纽约旧建筑空间改造中的可持续性设计策略

■ 孙楚伦 SUN Chulun

0 引言

在过去的50 年中，全球制造业格局发生了显著变化，遗留下了大量不同类型的建筑，其中既有工业建筑也有民用建筑。尤其是那些位于前工业中心区域的建筑，大多空置或未得到充分利用，因此，设计师的改造及空间重建策略在当下显得尤为重要。此外，气候变化给设计行业带来的影响比以往任何时候都更值得重视，设计师必须考虑减少温室气体排放的策略，以及减少和限制建筑能源（尤其是化石能源）的投入和使用的方法，考虑人类对环境的影响[1-2]。

1 室内空间“可持续性改造”概述

在人口剧烈增长、发达城市建筑密度不断提高的今天，旧建筑空间的改造一直是全球设计师密切关注的话题。如今“改造”绝不仅仅局限于使用方便和视觉美观，设计师更应该关注改造过程中既有空间的价值提升、材料的环保性能和未来的使用效率。相比于建筑改造中对结构形体、通风、采光和太阳能利用的关注，室内空间的可持续性改造可能更多地关注：使用最少的材料和资源产生最大最佳的空间效果，使用自然生态可承受的材料、资源和能源，对人在空间使用过程中产生的“动态垃圾”制定全面有效的处理路径等等。本文将从“适应性再利用”、减少“蕴涵能源”、贯彻“零浪费”原则三个方面总结分析美国纽约在旧建筑空间改造中的一些可持续设计策略。

2 坚持“适应性再利用”原则

旧建筑的适应性再利用（Adaptive Resue），通常是为了一个全新的用途和目的，特意保留建筑记忆和过去的历史文化元素，同时为现在和未来重新创造空间，以适应不断变化的生活及工作方式。适应性再利用有助于减少资源和能源的消耗，同时实现空间利用的高度可持续性。

从可持续性和循环经济的角度来看，旧建筑的适应性再利用是建造新建筑的一个强有力的替代方案，它能有效防止大量具有历史价值的建筑被拆除，并通过改造使它们成为城市更新的重要组成部分。以纽约这一高密度城市为例，位于曼哈顿及布鲁克林的大量具有历史价值的建筑改造项目都由于遵从了“适应性再利用”的原则，而获得了功能、美学、可持续方面的全面重生。

2.1 威思酒店改造项目

位于纽约布鲁克林区威廉斯堡的威思酒店（Wythe Hotel）是受纽约当地年轻人强烈追捧的时尚酒店之一，也是布鲁克林工业区旧建筑改造的成功范例之一。该建筑建造于1901 年，原始功能是一座木桶（酒桶）制造工厂，随着后工业时代的发展与制造业的革新，这座带有强烈工业色彩的建筑逐渐成为布鲁克林区典型历史文化的承载者。设计公司Workstead 于21 世纪受邀参与这座珍贵历史建筑的内部空间改造和功能升级（图1）。

图1 威思酒店[3]

考虑到历史建筑文化元素的保留与保护，设计师首先花费数月修复了建筑内部年久失修的木质天花板以及受损的砖墙（被油漆或涂鸦污损），以保留其吸引游客的历史真实感。施工中，采用巧妙精细的手法刮掉了一层又一层的油漆和污垢，清洗原有的木材和砖块，保留并展现出最适宜、适量的历史残留感。整个过程经过精心设计，最终恰如其分地展现出不同时代的痕迹，体现了“适应性再利用”的初步策略。

随着内部空间结构的改造与取舍（钢结构、木梁、砖墙等）逐渐成型（图2），其改造的“可持续性”更多地体现在细节方面，例如内部空间的大量木质家具（床架、柜子等）以及许多新的木结构，它们全部取材于前木桶工厂的旧木材料，经过适度的修复，取得了很好的视觉效果和价值提升，同时也减少了资源消耗和能源消耗，体现了可持续设计的要求（图3）。

图2 改造后的餐厅[3]

图3 改造后的客房[3]

