历史建筑的绿色可持续保护与活化利用

林波荣，吴一凡

1 背景

历史建筑，是指经政府确定并公布的具有一定保护价值、能够反映历史风貌和地方特色、未公布为文物保护单位、也未登记为不可移动文物的建筑物和构筑物[1]。历史建筑文物资源丰富，保留着传统格局和历史风貌，同时多数也曾作为政治、经济、文化等因素相关要地，或能够集中反映本地区建筑的文化与民族特色，具备较好的建筑本体价值与其他相关价值[2]。

历史建筑的本体价值主要体现在使用价值、美学价值及其自身所承载的历史价值，而历史建筑的其他相关价值则是一种有着独特原真性历史美感的建筑印记，是历史给建筑留下的岁月印记[3]。与新建建筑相比，历史建筑的修缮需要经过充分调研，修缮方案需反复论证，以做到“精准”设计。由于不少历史建筑具有很高的历史文化价值，所以还需要用“绣花工夫”进行修缮，尽量不改变其原状，体现真实性和完整性。为此需要使用恰当的保护技术，实现最低限度干预，为建筑物“延年益寿”，体现实现可持续发展的理念。因此，有必要科学合理地对历史建筑进行绿色可持续保护并实现活化利用，在延续其价值的同时创造出新的经济、社会价值，使建筑迸发出新的生命力。有研究总结了在对历史建筑保护与利用中普遍存在的几个问题[4]：

（1）保护不当、大拆大建，导致大批历史建筑消失；

（2）缺乏适宜的绿色可持续保护手段与活化利用方式；

（3）缺乏针对历史建筑的绿色功能评价方法。

其中，针对历史建筑开展适宜的绿色可持续性保护与活化利用是历史建筑保护过程的当务之急。历史建筑本就存在着基础结构相对薄弱的普遍问题，如围护结构气密性、防水防潮、防结露等。与此同时，由于历史建筑的历史痕迹保留着相关价值，无法像普通既有建筑通过修缮墙体结构等基础方式实现建筑优化改造。因此，如何能够在保留历史建筑原真性基础上，尽可能对历史建筑“少动刀”，在兼顾历史原真性的同时延续建筑生命、优化建筑功能，成为历史建筑保护的关键。

基于此，亟需开展针对历史建筑的绿色可持续保护与活化利用工作。本文将分别对历史建筑的绿色可持续保护与活化利用进行综述，并在此基础上，针对现有问题并结合工程经验，对历史建筑绿色可持续保护与活化利用的关键技术进行分析介绍，旨在为推动历史建筑绿色发展提供参考。

2 历史建筑的绿色可持续保护

历史建筑的保护与更新研究要早于绿色建筑技术的发展。1931 年的《雅典宪章》中就明确指出，历史建筑应当予以保留[5]。我国也在1961 年出台了《文物保护管理暂行条例》，并于1982 年正式颁布了《中华人民共和国文物保护法》，历史建筑的保护包含其中[6]。

而对于历史建筑开展绿色可持续保护则要追溯至1964 年提出的《威尼斯宪章》，其中提出了科学性修复的理念，指出可采用中性附加物使原有建筑得以完整体现。同时，生态建筑学的发展进一步推动了绿色建筑技术在既有建筑改造中的应用发展。1987 年，随着联合国环境署《我们共同的未来》报告的发表，绿色可持续发展的概念被普及推广，《华盛顿宪章》中提出历史建筑应适应现代化生活并发挥其传统功能特色，自此，关于历史建筑的绿色可持续保护工作被不断提出并实践，表1 总结了国内外一些具备代表性的历史建筑绿色可持续保护工作和关键技术应用情况。

表1 国内外代表性历史建筑的绿色可持续保护

1 清华大学工字厅保护更新，图片来源：清华大学.清华大学-工字厅[EB/OL].[2020-03-20].https://www.tsinghua.edu.cn/zjqh/xyfg.htm；清华大学建筑设计研究院有限公司.清华大学工字厅保护修缮工程[EB/OL].[2021-04-15].http://www.thad.com.cn/front/page/roll_info?id=160543#

