工业建筑中筒仓空间改造设计策略研究

宋一鸣 丁雪儿 华宇翔 陈薏宁 戎 筱

(上海大学上海美术学院,上海 200072)

0 引 言

在快速的城市化进程中,随着城市发展转型,原有的工业生产活动停止后,如何对工业区内的遗留建筑、设施等加以保留和更新利用,成为城市更新中的一项重要挑战。工业区内的遗存建筑,有着区别于普通建筑的空间特点和岁月痕迹,成为城市中“不可重现”的人工景点[1]。21世纪以来,以德国鲁尔区的埃森关税同盟工业区和北杜伊斯堡景观公园、英国维也纳的煤气罐新城改造等为代表的工业遗存改造实践,不仅展现了历史价值和社会文化价值,也为城市更新带来了新的景观价值和经济价值。筒仓类工业遗存,其独特的建筑形态、结构形式和内部空间感受,既赋予了旧工业遗存改造较强的历史价值,又带来了诸多挑战。

1 筒仓的形成背景与改造发展脉络

筒仓是特殊的仓储建筑,也被定义为储存散粒物料的立式容器。生产生活原料的储存一直是人类生存的需求,随着环境、材料和技术的发展,储存设施逐渐从地下发展到地上。20世纪初,随着蒸汽、电力驱动机器技术的成熟,容量大、占地少、生产率高的筒仓在世界各地大量兴建,并用于水泥生产、粮食储存、面粉制造等多种行业[2]。我国在20世纪20年代开始建造用于煤炭和建材行业的钢筋混凝土筒仓;1938年建成的上海阜丰面粉厂为最早的立筒粮仓,由24个直径10 m、高20 m的筒仓组成;随后,筒仓建筑得到了快速发展,并被广泛用于轻工、煤炭、建材、粮食、港口运输等行业,成为主要的仓储设施[3]。到20世纪90年代,由于经济和工业技术的发展,施工技术、机械化水平提高使得筒仓趋向于巨型化,伴随着城市化进程的推动,原有的筒仓不再能够满足工业生产需求,许多筒仓被闲置、废弃或拆除。

而由于筒仓鲜明的工业建筑形态特征和历史文化价值,对该类工业建筑的保护再利用逐渐受到关注。国外的筒仓改造起步较早,Ricardo Bofill于 1975年将巴塞罗那水泥厂筒仓改造为办公、住宅、展览、阅览的多功能综合体,是早期筒仓改造的代表[4-6]。1995年,四位建筑师(Nouvel J、HIMMELBLAU C、Wehdorn M和Holzbauer W)分别对英国维也纳的四座废弃的煤气罐进行改造,在保留筒仓原有结构和立面的基础上,对其内部空间进行重构或拓展,既延续了城市文脉,又为新“煤气罐城”注入了新的活力,也带来了极大的社会和经济效益[7]。2002年,MVRDV建筑事务所,将丹麦哥本哈根筒仓改造为弗洛兹洛双子星住宅,是筒仓改造为高端住宅的一次激进尝试。2015年,建筑师Heatherwick T将南非的42个混凝土玉米筒仓改造为非洲当代艺术博物馆(Zeitz MOCAA)[8-9],通过对原始结构切割和空间重构,实现了历史与现代的融合。

国内的筒仓空间改造设计发展较晚,2008年对杭州双流水泥厂的改造是较早的实践案例。随后,两届深港建筑/城市双年展为筒仓改造提供了契机,分别于2013年和2015年进行了蛇口浮法玻璃厂筒仓改造[10-11]和大成面粉厂筒仓改造[12]。2017年,柳亦春对民生码头8万吨筒仓的改造,通过外挂扶梯强化立面效果,内部保留了全部筒仓并最大限度地利用各类空间满足展览功能需求,创造了更为丰富多维的空间体验。近年来,以上海为例,先后出现了油罐艺术中心、艺仓美术馆、灰仓美术馆等筒仓改造实践,使国内筒仓建筑的改造设计逐渐受到关注。

2 筒仓空间分析

2.1 筒仓的类型

1)按功能分类。根据筒仓的应用功能,可分为工业筒仓和农业筒仓。工业筒仓主要用于储存煤炭、水泥、石灰等散装物料,包括煤仓、水泥仓、石灰仓、油仓等;农业筒仓多用于存储粮食、饲料等粉状或粒状物料,包括面粉仓、谷仓、米仓、盐仓等。