2.2 拉菲特街道214 号住宅改造项目

拉菲特街道214 号是位于纽约曼哈顿下城SoHo 区的一栋外观平凡的建筑，经过近百年的历史变迁，如今已成为潮流时尚的艺术家们追捧的一所住宅（图4）。其前身是一座建造于1922 年的小型变电站，上世纪80—90 年代SoHo 区成为全市先锋艺术家们的驻地，出于功能升级的考虑，这栋建筑一度被改造为一所画廊，直到1996 年才被改造为具有当代艺术气息的住宅。

图4 拉菲特街道214 号外观[4]

前后历经12 年的设计与改造，这栋住宅才拥有如今的空间结构与格局。设计师决定保留其作为变电站时期的工业设备残留，并保留部分原有坚固的砖墙、横梁和拱顶（图5），以便在原有历史感的基础上进行“适应性再利用”。考虑到空间用途的改变，居住部分（卧室等）被安排到采光更充足的靠街道的空间，而建筑后部空间则用于办公，原有建筑外立面的楼梯被拆除，增设了室内电梯，为卧室空间提供了更多完整的采光窗。其次，在空间布局上，如平面图所示（图6），新格局突破原有楼层数以及层高的限制，贯穿一、二层的泳池和挑空的客厅空间占据了整栋建筑的 大部分空间，同时凸显了粗糙的工业质感和精致的机械感，成为了空间改造亮点。

图5 住宅内部客厅[4]

图6 住宅一～五层平面图[4]

在这一案例中，用于匹配新功能的空间结构、平面布局和家具选择，都处理得恰到好处，是典型的旧建筑“适应性再利用”的室内改造范例。

3 减少“蕴涵能源”原则

本文的语境中，“蕴涵能源”（Embodied Energy）主要指在旧建筑材料的拆除，新建筑材料的制造、运输、加工，以及建筑施工过程中所消耗的能量。“蕴涵能源”与“蕴涵碳排放量”(Embodied Carbon)和“生命周期分析系统”（Life Cycle Analysis，简称LCA）等概念一起，为设计师和建造师提供了一个观察建筑对环境影响的新窗口。若想在改造过程中最大程度地减少能源消耗和碳排放量，设计师必须对建筑材料及其相关工艺有比较深入的了解。如图7所示的一个普通铝窗框架，从原自然材料加工开始，历经生产—合成初级材料—组装—合成零件—运输（一部分浪费）—投入市场自定义再加工—用户使用—报废等一系列复杂的过程，已经产生了不可估量的碳排放量及能源消耗。控制“蕴涵能源”意味着当代设计师应当以一个全新的科学视角看待本土设计实践及新材料的生产，尽量选择“蕴涵能源”比较低的材料[5]。

图7 铝框的生产过程能源消耗分析[1]

3.1 具有权威性的材料监测数据

目前在美国有不少具有权威性的可持续性材料监测机构，如设立于纽约的雅典娜可持续材料研究所，该机构可以具体监测和评估一栋现存建筑单体从出生到物理消亡的全生命周期能源消耗。“生命周期分析系统”通常都是采用此机构给出的评估去测算“蕴涵能源”。它的估算系统会考虑以下7 点环境影响：材料制造（包括材料回收和再利用）、相关运输过程、现场施工、能源利用和交通运输等因素的地区差异、建筑类型和其设定寿命、维修和更换的效率、拆除和处置措施。设计师基于这类机构给出的详细分析数据就可以提出更有效、更具有可持续性的改造方案。类似的组织还包括：华盛顿大学创办的“碳领袖论坛”（Carbon Leadership Forum）和“隐含碳网络”（Embodied Carbon Network）等。

3.2 持续更新相关信息和使用策略

随着科学技术的进步，设计师可以积极利用现代科技（如互联网），及时更新全球关于适应性改造项目的原则与策略。例如，美国的“碳智能材料平台”（Carbon Smart Materials Palette）就是一个具有可信度的信息收集网站，其长期立志于为全球设计师提供“碳智能”建筑材料应用的最新策略与准则，对不同的建筑材料持续更新相关数据及其应用方法。以混凝土为例，该网站现有的应用策略就有：①尽可能利用非化石燃料，如“辅助胶凝材料”（Supplementary Cementitious Materials,简称SCMs)来代替混凝土中的水泥，从而极大减少碳排放量；②了解当地不同材料供应商的原材料选材，对比质量、一致性和可用性(运输距离)等方面的信息；③为不同结构位置设置不同的用料标准（例如剪力墙与普通墙），通过优化材料混合的比例来减少碳排放量。总之，设计师应在保证安全标准的前提下尽可能减少材料的碳排放量。