可见，国内外已有一些历史建筑开展了绿色可持续保护设计。由于历史建筑普遍在光环境、风环境方面表现较差，因此，多数历史建筑采用了天窗引入天然采光、天窗及机械通风强化空气流动的方式。在此基础上，也有以施塔德尔博物馆、德国国会大厦为代表性的历史建筑，通过对地热能、太阳能等可再生能源的合理利用，为历史建筑提供清洁、高效的能源供给，推动了历史建筑保护与现代先进技术的融合。此外，BIM 技术应用也逐渐成为历史建筑“绣花”式精细化设计的关键支撑技术，越来越多地得到利用。

在历史建筑保护利用中，建筑设计和机电系统设计的融合是关键。2004 年，由清华大学建筑设计研究院主导设计的“清华大学工字厅保护项目”获得了联合国教科文组织亚太地区文化遗产保护提名奖。评委会的评价是：“工字厅项目作为北京的历史建筑和园林的保护，清楚地反映了相关的保护策略、研究和最小干预的保护理念所形成的一个完整的保护理论与实践的体系[7]。通过对传统材料和工艺的运用，这一建筑群和周围环境得到了完好的保护，工字厅的历史面貌和重要的文化价值得到了完好的体现。”[8]这个项目体现了建筑设计主导下的跨专业合作创新，应用于历史建筑的可持续保护与更新。

清华大学工字厅的修缮主要体现在以下3 点：

（1）建筑去今还古：参考1950 年代工字厅的具体测绘资料，拆除部分后期改建的砖混结构建筑，将工字厅内建筑形式修缮回原有的传统木结构形式，并在此基础上恢复台明、屋顶、油漆彩绘等传统做法；

（2）绿化景观重置：工字厅中后期种植有一定的雪松、绿篱等绿化植被，这与传统皇家园林的基本特征存在一定矛盾点，因此参照《清华园树株册》中所载树种记录，对不符合传统园林特征的雪松、绿篱等绿化景观进行了替换；

（3）优化使用功能：工字厅建筑群不仅是清华园历史文脉的延续，也一直保持着校行政办公建筑的基本功能。随着办公建筑中现代化需求的不断提升，如何平衡增加必要的机电设备与历史文脉保护变得十分重要。在工字厅改造过程中，经综合考虑，做到了既增加必要的机电设备，又使机电设备消隐于视角之外，较好地实现了技术与艺术的统一（图1）。

另外值得一提的案例是北京故宫午门展厅的改造项目，该项目由清华同衡城市建筑环境与能源研究所主导完成。项目探索了如何在历史建筑中实现现代展览活动的可能性，以平衡文物保护与精品展示[9]。该项目的特色在于建筑设计与空调系统巧妙统一，实现了文物古建保护和展品保护两方面的高度一致及科学与艺术的平衡。在对历史建筑故宫午门的改造过程中，创新地将空调机房等机电设备设置于午门正楼内，以此避免了大量的空调管路等穿越午门正楼的墙体和门窗等建筑围护结构，直接减少了设备改造对历史建筑立面和关键部位构造可能形成的损害。在此基础上，项目巧妙地借助于传统立面镂花窗口进行空调设备的热湿空气处理和交换，并通过在地梁结构空间设计地板静压箱送风和两侧风管回风的新型空调形式，将设备管路所需空间完全融于历史建筑本体。这样做的另外一个好处是，可以最大限度地规避顶部天花对观展中观众的视线遮挡或干扰。此外，正楼内的展厅被设计为两层空间，以消除室外气候条件通过围护结构对展区冷热负荷的影响，如同形成了一个缓冲区。其中的过渡空间是展厅围护结构与原正楼围护结构之间的夹层，通过设置恒温空调系统，消除了外部气候条件形成的外围护结构冷热负荷[10]。而在内部玻璃展厅中，空调系统仅负担消除室内人员及设备的热负荷，这一负荷相对稳定，更容易实现恒温恒湿的文物和展品微环境的可靠控制[11]。凭借巧妙的环境营造设计和对历史建筑最大限度的保护，该项目荣获了2005 年联合国教科文组织亚太地区文化遗产保护评委会创新大奖（图2）。

3 历史建筑可持续保护科技创新分析

发达国家对历史建筑活化利用中的科技创新给予了高度关注，其中，欧洲可作为重要代表。欧盟通过“地平线2020 计划”，投入约6.8 亿欧元用于该领域的研究，主要体现在：