2)按结构分类。根据筒仓的结构材料不同,可将其分为钢筋混凝土筒仓、砖混结构筒仓、钢结构筒仓等。其中,砖筒仓施工方便、造价低,但由于结构性能限制,多用于中小型粮仓,改造设计时成本不高,但仓壁开洞是其主要难点,需要对洞口周围进行加固。钢筋混凝土筒仓,储存量大、坚固耐久,筒仓高度一般在30 m左右,可达到40 m以上,结构性能好,是我国应用最为广泛的筒仓类型。钢筋混凝土筒仓的单仓结构形式有支柱承重、筒壁承重和结合承重三种形式,在改造设计时可采取部分拆除、切割、局部加固等方法,但技术难度较大,成本较高[13]。

3)按平面形式分类。筒仓的单仓形式有圆形、矩形和多边形,其中,圆形筒仓的应用最为广泛。当储存物料品种较多或储存量较大时,会有多个筒仓。多筒布置可分为集合式和分散式,对于多排筒仓,既可正交布置,也可斜交布置。

2.2 筒仓构成

20世纪应用最为广泛且目前遗存数量最多的筒仓为多筒深仓,除筒仓外,还包括筒上建筑(筒上层)、筒下层、工作塔和上下联廊四个部分。筒上建筑是筒仓顶部的建筑,用于布置水平输送设备,空间规整且常设有窗洞,可改造功能较多,再利用难度较小;筒下层位于筒仓下方,结构主要有筒壁支撑、柱支撑、筒壁和柱共同支撑三种,其中由柱支撑的结构形式可形成较为通透的空间,有较大的改造潜力;工作塔是提升机和其他工艺设备所在空间,平面多为矩形,通过上下联廊与筒仓连接。

2.3 筒仓改造中的空间原型

包含筒仓的工业建筑原有功能多种多样,根据其空间特点,可分为以下几种(表1)：

1)单筒式。根据筒仓的高径比不同,以1.5为界,可分为深仓和浅仓。

2)多筒式。根据筒仓布局形式,可分为集中式和分散式。集中式布局中,各个筒仓之间的距离较近,以深仓居多。单筒平面有矩形(如上海艺仓美术馆)和圆形,其中圆形筒仓集中布置时会形成星仓。分散式布局中,各筒仓间距较大,且多为浅仓,例如上海油罐艺术中心(原龙华机场油罐)。

2.4 筒仓改造功能

现有筒仓空间改造设计案例中,多将既有工业建筑改造为公共建筑或居住建筑。本文对国内外相关筒仓空间改造案例进行了梳理,并结合2.3所述空间原型进行比较(表2)。由此可见,筒仓改造设计中,较多的改造功能是展览、住宅、办公,部分改造项目为商业功能,例如书店、餐饮等,也可与办公功能结合。

表2 国内外部分筒仓建筑改造案例Table 2 Cases of silo space renovation in domestic and overseas

3 筒式空间的改造设计案例分析

3.1 单筒式

3.1.1浅 仓

单筒式浅仓,高径比一般不超过1.5,是各类筒仓建筑中空间尺度较为接近公共空间的一类,常被改造为展览空间、文娱演艺中心等。该类筒仓在进行改造设计时,需先根据功能划分主要功能空间和与之相匹配的服务空间,其中,主要功能空间是改造的亮点。以上海油罐艺术中心的5个油罐为例,改造后将其中3个油罐作为展览空间,2个油罐作为配套服务空间。承载主要功能的3个油罐中,1号罐与3号罐遵循了原有的圆柱形的空间形式,中心为展览空间,沿罐壁设置参观流线,形成圆形环绕式观展体验;而4号罐则在圆形空间中置入方形体块,在油罐内部突出新旧对比(图 1)。因此,该类浅仓改造需要在功能配置的基础上,处理改造前后新旧空间之间的关系,既可以遵循原有的空间体验,也可以通过新的空间形式形成对比。

3.1.2深 仓

深仓的高径比超过1.5,筒仓尺度较大,且空间较高,往往超过了适合人使用的空间尺度,因此,改造设计中对筒仓空间进行垂直方向分层是一种较为常见的设计手法,可将原有的竖向空间分隔成适合人体尺度的多层空间。例如上海灰仓美术馆设计中,将原先两个15 m通高的封闭灰仓划分为三层空间,使其接近人体尺度,以满足后续不同功能的空间体验;在民生码头8万吨筒仓的远期规划中,也将原本的通高筒仓空间分割成若干个新的展陈空间,以更加充分利用内部空间[5](图2)。

