里弄建筑综合更新改造关键技术

WANG Weimao

0 引言

里弄建筑是上海近代历史建筑的重要形式，海派文化的重要特征，是应继承和发展的城市文化遗产。但是，历经近百年的里弄建筑多数结构老化、功能缺失、设备落后，已严重不适应现代居住生活的需求。随着上海持续探索里弄建筑的保护更新利用，相继出现了商业开发新天地、渐进开发田子坊、保护性修缮步高里模式。2017年，上海开始以城市有机更新的“留改拆”并举全新理念推进旧区改造工作，里弄建筑更新改造不断地创新思路、模式和方法，出现了以春阳里为代表的内涵式综合更新改造。由于本体特色的复杂性和改造内容的多样性，该类里弄综合更新改造项目具有一定的特点、难点和相应的关键技术。本文将通过总结相关内容，以期为“十四五”期间里弄建筑保护更新的新思路、新方向提供技术支撑和参考。

1 里弄建筑综合更新改造模式的原则

里弄建筑继承江南传统民居，借鉴欧洲毗邻式住宅，在发展过程中历经沉淀形成独特地方海派特色，成为相当时期内上海住宅主要形式、典型的生活空间[1]。石库门里弄、新式里弄、花园里弄和公寓里弄的各式里弄构成了城市肌理最重要的建筑特色和风貌特征，也是海派文化的重要组成部分[2]。保护城市文化遗产，就必须保护好、利用好里弄建筑。但是，里弄的过度使用、老化严重、设施设备不足、居住条件恶劣导致民生问题突出、改造呼声强烈，改善民生也就必须改造里弄建筑。随着旧区改造和城市建设发展，以往“拆改留”的模式也在一定程度上导致了里弄数量的不断减少和城市风貌持续弱化（图1）[3]。

图1 上海里弄建筑存量变化情况

“十三五”后，上海确立了城市有机更新，以保护保留为主的“留改拆”全新思路。在保护和改造的双重需求下，里弄建筑更新改造也从小修小补、大拆大建和“留房不留人”等发展出一种能够传承社会文化、完善基本功能、提升结构性能、延续历史风貌、提升环境品质的综合更新改造模式，相继出现了春阳里、承兴里、金城里、长阳路50弄等代表性项目（图2）[4]。

综合更新改造模式的主要原则为：

（1）解决民生问题，完善基本功能。通过功能空间模块重组或功能区再分配等优化组合方式调整，形成独立完善的厨卫空间。

（2）以保留保护为主，传承历史风貌。延续原生态原居民生活场景，原样保留保护弄堂格局、外墙、石库门等特征，修缮损坏、复原破坏。

（3）提高结构性能，提升功能品质。解决材料老化、超荷服役、规范“超限”等问题，完善满足现代生活功能需求。

2 技术难点分析

在上述三重要求下，里弄综合改造模式下的实现途径和技术路线可以总结为：①以“拆除-新建”的方式置换内部的全部或局部结构，实现内部功能空间布局调整优化；②在改造过程中，自始至终原样保留外墙、石库门墙等外立面墙体，并进行加固、实现风貌保留，加固方式包括植入构造措施构件（圈梁或构造柱）或改为组合砖砌体；③将内部置换的新结构和保留加固的老结构建立连接，形成“新-老共同体”的结构体系；④在结构完成后，全面修缮恢复外立面、屋面和特色内装饰，实现特色部位保护；⑤适当植入现代功能设备，增加保温节能措施，满足现代生活功能需求。

图2 里弄建筑分类及代表性工程项目

在实施过程中，还存在以下技术难点与需要解决的技术问题。

2.1 结构安全的保证

结构安全包括施工过程的安全和永久结构的可靠，需要解决以下问题。

（1）“加固-拆除-新建”的结构置换加固流程，包括整体和局部两个方面。其中，整体流程指施工段划分与流水组织，局部流程是对分部分项工序安排。流程是由新-老构件“碰撞”决定，却又受到拆除后残余结构安全的制约，交错复杂。