（1）历史建筑或文物建筑的性能监测与评估方法及系统，以及相关技术装备。如基于高分辨率气候模型的文物气候变化风险预测工具，基于无线传感器的野火和暴风雨集成预警系统，基于空间技术的历史建筑灾害风险与景观监测技术，文物环境监测传感器，文物保存环境控制材料，历史建筑稳定性评估、结构加固和节能技术等。

（2）适用于历史建筑的文物和艺术品保存、保护和修复的先进材料和未来技术。如满足原真性要求的自清洁抗菌环保加固材料，历史材料耐久性、抗性增强纳米钙醇盐固结剂，文物脱酸、清洁、加固纳米颗粒分散体和复杂纳米结构流体，文物表面清洁涂层常压等离子体沉积技术，自诊断保护涂层和识别标记涂层，基于碳纳米管材料的艺术品修复精密加热技术，以及水下遗产保护专有技术与装备等。

2 北京故宫午门展厅改造前后对比，图片来源：清华同衡.北京故宫午门展厅空调设计[EB/OL].[2013-10-14].http://www.thupdi.com/project/view?id=1630

（3）历史建筑活化技术平台与系统解决方案。重点进展包括建立历史建筑数字平台和解决方案，开展专题资源建设、知识挖掘和展示，开发文化重建、再创造、共同创造和沉浸式体验的数字化工具和技术，探索功能活化的新模式和解决方案等。

我国在上述领域的科技发展与以欧盟为代表的发达国家基本保持一致，对东亚地区特有的历史建筑及其文物，在技术上已处于领先地位。但由于起步晚、基础薄，历史建筑的活化技术创新还面临许多问题，主要体现在3 个方面：

（1）基础理论薄弱，科学数据积累不足；

（2）历史建筑保护的共性关键技术供给不足，阻碍了重要历史建筑保护难题的解决和核心技术的创新性突破；

（3）人文与自然学科之间的学科壁垒依然存在，成为影响历史建筑“科学认知—人文解读—价值传播”完整链条的屏障。此外，尽管我国已建立了绿色建筑设计和评价相关标准体系，存在若干优秀的绿色历史建筑亮点工程，但对历史建筑的应用仍在探索中，相关技术尚未完全融入和落实到历史建筑保护的各专业完整技术标准体系中。

未来本领域可以关注的科技创新包括：

（1）历史建筑的体检评估、动态监控信息化技术及综合防灾减灾安全保障技术，历史建筑（街区）的市政公用设施及公共服务设施集成化改造提升技术，历史文化建筑低影响检测评价、安全提升与延寿技术，建筑修缮与风貌保护提升技术，历史文化街区文化展示、活化利用及风貌长效管控技术。

（2）历史建筑文物及艺术品的工艺原理与复原方法，动态监管、展示、教育和文化传播系统解决方案，文化遗产处理与保护传承新方法、新材料、新工艺研发；智慧历史建筑文化设施建设，数字文化产品展示体验与装备体系等。

4 总结和展望

随着可持续理念的普及，以及城市化进程的不断推进，历史建筑的绿色节能改造需求量越来越大，极大地促进了相关技术的更新升级和集成应用。本文通过对绿色建筑可持续保护理论发展和国内外代表性案例整理，总结了其中的关键技术。针对现有历史建筑保护不当、大拆大建的问题，笔者认为，需要用政策、规范、标准加以约束。而针对缺乏适宜的绿色可持续保护手段与活化利用方式，需要通过精细化的“绣花针”设计和建造，跨学科专业和知识的融会贯通，破除阻碍“科学认知—人文解读—价值传播”完整链条的屏障，并在此基础上以活化场景为目标来驱动技术集成与创新。此外，还需要加强基础理论创新，积累更多、更好的科学数据平台，构建共享机制。

未来的科技创新可以聚焦于历史建筑的体检评估、动态监控信息化及综合防灾减灾安全保障，历史文化建筑低影响检测评价、安全提升与延寿，建筑修缮与风貌保护提升技术，历史文化街区文化展示、活化利用及风貌长效管控技术。此外，还要关注历史建筑中的文物及艺术品的工艺原理与复原方法创新等，构建智慧绿色的历史建筑展示体验与装备体系。