城市更新背景下大型公共建筑不间断运营改建技术

2021-02-23张波

建筑施工 2021年11期

张波

上海建工四建集团有限公司上海 201103

城市更新是城市发展的必然产物，目前我国特大型城市已逐步由大拆大建的发展模式迈入城市更新。然而，城市更新的发展不是一蹴而就的，而是需要漫长的经验积累和技术发展的[1]。一方面，城市更新在我国还处于起步阶段，针对建筑改造领域的技术体系标准尚未形成，改建类与新建类项目在设计、施工、管理等方面均有较大差异，以往的新建类项目经验不能直接复制于改建领域；另一方面，城市建筑类别多样，包括公共建筑、居民建筑、工业建筑等，不同建筑类型面临的更新改造需求、问题、技术途径也不相同，技术体系的形成需要大量的经验积累和专项性研究工作[2]。

1 大型公共建筑改建核心需求

大型公共建筑是城市建筑的重要组成部分，承载着社会经济、交通、医疗、文卫等各类城市主体活动，是城市的重要功能枢纽。建成年代较早的大型公共建筑，经过数十年的服役使用，机电设备老化、功能提升困难、结构存在隐患。针对这些问题，面向大型公共建筑持续利用的更新改造需求越来越普遍。传统的停业改建模式以暂停建筑正常使用为前提，对城市功能运行和社会经济带来负面影响。在此背景下，不间断运营成为大型公共建筑改建的必然选择和核心诉求。

2 大型公共建筑不间断运营改建面临的技术问题

2.1 建筑功能运营保障施工区域动态划分

大型公共建筑不间断运营改建是一个动态的复杂过程，往往是分阶段分区域逐步完成的，随着工况推进，施工区域和运营区域相互关系会不断发生改变或转换。在此过程中，始终存在的问题是如何对公共空间进行科学划分，平衡不同工况下施工与运营对空间需求的矛盾，这成为大型公共建筑不间断运营改建的技术难点之一。

2.2 交通流线的转换与交通流量的补偿

大型公共建筑是人流、客流的重要集散地，交通量巨大。如国内首都机场每年旅客吞吐量接近1亿人次，上海徐家汇地铁站日客流量约13万人次，上海港汇恒隆广场日客流量约1.6万人次。不间断运营改建直接影响原道路、通道、出入口的正常使用，致使人车流需要重新组织和分配。在人车流高度密集、道路网络复杂、环境制约明显等复杂因素的影响下，如何分析、规划、建立新的交通流线，并在保障交通秩序稳定的同时满足各业主方的利益诉求，成为公共建筑不间断运营改建的技术难点之一[3]。

2.3 机电设备管线的切换与补偿

大型公共建筑拥有复杂的机电设备系统和市政管线系统，它们是建筑功能得以运转的动力源和神经网，是实现不间断运营的重要保障条件。一方面，设备管线的更新升级往往是大型公共建筑的主要改建内容；另一方面，结构改扩建施工往往触及设备管线的迁移或更替。在两方面需求背景下，设备管线既要完成更新，又不能影响运营区域的正常工作，这为大型公共建筑不间断运营改建带来诸多技术难点。

2.4 低影响绿色施工与安全保障

大型公共建筑的更新改造覆盖装饰装修翻新、结构局部改扩建、机电设备升级等多种类型。作为人流密集的公共场所，不间断运营为绿色施工和公共安全提出极高要求。一方面，为降低改建施工对运营舒适度的影响，必须从工艺、材料、装备、污染物处理、组织与管理等各方面提升绿色化施工水平；另一方面，施工区域与运营区域的公共安全需要通过动态隔离、人车流防护等技术来保障。

3 大型公共建筑不间断运营关键技术

3.1 运营保障评估与施工区动态划分技术

运营区域与施工区域的界面划分是施工组织的重点，应综合分析施工技术、工艺、流程与建筑功能实现的内在联系，需要从面向功能需求的运营保障评估和最小干预的动态划分这2个方面寻求技术突破。

3.1.1 面向最优功能需求的运营保障评估技术

首先，定性或定量分析运营功能需求，可以通过专家分析法，确立以交通通行能力、设备管线利用、安全运营保障、绿色化施工水平为主的不间断运营影响因素。根据专家打分法建立判断矩阵，在此基础上采用层次分析法得出影响因素权重，运用模糊数学理论形成建筑功能持续运营评估等级，建立模糊评判模型，对不同实施路线进行分析评估，根据评估结果选择运营功能最优化的总体技术路线。

3.1.2 基于最小干预原则的施工区动态划分技术

施工区域避让既有市政管线，施工设备资源与运营区域相互独立，改建施工错峰作业，实现对运营环境的最小干预。以建筑功能正常运营需求为依据，结合总体改建流程设计，将建筑空间进行立体划分，平衡不同改建工况下施工与运营对空间的需求矛盾，保障施工与运营空间转换过程中交通流线畅通、设备管线零中断、结构安全与稳定。