（2）对保留墙体加固“微创”式植入水平构件时，涉及到临时施工托换，存在安全风险。

（3）保留墙体施工过程的安全控制，无论流程如何设计，在特定工况下缺少了原来横向中间约束和水平支撑，水平荷载作用下的稳定性不容忽视。

（4）新-老结构之间形成可靠连接后，才能形成整体结构协同受力，“两张皮”的情况不仅导致外墙依旧缺少侧向支撑而存在安全隐患，还可能导致竖向结构的承载力不足和水平构件搁置支座滑移。

2.2 历史风貌的延续

尽管外墙等重要的特色建筑予以保留，但因多年使用老化损坏或历经改造面目全非；内部天花线脚等特色部位也因内部结构改造而不复存在。在缺乏技术资料的情况下，恢复外立面、石库门等部位的原有特色风貌，成为保留保护的难点，也是重点内容。

2.3 更新改造的实现

由于保护与功能、结构需求之间的矛盾性，导致了建筑、结构、设备之间的“碰撞”，加上里弄改造工程往往周边环境复杂、施工条件苛刻，需要解决施工组织、安全防护、低影响施工和狭小场地施工等问题。

3 关键技术

针对以上技术问题和难点，笔者总结归纳了里弄建筑综合更新改造5个方面的14项关键技术。

3.1 保留外墙安全维持与加固技术

3.1.1 保留墙体安全分析

3.1.1.1 高厚比构造分析

根据《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011），对7段保留墙体的高厚比进行验算（表1）。结果表明，拆除横墙后，除石库门墙均超过规范构造要求。

3.1.1.2 保留墙体变形与受力分析

为进一步分析保留墙体安全形状和支撑措施，选取长阳路50弄工程建立Midas GEN模型进行数值分析（图3～7）。

表1 高厚比β 与规范允许高厚比［β］的比较情况

图3 横墙存在初始状态

图4 拆除横墙自由状态

图5 基础加固拆除横墙状态

图6 有临时支撑拆除横墙状态

图7 有基础加固临时支撑状态

（1）材料：按各向异性、砌体塑性。

（2）边界条件：横墙和山墙为外墙一般支承，地基土用基床系数模拟为弹性支承。

（3）荷载：自重和风荷载，基本风压 按10年重现周期取0.40 kN/m2，按独立墙壁取1.3。按外侧来风考虑计算5种典型状态的外墙水平位移情况。

结果表明：①拆除横墙后保留外墙变形特别明显，达到初始状态900倍；②采取脚手架钢管支撑体系对墙体施工过程保护非常有效，在无/有基础加固时，墙体最大变形减小至无支撑状态的1.33%和2.62%；③考虑基础加固后，外墙变形有所减小，在无/有临时支撑情况下，最大变形减小至40%和80%。

3.1.2 保留墙体临时支撑方案设计

根据分析结果，临时支撑体系方案如下：

3.1.2.1 体系构成

采用Ф48×3.5脚手架钢管搭设，立杆步距1.8 m，纵距、横距均按1.5 m，并按纵距节点设置60°抛撑。

3.1.2.2 支座与连接

立杆、抛撑底部设刚性支座，可埋置于墙体加固的抬墙梁、扁担梁延长段或另浇卧地梁。支撑与墙体内外设置双拼Ф48通长横杆、1点/ m2梅花对拉螺杆和山形卡固定。

3.1.2.3 附加措施

拆除内部横墙时，在纵横墙交接处横墙余1砖以上，形成局部壁柱效果。如有基础加固设计，优先考虑完成基础加固施工。

3.1.3 保留墙体加固技术

3.1.3.1 基础加固置换

主要为扩大截面法、抬墙梁法、组合基础法（筏板、锚杆静压桩）等形式（表2）。

3.1.3.2 上部墙体加固技术

一般有钢筋网片+砂浆或混凝土形成组合砖砌体、植入圈梁（避潮层）或构造柱构件两种方式。为解决水平构件植入，形成掏拆墙洞、短柱支撑、分段置换的工法，以分段、间隔、间歇作业进行置换（图11）。随掏拆洞口置入钢板凳，确保“超掏”时，填充微膨胀型高强度自密实砂浆；单元段完全支顶后方可拆墙，并在1 d内完成后续施工内容，浇捣微膨胀型自密实混凝土。