这样垂直方向分层的设计手法也适用于将深仓空间改造为居住空间,对于平面尺度较大的筒仓,可以将垂直分层和水平分隔相结合。例如维也纳煤气包改造设计中,Nouvel J和Wehdorn M均通过该方式对直径60 m、高70 m的深仓进行了重新分划[7],前者沿筒壁环形间隔布置了18幢住宅塔楼,中间保留通高空间,利用玻璃穹顶和住宅塔楼的弧形玻璃,满足住宅的采光需求(图3a);后者将沿筒壁环状空间分隔为四个住宅单元,单元之间通过连廊相接,垂直方向采用退台形式,筒仓中间围合出公共花园(图3b)。对于平面尺度较小的筒仓,例如弗洛兹洛双子星住宅,设计师同样在垂直方向上将筒仓划分为适合居住的层高,再以原有筒仓内部空间作为结构承重体、交通核和中庭空间,沿筒壁向外拓展形成环形住宅空间(图4),筒仓内的采光中庭也给住宅提供较好的采光。

3.2 多筒式

为了扩大粮食、煤炭等其他材料的仓储量,也为了方便生产管理,一些厂区内会建设筒仓群,即由一排或多排相同的单仓组成,根据仓群之间相接或分离的组合形式,可分为集中式和分散式两种布局方式。

3.2.1集中式

在现有多筒集中式的筒仓建筑改造案例中,筒仓群中的单个筒仓以深仓居多,高径比往往大于2。但筒仓数量有较大差异,2个至40余个不等,单仓的平面形式也有所不同,使得多筒集中式筒仓在改造过程中的新功能设定与空间设计策略也不尽相同。

1)空间再利用。多筒集中式筒仓中,仓筒底部的漏斗形出料仓,是具有鲜明特征的一种建筑构件,可加以利用,既能增加空间的趣味性,又可呈现筒仓建筑本身的历史痕迹。出料仓部分与上方仓壁相接的筒仓不同,出料仓上大下小的漏斗形式为各仓之间提供了距离,可与流线相结合,布置合适的功能。上海艺仓美术馆是对出料仓加以利用的代表之一,其前身为煤仓,在改造设计中围绕出料仓空间设计游客流线(图5),一是利用漏斗形出料仓底之间的空隙,让流线在梯形空间中穿梭,增加布展面,让游客近距离体验历史痕迹;二是将部分筒仓底部作为可供游客进入的“探索节点”,也可满足一些小型布展需要;三是在筒仓底部置入公共空间,让游客在仓底下方的咖啡馆、书店等公共空间中可以观赏筒仓内部的光影变化。民生码头八万吨筒仓的改造设计中,同样对出料仓进行了保留再利用,在该层空间结合原状布置了出料仓特殊展厅,彰显工业遗产特征。

2)空间整合。一些多筒集中式的筒仓群中,单个筒仓的筒径过小,难以使用,则需要将多个筒仓空间在水平方向或垂直方向进行整合,使小空间形成大空间,便于功能与流线组织。

水平方向整合,即从建筑平面入手,通过将多个筒仓单元的平面连通,形成大空间,以满足建筑功能的面积需求。如非洲当代艺术博物馆中(图6),单个筒仓直径较小,难以满足展览等功能的空间需求,因此改造设计中,将十余个筒仓单元连通,整合成大空间,再在其中灵活布置展览空间和相关辅助功能,外侧的个别筒仓可独立作为楼梯间使用。

垂直方向整合,需从剖面入手,根据建筑内部各功能之间的关系,在剖面上局部连通,在各空间之间建立视线、景观或可达性等方面的联系。这种整合方式常与建筑内的交通流线一起设计,结合一些公共平台或贯通空间,形成亮点空间。如里卡多·波菲尔的水泥厂工作室(图7),将建筑分层后局部连通,形成多个不同高度的贯通空间,左侧贯通空间使筒仓的漏斗形出料仓底成为工作室的一部分,增加办公空间的趣味性;右侧贯通空间在不同标高的平台之间增加了视线联系。

3)空间重构。前两种设计手法更注重原有空间特点和改造后的功能需求,而空间重构则更依赖于建筑师的设计概念,形式感较强,带有一定的主观性。例如非洲当代艺术博物馆(图8),以当地的“稻谷”为设计灵感,在原有建筑中置入“稻谷”形式的中庭空间,作为建筑的亮点与核心,其他功能均围绕该空间展开。

