既有建筑改造策略研究

赵 凤

西安建筑科技大学建筑设计研究总院 陕西 西安 710055

1 引言

既有建筑保留利用的精髓在于立而不破，能够让历史与现代结合，并最大化发挥功能效益，同时重塑其社会和经济价值。找到最合适的功能和性能，考虑对环境的影响，考虑历史和文化价值，是至关重要的任务。针对建筑中的围护结构、空调、采暖、通风、照明、供配电以及热水供应等能耗系统进行节能综合改造，改造方式应基于分析和科学方法，同时考虑各种因素，以便找到最适宜的策略。

2 影响改造的因素

有许多因素会影响改造的决策，如延长建筑使用寿命，减少使用材料、能源和运输消耗，构建建筑功能，减少建筑对环境的影响。初期阶段需要基于对建筑的分析包括原始功能、物理特征、历史价值及邻里特征。评估改造潜力从而确定建筑需要保留的部分和不需保留的部分[1]。

首先，确定决策的参与者。参与者可以分为：原有住户，生产者，投资者和监管机构。为了找到新用途最适当的功能，应确定决策参与者的观点。

其次，对现有结构进行分析，包括原始功能，物理特征，改造潜力和区域需求。建筑的原有功能及其背后的历史，应该深入研究。然后，应调查建筑的物理特性。此外，还应通过访谈和问卷调查区域的需求。根据区域需求决定新的功能，对于改造项目的寿命具有重要意义。

第三，应确定改造方式，分为三个阶段。第一阶段包括对建筑物采取有效的改造措施。第二阶段包括对建筑物的全面修复，包括合并和修复损坏的部分。第三阶段包括增加和改建建筑物。

第四，应评估建筑物在新功能中的改造潜力。这些潜力分为9个类型，分别是物质的、经济的、功能的、环境的、政治的、社会的和文化的。

最后，应确定建筑物的功能变化和新用途。了解建筑现状后需要设计适当的保护措施和维修工作，如维护、修复、加固、拆除及部分重建。以回应每个影响因素，来确定建筑最合适的策略。

3 建筑改造策略

不仅从能源角度还是从社会、经济、文化角度，现有建筑改造可以被视为可持续发展的一部分。许多实例表明，城市更新是如何从建筑的再利用开始的，例如废弃的工厂、工业时期的码头、废弃的火车站。根据建筑物的新功能重新利用，改造可能完全改变建筑物的性能或对其改进。

如果建筑物的特征，例如大小、形态、结构、外围护结构，与新的用途一致，则可考虑局部改造，若与原始结构不同时，可选择性拆除，以适应新用途。建筑物翻新是为了增加价值，这种价值并不会取代原始建筑物，新旧建筑创造了更好的形象。“可逆性”是保护原始价值的同时改造历史建筑，而不是将建筑恢复到先前状态。当建筑物再利用时，最关键的是新与旧之间的关系。包含三种策略：a.新旧建筑彼此独立存在，新建筑位于既有建筑边界内，这是“可逆性”概念的应用。b.一个新的独立体量，可精确的适应现有围护结构。c.共生关系，有新增有更改。在过去五十年的建造中，大部分建筑都显示出过时的迹象，表现为空间质量难以适应现代生产生活需要，建筑性能不满足舒适性要求，因功能和技术原因耗尽其寿命。改造建筑意味着增加价值，必须从建筑特色出发，找到正确的改造策略，考虑以下三种策略。

（1）性能升级

考虑气候和当地条件，引入被动式设计策略，包含自然通风、采光、日照、太阳能、蓄热墙、外围护结构隔热及气密性。不借助机械装置，冬季直接利用太阳能进行采暖、夏季采用屋檐遮阳散热的房屋。太阳辐射直接通过玻璃或其他透光材料进入需采暖的房间[2]。在建筑的南侧采用玻璃等透光材料建造的能够封闭的空间，空间内的温度会因温室效应而升高。该空间既可以对建筑的房间提供热量，又可以作为一个缓冲区,减少房间的热损失。利用设置在建筑屋面上的集热蓄热材料，白天吸热，晚上通过顶棚向室内放热的屋顶。

图1 被动式设计

被动式太阳能，必须根据气候对选择的方案进行评估，因为在某些条件下不是有效的解决方案。利用建筑南向垂直的集热蓄热墙面吸收穿过玻璃或其他透光材料的太阳辐射热，然后通过传导、辐射及对流的方式将热量送到室内[3]。在被动式太阳能建筑南墙设置太阳能空气集热蓄热墙或空气集热器，利用在墙体上设置的上下通风口进行对流循环的采暖方式。

