐患，短寿命建筑频现，近二十年修建的诸多建筑也逐步进入功能退化期、亟待维修。因此，大量的既有建筑存在安全性差、抗震性能差、耐久性不足、使用功能不完善、高能耗、舒适性不足等问题，不平衡不充分发展情况严重。如果把存在问题的既有建筑全部拆除是不现实、不可能的，并且是一种极大的资源浪费，还会造成严重的环境问题。因此，现阶段国内诸多发达省市已经进入了新建与既有建筑综合改造和城市更新并重的阶段，随着既有建筑综合改造和城市更新行业的快速发展，我国必将加快进入以既有建筑综合改造和城市更新为主的第三阶段的步伐，因其具有令人瞩目的发展前景和潜力。

1 既有建筑综合改造与再利用类型分析

现阶段国内对既有建筑综合改造、再利用政策及实施现状，大致可分为三个类型[1]。

1.1 文物保护建筑与历史优秀建筑的保护与利用

建筑是人类社会发展、变迁的见证，是时代的一面镜子，是凝固的历史，文物保护建筑与历史优秀建筑是前辈人民的智慧结晶，更是珍贵的不可再生资源，必须特别重视，予以保护，我国也制定了一系列的法律、法规和规程，加强了对文物保护建筑的法律保护。

1.2 既有城区综合改造更新

既有城区综合改造更新一般包括既有居住区、既有公共建筑区、既有工业厂区改造三类，重在对成片既有居住区、既有公共建筑区、既有工业厂区进行综合规划、改造、更新，促进城市协调发展。

1.3 单体建筑为主要对象的综合改造

既有建筑改造的发展是以单体建筑为主要对象的结构性加固改造，提升为综合改造，进而发展为对既有城区进行的综合改造和城市更新。限于既有建筑业主产权及当前改造需求的零散性，以单体建筑为主要对象的综合改造仍然是目前阶段的重要领域。

2 既有建筑综合改造技术路线图

既有建筑综合改造与新建建筑及城区有着截然不同的特点，新建建筑是“从无到有”的过程，项目实施相对单纯，而既有建筑综合改造则是“从有到有”的过程，受限条件多，必须以对现状建筑结构的检测鉴定为基础、关键，并贯穿改造的全过程。经过实践分析，现有的总承包模式EPC、EPCM、DB等必须嵌入检测鉴定环节才能保障项目的顺利实施，为此，提出了TEPC（Test，Engineering，Procurement，Construction）一体化、全过程总承包模式，对于较小规模工程可采用TBD（Test，Design，Build）总承包模式。拟定既有建筑综合改造技术路线图如图1所示。

图1 既有建筑综合改造技术路线图

2.1 既有建筑基本档案建立

由于诸多既有建筑存在技术资料不齐全、甚至丢失的情况，在既有建筑改造前应首先建立基本档案，内容一般包括勘察报告、设计图纸、施工验收资料、使用历史情况、以往检测鉴定报告、历史维护改造资料等相关技术资料。有相关技术资料的应进行详细的现场查勘、确认技术资料和现场的差异性；遇到技术资料丢失部分，应及时进行补充建档勘察、建筑结构及设备等图纸测绘。

2.2 既有建筑改造前检测、评估

综合考虑建筑现状、改造方式、功能需求等因素进行改造前检测、评估，对既有建筑各方面的性能现状进行全面检测、评估。主要包括对既有建筑改造前安全性能、耐久性能、抗震性能、节能性能、消防、设施性能等方面进行检测、评估。

2.3 既有建筑改造内容可行性诊断、确定

根据既有建筑改造前检测评估结果、改造要求，分析各项改造内容的可行性，确定改造方案。该项目工作是既有建筑改造后续设计、施工、改造效果能否实施与实现的前提，必须经历对各项改造内容可行性进行充分的认识和反复论证的过程，才能起到事半功倍的效果，为此，在技术路线图中单列该项工作。