3.2 基于人车流智能监控与仿真分析的交通补偿切换技术

为保障在改造施工过程中，商场客流量不流失，机场、医院、车站等公共场所交通有序不拥堵，需要从交通流量监测、运行状况预测、动态交通组织与管理等方面进行系统性研究。

3.2.1 基于图像与大数据分析的人车流密度监测技术

结合实际项目需求，设定需监控的人车流密度区域，以视频采集手段为主，在交通、广场、大厅以及通道出入口等重要监控区域合理化布置监测传感器系统，采用图像分析技术，对监控场景范围内的人车流等动态目标进行跟踪并进行密度分析，实现对人车流量的精准统计，统计数据与其他视频分析模块或管理软件结合，形成报表或实时监测信息，为场地交通的重新组织和规划提供数据依据。

3.2.2 交通仿真分析与预测技术

建立适用于大型公共建筑不间断运营改建的交通仿真分析与预测方法，以人车流密度监测数据为基础，采用EMME、TransCAD、VISSIM、VISUM等软件建立交通仿真模型，模拟时空变化条件下车辆、行人、道路以及交通特征，通过虚拟现实技术手段，直观表现路网中人流、车辆的运行情况，预测改建施工工况下运营区域交通流线、拥堵、人车流量分配等情况，为交通的重新规划、组织与管理，以及交通能源节约与物资运输流量合理化提供方向，进而为大型公共建筑不间断运营改建总体路线的制定提供决策依据（图1）。

图1 交通仿真分析与评估流程

3.2.3 动态交通组织与保障技术

以交通流量维持和交通秩序稳定为原则，通过对交通流线的重新组织和规划，形成以道路翻交和交通切换补偿为主要措施的动态交通组织与保障技术（图2）。道路翻交技术即将原人车流出入口和交通要道交替性关闭或开启，在不增加交通设施的条件下，通过对人车流量的重新调整和分配，实现交通流线的持续畅通，避免由于改建施工引发交通瘫痪。交通切换补偿技术通过新增临时或永久的交通道路，补偿原交通流线封闭后的流量损失，在此条件下，通过新旧交通流线切换，保障交通稳定有序。

图2 地铁站改扩建项目道路切换与补偿

3.3 复杂设备管线甄别与补偿技术

设备管线改造升级是一项复杂的施工过程，在建筑功能持续运行条件下，必须建立从管线甄别、功能关联性分析及切换与补偿的成套技术。

3.3.1 信息不完备条件下设备管线排摸与甄别技术

针对图纸资料缺失、地下管线情况不明等设备管线信息不完备情况，采用三维扫描技术实现建筑上部空间设备机电管线的高效精准排摸。综合采用电磁感应法、地质雷达、示踪法等实物勘测手段，结合三维扫描等数字化技术，完成对建筑设备管线系统的甄别。

3.3.2 设备管线区域关联性分析与评估技术

逆向构建大型公共建筑设备管线三维可视化模型，并与建筑其他功能运营系统数据相结合，开发建立适用于大型公共建筑改建的综合管理平台（图3）。基于建筑静态和动态数据，引入多种数据挖掘和机器学习算法，形象展示设备管线的截流或中断对关联运营区域的影响程度和范围，进一步形成设备管线区域关联性评估方法，为大型公共建筑设备管线的动态切换和补偿方案提供决策依据。

图3 设备运行管理平台

3.3.3 设备管线动态切换与补偿技术

以最小干预、快速切换、区域化更新为原则，建立成套设备管线动态切换与补偿技术。根据运营区域建筑功能运行需求，通过新增永久或临时设备、管线，采取以新代旧或新旧结合的方式，解决部分设备管线停止使用状态下的性能补偿问题，实现设备管线的零中断切换，保障运营区域的建筑功能持续运行（图4）。

图4 上海港汇恒隆广场改建项目机电管线切换

3.4 不间断运营条件下的绿色施工与安全保障技术

为解决高标准运行要求下绿色施工难、高密度人流环境下安全保障难的问题，需要研发一系列具有适宜性的绿色施工工艺及装备，形成成套的结构安全保障技术体系。

3.4.1 绿色结构拆装机械装备

结构拆除是建筑更新改造的重要内容，然而受环境因素、场地条件制约，构件的拆除、吊装、移位、垃圾处理成为难题，为此需要研究绿色小型化适宜性结构拆除施工工艺及装备，解决狭小空间内结构构件拆除、吊运、就位难等问题。以履带式多功能结构拆装机械装备为代表，通过机械手臂的替换，可完成墙体、楼板、梁、柱等构件的夹持、移动及定位等多类动作，减少改建施工过程造成的光粉尘污染，达到建筑废弃物减量化目标。

3.4.2 与运营环境相融合的安全防护和隔离技术

研发绿色化安全保障系统，该系统集区域隔离、安全防护、施工作业、人员通道等多功能于一体，有效提高绿色改建施工水平。研究与运营环境相融合的防护隔离技术，降低改建施工中的光粉尘污染，降低施工作业对运营环境舒适度的影响[4]。

3.4.3 基于BIM与物联网的远程智能监测技术

研发基于BIM与物联网的远程智能监测平台（图5），该平台可以实现三维模型展示、监测数据自动上传、数据分析、结果展示、预警提示、过程资料管理等功能，方便用户在手机、电脑等终端设备随时查阅，全面掌控大型公共建筑改建施工过程中的结构安全性能。