图2 被动式太阳能蓄热方式

a蓄热墙：蓄热墙设置在窗户与房间之间或设置在有对流辐射的房间，出风口可以在夜间关闭，保持在白天吸收热量。b带挑檐的蓄热墙，用以夏日遮阳。c阳光房，白天用于对流和蓄热，夜晚关闭进气口，以阻止热量流失。

自然采光必须分布均匀，以避免不适，低亮度区域旁的高亮度区域会引起眩光。遮阳设备可以在夏季显著减少热量产生，同时保持采光和通风。在严寒地区和寒冷地区，对于夏季的遮阳措施要兼顾考虑不能阻挡冬季对太阳热能的利用，宜采取如竹帘、软百叶、布篷等可拆除的遮阳措施；在夏热冬冷地区和温和地区，夏季遮阳措施对冬季的影响相对小一些，宜采用活动式遮阳；在夏热冬暖地区，夏季的遮阳可不考虑冬季对太阳辐射的遮挡，可采取固定式遮阳，但仍以活动式遮阳为最佳[4]。

与自然采光密切相关的另外一个概念是视觉舒适度，视觉舒适度是开窗设计和采光策略设计中最常见的问题。其中引起视觉不舒适的一个重要因素就是眩光，眩光就是由于光源或窗户与其周围背景或物体及其背景之间的对比度过大而引起的，是由光照过度引起的。所以自然采光的设计应该是对自然光进行有意的和受控制的利用来达到一个特定的目标，也就是说我们希望最大化自然采光，但同时也要注意避免出现光照过度而引起的视觉问题。

图3 自然采光

图4 通风潜力

自然通风可以降低室温，排除湿气，提高人体热舒适度，改善人们的工作和生活条件。建筑应朝向夏季主导风向，充分利用自然通风；应利用道路、景观通廊等措施引导夏季通风，满足夏季被动式降温的要求[5]。

在改造时，中庭有降低能耗的潜力，顶部覆盖轻质屋顶，成为热缓冲区，并将自然光和季节风带入建筑内部。在冬季，可以重新分配建筑产生的热量，在夏季，可以分配热负荷。还可以作为临时活动的花园[6]。

（2）扩建

扩建的目标是增加空间。新旧建筑可以很好的融合成一个整体，同时改善建筑的空间及表皮。新的空间附加到现有建筑外，以满足新功能的需求。

图5 扩建策略

a改变屋顶形状，将阁楼变为生活空间 b在屋顶上增加新的空间 c一层扩建新空间 d在立面增加多个体积 e与现有体块衔接新体块 f新增电梯和消防通道。

（3）拆除

建筑物被拆除有时与城市规模密切相关，或是由于新功能的需求。这种极端的策略被称为“立面主义”，意味着由于历史价值或当地法规的要求，面向城市街道的立面会被保留。

图6 拆除策略

a部分拆除，减少楼层 b减少体积 c内部拆除，创造庭院。

4 灵活性需求

灵活的空间可以适应不断变化的需求，需要更少的成本而且可以随时间推移保持可持续性。灵活性被认为是主动的，例如可移动的墙壁，也包括灵活的功能，例如多功能空间，未来可以根据需要划分成不同的房间，以及重新安排设备空间[7]。灵活性主要涉及三个层面:a.适应性：在不改变建筑的情况下承载多种功能的能力。例如重新定位的家具和多功能空间，这种改变不是永久性的。b.可变性：无需施工即可更改房间，此种更改可以是永久性的，也可以是临时的。例如可移动构件，无需施工即可移除。c.可转换性：这种变化是永久的，例如为未来可能的需求提供额外的空间。

日常生活中主要考虑两种类型的灵活性：

（1）使用灵活性：指空间如何适应使用者不断变化的需求。可以按时间变化来更改使用空间。例如滑动隔墙，也有一些结构和形态可以促进灵活性[8]。

图7 空间的灵活性

（2）随时间变化的灵活性

为了未来发展的需要，在设计时考虑灵活性对改造更有利，分析现有空间的特征和有利于灵活性的条件对理解建筑改造至关重要。

图8 随时间变化的灵活性

a模块重新组合 b扩大使用面积，体积保持不变 c扩大体积。

5 结论

寻找新的改造策略，考虑对环境的影响，尊重历史和文化价值是一项复杂的任务。坚持充分利用、功能更新原则，加强城市既有建筑保留利用和更新改造，防止“一拆了之”。坚持城市修补和有机更新理念，延续城市历史文脉，留住居民乡愁记忆。用科学的方法拟定新用途，同时考虑不同因素，以便制定最适当的改造策略。确保保留建筑的历史价值，并且为建筑注入新的活力。

提出以下四种策略：

1.性能升级包括外围护结构、被动式太阳能、自然采光、通风。

2.扩建包括增加和调整辅助用房，改变使用性质和使用功能。

3.拆除包括创造庭院、减少体积。

4.空间灵活性包括模块重新组合、空间的可变性。