2.4 既有建筑综合改造设计

既有建筑综合改造工作对改造设计提出更高的要求，改造设计必须充分考虑既有建筑的基础条件、设计的可实施性与操作性，充分利用检测手段，加深对原建筑的了解，坚持动态设计、动态检测、动态施工。值得注意的是，在既有建筑综合改造设计中，结构专业担负着更加重要的角色，原有建筑结构安全可靠性的判定、各项改造实施的可行性、改造后建筑可靠性等各项工作必须由结构专业做出仔细的分析和判断，并采取可靠的措施。

2.5 既有建筑综合改造施工

既有建筑综合改造施工是“从有到有”的过程，现场受限于原有建筑、周边毗邻建筑等，施工受限条件多、风险高，在坚持动态设计、动态检测、动态施工的同时，必须加强改造施工过程的风险评估及项目管理。

2.6 工程竣工与后期运维

对于既有建筑综合改造工程而言，考虑后续使用年限、改造功能提升、加固项目较多、新材料、新技术、新工艺应用等因素，必须加强工程竣工后的运维管理。建议对工程规模较大、改造技术难度大、风险较高、文物保护及历史优秀建筑、高等级使用安全保障的项目，采取安全与能效管理智能化监测措施，建立智能化运维系统。

3 既有建筑综合改造技术分析

对于既有建筑综合改造而言，技术选择尤为重要，是关系改造能否实现的前提条件。根据当前既有建筑面临的突出问题和改造形成的多专业市场选择，既有建筑综合改造技术体系主要包括改造前各项性能评价技术、各专项改造技术、运维与监测技术等。

3.1 改造前各项性能评价技术

既有建筑改造前各项性能评价对改造方案的制定具有重要作用，事先应根据拟改造的内容和需求进行相关内容的检测、评估、诊断、评价，对各方面性能现状进行了解，评估改造可行性。

当前，发展的改造前各项性能评价技术主要包括建筑可靠性鉴定（包括安全性、使用性、耐久性检测鉴定）、抗震性能鉴定、节能检测评估、环境性能检测、消防检测评估、排水管道内窥检测评估、水电性能评估等。

3.2 既有建筑各专项改造技术

既有建筑的综合改造是项综合的、复杂的系统工程，需要多项专业的配合。目前，形成的各专项改造技术包括：建筑结构安全与耐久性能改造技术、抗震加固技术、历史优秀建筑及文保建筑保护与修复技术、加装电梯改造技术、既有建筑拓展空间功能改造技术、建筑节能绿色与立面改造更新技术、给排水及防水系统改造技术、电气与智能化系统改造技术等，如表1所示。

3.3 运维与监测技术

随着智能化监测技术及BIM技术的发展，既有建筑智能运维技术应运而生。现阶段，已实现物联网终端仪器的高度集成和监测数据的远程在线同步采集、智能化监测及运维知识资源库的建立、基于物联网和BIM技术的结构安全智能化监测系统，形成了互联网、大数据、BIM技术、人工智能技术融合运用于既有建筑运维中。智能监测已应用于结构安全监测、能耗监测、给排水监控、电梯与扶梯监测、室内外环境监测等领域，成为智慧城市的基础性工作。

4 既有建筑综合改造实践

4.1 公共建筑综合改造案例之会议室改造工程

2018年1月，某会议中心对其主要会议室进行了改造，该改造未涉及会议中心建筑外观改造，主要改造目的为提升会议室功能级空间布局改造，进行了会议室的空间与结构改造、电气与智能化改造、室内装饰改造、空调节能改造工程、会议功能及设备改造、室外环境改造等。该项改造工程中为拓展空间实施的抽柱工程颇具技术特色，为该类结构拓展空间抽柱工程提供了新的思路，限于篇幅，现着重对该项技术进行介绍。