表2 基础加固置换形式分类统计情况

图8 扩大截面法基础加固

图10 抬墙梁法基础加固

3.2 结构体系安全性能提高技术

新-老结构可靠连接是重点内容，钢柱-保留墙、钢筋混凝土柱-保留墙连接节点及其施工是重中之重。

3.2.1 钢柱与墙连接节点

通过设置钢筋混凝土构造柱与墙体单侧加固，实现连接。施工流程为：①分层施工钢柱，上焊栓钉；②墙内加固拉结筋与钢筋网片、构造柱钢筋；③墙体M15砂浆加固，初凝后凿除构造柱外50 mm、界面凿毛，浇捣构造柱C30混凝土（图12）。

3.2.2 混凝土柱与保留墙连接节点

混凝土柱与墙体连接节点的施工相对简单。对保留墙体剔拆半墙或掏拆墙整墙局部，随柱钢筋绑扎节点拉结筋或拉结钢筋笼，同步浇捣混凝土或后用灌浆料填实（图13）。

3.3 特色部位保护修缮技术

各类里弄特色明显、特征突出，特色部位修缮技术包括传统材料工艺传承、新材料和新技术应用（表3）。

图11 保留外墙增设水平钢筋混凝土构件

3.3.1 特征元素识别提取

针对缺少图纸资料且传统二维图纸无法清晰描绘的难题，采用三维激光扫描和倾斜摄影技术提取石库门、天花线脚等特征部位的几何物理信息（图14、15），精确实施翻样制作或指导施工。

图12 钢柱与保留墙体连接节点施工工序

图13 钢筋混凝土与保留墙节点施工

3.3.2 特色部位损伤精准查勘

针对抹灰类外饰面的空鼓渗漏问题，采用红外成像法精准定位损伤的部位和范围（图16），提高挖补修复的施工效率和质量。

3.3.3 传统材料与典型构造的分析应用

针对规制不清的问题，根据相关工程和文献统计，形成传统材料与典型构造统计数据库（表4、图17）。

3.3.4 传统工艺继承发展与新技术应用

（1）清洗施工采用5 MPa低压水或中性活性酶清洗，局部污损严重的采用涂膜剥离脱漆剂；有反碱及潮湿部位则采用排盐灰浆进行排盐处理。

图14 三维激光扫描石库门与点云模型

图15 三维激光扫描测绘天花线脚断面

图16 红外热像法检测外饰面情况

表3 各类里弄分类特征与特色部位

（2）新式石库门斩假石门框按传统工艺修复，白水泥粉刷石渣面层3 d内试剁，里侧为横纹、外侧为顺纹，先横后顺，剁掉石渣1/3。

（3）清水墙砖根据损坏情况分别以砖粉、砖片（块）手工修补。灰缝按底缝、面缝两次进行，高强勾缝剂从上至下先水平缝、后立缝，元宝缝平、立缝确保形成45°半圆交角。

（4）水刷石墙面裂缝采用开槽法填补，空鼓损伤挖补法修复。修复前，用水泥石子浆料逐级试配、小样比较方式确定，并在初凝前自上而下洗刷。

（5）中瓦屋面按出楞做脊、樽楞铺瓦、压顶出线粉刷等传统构造恢复。平瓦屋面均采用18#铜丝全扎绑扎铺瓦，各类泛水先建三维模型，生成展开图后再放样制作，以确保安装精度。