3.3 新型环保材料研发、生产与推广

在纽约，很多材料供应商会专门研究创新型环保材料，其创新和深入程度在全球都处于领先地位，也为当地设计师提供了大量可供选择的新型材料。2020 年笔者曾有幸参观了纽约当地一家专门研发新型材料的公司，名为 Material ConneXion。该公司拥有一个庞大的创新材料数据库，可以根据每一种新型材料的环保特性、生产方式和功能价值等特征进行细致的分类，例如：易回收情况、低碳性能、低毒性、可降解性和可循环性等等，方便设计师根据项目特点和设计需求选用最合适的材料。

4 贯彻“零浪费”原则

“零浪费”（Zero Waste）是可持续设计中的另一条重要原则。作为一个国际大都市，纽约在诸多领域都坐拥极其优越的资源，但同时，过度消费主义引起的资源浪费也正在成为这座城市的潜在隐患。在纽约，每天大约有24 000 吨废弃材料作为垃圾被运离这座城市。在全美范围内，因建筑施工和拆除而产生的垃圾占固体垃圾总量的25%—45%，纽约情况则更加严重[5]。

在自然循环中，所有被丢弃的材料都可以成为供其他生物使用的资源（表1）。“零浪费”是一个合乎道德、经济、高效且有远见的目标，它引导人们改变目前的生活方式，模仿可持续的自然循环[5]。因此，在建筑空间可持续性改造策略中应该将“零浪费”理念作为整个改造计划的原则。

4.1 空间的优化策略

在改造过程中，通过合理的空间布局形成多功能的灵活空间，达到空间利用的最大化。例如纽约市学校建设局的体育馆，在作为体育场馆的同时也兼具礼堂的功能。这一策略也可用于景观建筑或社区等尺度较大的城市建筑或城市空间，其宗旨是实现空间利用最大化。另外，空间材料的充分利用也至关重要，材料使用的优化应该与建筑空间的寿命、灵活性和其他物理生命周期因素相平衡，例如可选择具有多种功能的饰面材料，如办公类型空间墙面可选择Pinboard（一种可以钉图钉的装饰板），既有装饰功能，又可满足随时进行的文件更新和讨论需求，也可以满足声学要求。

4.2 动态流线与废弃物收集

在空间功能布局上，应进一步考虑优化“用户使用路径”。图8 以剖切轴测图的形式介绍了住宅建筑设计中实现垃圾“零浪费”的可行设计策略。首先应当考虑垃圾堆放空间的面积、通风、照明和投放路径标识的设置，当每一层的垃圾通过中央运输管汇集到地下一层时，终端收集空间应考虑防火要求，安装消防喷淋以及地漏等装置，并设置合理的收集路径。室内空间中，洗衣房等公共空间可配备织物或塑料回收区域，并在每层设置单独的废纸板回收区域。

图8 住宅“零浪费”设计策略示意图[5]

4.3 废料的管理策略

设计师在改造方案设计初期就应考虑到施工顺序对建筑废料产生的影响，尽早与施工单位商讨，制定建筑废料管理计划，计划应涵盖施工现场的垃圾堆放和运输路线等，并设定备用转运场所及方案。在进行拆除工程时，应对建筑废料进行分类，隔离保护可被回收的废料。此外，改造方案应尽可能选用使用寿命较长且低“蕴涵能源”的建筑材料，施工中应及时回收剩余材料，及时采购材料，减少超额订购，以此减少最终的废料产生量和材料消耗量[6]。

5 结语

旧建筑空间改造并不是崭新的话题，但随着各国可持续发展政策的不断推进，“可持续性”和“低碳低能耗”已经成为全球建筑改造项目的新热点。此外，随着“碳中和”和“碳达峰”工作在我国的深入推进，“可持续性”将成为旧建筑改造中的重要目标。本文以全球化大都市纽约为例，分析其“可持续性”建筑空间改造的典型改造方法与代表性策略，希望能为我们提供一些参考。