表1 既有建筑专项改造技术汇总分析表

图2 会议室二层改造区域结构布置图（mm）

4.1.1 抽柱改造的箱型梁板转换结构设计

该工程改造区域主体为4层框架结构、网架屋面结构，抽柱改造工程位于二楼会议室，抽柱区域上方三楼为大型阶梯会议室。改造区域结构平面布置如图2a所示。

改造前对会议室结构安全性进行了检测、鉴定，原结构安全性满足设计要求，经分析评估，该项目具备改造条件，可进行改造。

该改造工程要求不得明显降低室内净空、并保证较为充足的结构安全储备，抽柱后对应区域梁的加固不能用常规的竖向增大截面方法。经多个方案比选，确定采用一种新型的局部改变结构型式方法进行改造，即：将原主次梁结构增设底板形成多箱型结构受力体系，大幅提高原结构的承载力以及刚度，改造平面布置如图2b所示。该项技术现已授权国家实用新型专利，主要包括原结构主梁、原结构次梁、新增主梁以及新增次梁共同构成该转换体系的肋梁，原结构楼板和新增底板共同构成该转换体系后箱梁的顶板与底板，并对相邻区域抽柱后承载力不满足要求的梁采用粘钢的方法进行加固。

4.1.2 抽柱改造过程监测与荷载试验

该项目施工实施过程中，对抽柱工程影响到的主要结构应力及挠度进行了监测，监测数据均未超过计算值，施工过程安全可控。施工完毕后对改造区域进行了荷载试验，采用加水荷载的方式，进行了箱梁及框架柱控制截面应变、挠度测试，试验结果表明：结构安全性满足要求，可投入正常使用。

4.1.3 使用阶段的变形监测

项目改造竣工后，对使用阶段进行了变形监测，目前结构变形已趋于稳定，并为运维阶段提供了初始数据和基础。

4.2 工业建筑民用化改造案例之鹅岭印制二厂文创园

重庆印制二厂历史悠久，1939年建立之初这里被称为“民国时期的中央银行印钞厂”，1953年成为重庆印制二厂，曾是重庆的彩印中心和西南印刷工业的彩印巨头。当年名声显赫，闻名于世。2012年，二厂整体搬迁，原来老旧的厂房依然保存；2014年，渝中区政府规划重庆印制二厂区打造一个文创公园，项目原建筑面积约3万m2，共35栋，初期开发11栋，其中诸多厂房修建于上世纪四五十年代。2018中国城市更新论坛上，鹅岭二厂以高票入选全国十大“老城复兴”案例，是西南地区唯一入选案例，它集文、商、旅于一体，成为重庆市工业遗产保护性开发的代表性文创品牌园区。

4.2.1 改造原则及目标

1）坚持“修旧如故”的原则与“生长的城市”的理念，实施 “有机更新”，最大限度保持原建筑历史风貌的同时，又恢复旧厂区的活力、不断生长，保护与利用相结合。

2）坚持“安全、适用、经济”原则，确保建筑结构安全、实施加固改造，改变原厂房功能为商业及办公，进行民用化改造，按照现代适用功能，调整室内布局，提升建筑使用功能，并进行了较为全面的改造。

4.2.2 改造技术与实践

先期改造的单栋建筑中，以原印铁车间改造为酒店较为典型，下面主要简介该项目建筑及结构改造部分内容。

1）既有建筑基本档案建立

由于该工程建设资料不全，仅存零星资料，首先对该工程进行建筑及结构测绘、使用及维护改造历史调查，建立房屋基本档案。原印铁车间建设于20世纪70年代，现状为3层钢筋混凝土框架-砌体混合结构，房屋原设计为地上2层钢筋混凝土单跨框架结构、跨度13m、柱距5m，第三层为后加建砌体结构，基础为条石基础，楼板、屋面板为预制板，1层层高约7.5m、适于夹层，2—3层层高约5m，总建筑面积约2130m2，现场测绘的一层平面图如图3所示。

2）既有建筑改造前检测鉴定

图3 一层建筑平面图（单位：mm）

图4 柱、挑梁加固断面图（mm）

根据改造需求，该房屋主要进行了结构安全性能、耐久性能检测鉴定。经检测鉴定，对地基基础进行检测，核查了房屋地基持力层及基础形式，对上部结构混凝土结构及砌筑材料参数进行了现场检测，对该房屋相关构造措施进行检测，并对房屋病害及耐久性问题进行了分类和统计，检测鉴定结论为：房屋地基基础安全性满足要求，上部结构安全性能及耐久性能不满足要求，应进行加固处理。