3.4 功能环境品质提升

（1）在功能空间拓展上，引入整体卫浴部品，提高施工效率与绿色施工水平。

（2）应用新型门窗材料、保温材质并优化屋面保温构造，在顺水条之间逐仓镶嵌保温模块，避免了风貌破坏。

3.5 施工组织与实现

3.5.1 施工流程设计

3.5.1.1 一般总体思路

施工组织的总体思路为：地基基础加固→保留墙体支撑→相应部位拆除、内部基础施工→新建结构与结构加固→新老结构连接节点处理→特色部位修缮。

3.5.1.2 结构置换流程

根据施工安全的需要，选取正向或逆向置换。

（1）正向置换，即先拆除水平结构和横墙，再自下而上依次完成新建结构。

（2）逆向置换，即拆除水平结构但暂留横墙，自下而上完成新建结构并与保留墙体形成连接，横墙处断开并预留连接钢筋；再自上而下拆除横墙并补齐新结构。逆向置换对保留墙体的安全有一定作用，但施工效率会收到影响。

3.5.1.3 构件加固置换施工流程

以基础加固为例，按里弄建筑单元分幅、分阶段施工（图18）。为将土体开挖、墙体开洞对墙体的安全影响降至最低，扩大截面法与抬梁法采取区块与轴线“双跳仓法”施工，以避免造成墙体内外土压力差异过大；筏板组合基础先完成内、外暗梁及销键施工、预留钢筋接头，再分区拆除内部结构，浇捣内部筏板基础。

3.5.2 施工图深化

为了保证施工的顺利实施，需要对关键部位、关键工序和关键工艺的设计图进行深化。

（1）设计原则性内容的深化主要为：对均布加固构件（如基础销键）的具体位置排版深化、细部特色部位具体构造尺寸深化、清水砖墙面排版等。

表4 里弄建筑常用砖规格统计表

图17 里弄墙柱砌筑排版方式统计图

（2）对设计特殊部位进行优化，主要是对墙体转角等特殊位置的精细化处理。对“碰撞”位置的优化调整，考虑到现状情况、后续结构等内容，对存在矛盾和施工碰撞的部位进行局部调整，如基础加固销键与横墙位置（图19、20）、避潮层钢板凳与结构柱的“碰撞”等。

（3）为保证风貌效果，采用三维SU模拟方式进行清水墙砌筑施工三维排版深化（图21），以更精确地控制外立面修缮效果，确保法式特征的保留。

3.5.3 数字化施工

考虑到新-老结构构件、保护与结构、设备植入与风貌保护等矛盾问题，建立BIM模型进行事前“碰撞”分析与施工过程管理，实现了新老结构、特色部位与功能设备相融。考虑保留与置换的区别，建筑内部依设计图纸建模，外部特征则主要结合无人机倾斜摄影测量和三维激光扫描获得点云数据，进行精细化逆向建模（图22）。

图18 施工单元划分示意图（典型二开间里弄）

图19 基础加固销键位置深化排版图

图20 转角处基础销键设计图与施工深化图

4 结论与展望

上海成片里弄构成了海派特色景观的“底板”，是城市更新、历史建筑保护利用的重要内容。在“留改拆”的新思路下，本文主要探讨了在当前综合更新改造模式下关键技术。

图22 承兴里新里BIM模型（建筑、设备）

（1）通过不同阶段、不同条件的安全评估分析，形成了保留墙体的临时支撑技术、基础加固置换施工技术、上部结构置换后与墙体连接节点施工技术。

（2）针对石库门、外立面和屋面等特色部位，形成保护修缮关键施工技术，包括相关传统工艺、传统构造的规格、形式和尺寸。

（3）在风貌保护的要求下，形成了三维激光扫描、红外热像法检测及施工三维排版深化技术，实现了特色部位保护与特征元素继承。

随着城市有机更新的深化，里弄建筑综合改造的需求和模式会有更大突破，城市设计、地下空间、施工装备、新型材料和智慧社区方面也将会出现更高的技术需求和发展。