3）既有建筑改造内容可行性诊断、确定

根据既有建筑改造前检测评估结果、改造要求，分析各项改造内容的可行性，确定改造方案。该项目为老旧厂房改造为酒店建筑，原建筑面积约2130m2、改造后建筑面积达3000多m2。

根据改造需求，该项目改造内容包括：结构安全与耐久性能改造、拓展空间功能改造、加装观光电梯改造、建筑外立面改造、给排水及防水系统改造、电气与智能化系统改造、消防改造、室内装修工程改造等。

其中，结构安全与耐久性能改造，是整个改造的基础性工作。

拓展空间功能改造，是价值提升和利用的重要方面，原厂房建筑室内空旷、设计荷载较高，经加固后适于改造设计中灵活的空间分割、功能划分。主要包括一层增设夹层改造作为客房，既可创造宽敞的首层大堂空间、增设螺旋楼梯，又可有效利用空间；二层、三层建Loft客房改造；该项目屋面江景特色鲜明，在屋面层加设架空层设置星光泳池，并局部采用钢结构加层，用以观景，同时提升商业价值。在临江侧各层设置观景平台、对侧原挑梁区域设置走廊。

加装观光电梯改造，是出于功能、观光等各方面要求设置，拟设置在（16）/（A）轴一侧，对房屋原结构安全影响较小。

建筑外立面改造，必须考虑施工的可操作性及安全性，尊重原建筑外观的同时兼顾酒店建筑特色，按客房及功能需求对原建筑门窗等进行更新设计，立面其余区域多采用做旧灰色涂料、体现原建筑特点。

其他方面，给排水及防水系统改造、电气与智能化系统改造、消防改造、室内装修工程改造等主要根据改造为酒店建筑后的具体需求实施。

4）结构加固改造关键技术

该项目加固技术是整个改造能否实现的关键，本节对结构加固的几项关键技术进行介绍。

① 临江侧增设观景平台技术采用增设钢结构梁柱结构体系，并与原框架结构相连，钢梁与原框架柱采用锚板螺栓连接；对侧走廊挑梁采用增大截面法进行加固处理、并将原框架柱牛腿以上区域增大截面，增强走廊挑梁与原框架柱整体性及协同受力，牛腿以上框架柱加固、挑梁加固截面图如图4所示。

②一层增设夹层技术采用钢结构梁、钢筋混凝土楼板组合体系，钢梁顶部设置间距不大于150mm的剪力键，新增钢梁与原框架柱采用锚板螺栓连接，各向锚板同高、相邻锚板焊接、锚板与柱间缝隙灌浆密实相连形成整体，保障新旧体系的节点连接可靠性、耐久性。

③一层新增双螺旋楼梯技术采用空间轻型钢结构体系，外径3.24m、内径2.16m，螺旋楼梯上部与新增夹层梁相连，下部设置钢筋混凝土独立基础。

④由于原屋面承载力不满足功能提升使用 （设置星光泳池、临时钢结构商业用房、绿化景观等）要求，屋面利用加固技术主要采用新增钢结构梁柱体系架空层承载功能提升使用荷载的方法，并对三层钢筋砂浆面层砖柱采用包钢加固进行处理，向下延伸至少900mm保证与下层框架柱的连接，向上与新增钢结构架空层连接，形成整体受力体系。

5 结语

经过多项工程的实践，我们意识到既有建筑综合改造是一项需要各专业高度融合，甚至是相互依存的系统性工作，特别是建筑与结构专业的配合往往是改造能否达到预期效果和施工可实施性的关键。在改造中应贯彻城市有机更新的理念，保持原有的城市肌理，甚至保持原有建筑外貌不变，达到变和不变的内在统一，持续推动既有建筑综合改造与城市有机更新工作的开展。