3.2.2分散式

顾名思义,多筒分散式是指若干个筒仓分散布局在一片工业厂区内。一些筒仓群的单仓为深仓,筒仓间距离较近,可直接联系成为整体,例如上海灰仓美术馆,筒仓之间通过垂直交通相连;又如南京园博园先锋书店,利用玻璃连廊将各独立的筒仓阅览空间相连。还有一些筒仓群中,单个筒仓以浅仓居多,各筒仓距离较远,则需要对筒仓所在的工业园区进行整体规划。如上海油罐艺术中心,原为龙华机场航空燃油罐,油罐废弃之后,便成为该片区域上的“人造景观”,改造设计将园区作为一个“景观片区”整体设计,与基地毗邻的上海当代艺术博物馆共同形成滨江艺术区。该片区的规划设计中将散落的5个油罐分别作为地景节点,筒仓外增加城市绿地和水景,并结合相邻筒仓功能植入展览、音乐等文娱活动空间,使得5个油罐空间既可供独立参观,又可形成连续的展览流线(图9)。

4 筒仓空间的改造设计策略

筒仓形式多样,改造功能各异,本文根据国内外现有筒仓空间改造设计案例,从空间与功能、结构、流线、立面四个角度,浅析不同筒仓建筑改造中可采取的设计策略。

4.1 空间与功能

筒仓空间的改造,不是将新功能置入 “旧壳子”,而是让新功能活化原有的非常规空间。筒仓空间与日常建筑的尺度差异是该类改造设计的难点,需要将原有筒仓的空间尺度转换成新功能所需要的空间尺度,满足新的空间体验,因此,空间与功能相辅相成。对于多筒集中式的筒仓群,单个筒仓的高径比较大时,可在垂直方向进行分层,水平方向上整合为大空间,由此满足展览、商业等功能的空间尺度需求。相对独立的深仓可以改造为住宅、办公等功能,根据筒径大小,在筒壁内侧或外侧置入居住、办公等单元,形成环形功能空间,利用内外两侧采光满足功能对应的日照和景观需求。独立的浅仓空间尺度与一般建筑接近,适合主题展馆、新型运动馆等新功能植入。

4.2 结 构

筒仓结构一直是该类改造设计中的难点之一。现有遗存筒仓多为钢筋混凝土结构和砖混结构,改造形式可在局部加固的基础上进行部分新建、部分拆除或两者皆有。部分新建适用于将大空间转化为小空间,例如将深仓垂直分层,或将大直径筒仓内部进行水平划分;也适用于在筒仓外部增加新体块,例如艺仓美术馆、弗洛兹洛双子星住宅和维也纳煤气罐B座等。部分拆除适用于筒仓壁的拆除或开洞,常用于将多筒集中式筒仓整合为大空间,或改造后需要采光的办公、住宅等功能,以非洲当代艺术馆为代表的空间重构设计也需要对筒仓进行部分拆除。当对筒仓壁进行拆除时,需结合原有筒仓的支撑结构形式进行结构设计,尤其是砖结构筒仓,对仓壁开洞时需考虑洞口位置和跨度大小,并根据开洞形式增加钢筋砖过梁或钢混过梁。

4.3 流 线

筒仓建筑改造后的流线可分为功能式与体验式。功能式流线指为满足消防疏散、无障碍设计等交通需求的流线,多为垂直交通。此类流线所需平面空间相对较小,可以利用筒径较小的筒仓,如双子星住宅中将两个小直径筒仓改造为核心筒,组织建筑内部交通。体验式流线指串联建筑内主要功能空间、面向主要使用人群的流线,设计手法较为多样,取决于原有筒仓空间类型。直径较大的单个筒仓,筒仓空间较大,可沿筒仓内表面布置体验式流线,如上海油罐艺术中心的每个油罐内部都有围绕油罐内壁的环形流线,并在流线上设计多个面向滨江绿地的可供停留的节点空间,丰富流线节奏与空间体验。筒仓间距较大的筒仓群,可在筒仓间增加连廊以串联各筒仓空间,例如南京园博园区内的先锋书店,将不同的筒仓设计为不同主题图书区,通过玻璃连廊衔接各图书区。筒仓间距较小的筒仓群,可以在筒仓内部组织体验流线,也可在外部设计环绕流线,如民生八万吨筒仓,通过一条外置的玻璃走廊,使30个原有筒仓成为一个整体。而集中式的筒仓群,可利用筒仓底部的出料仓间隙,在建筑内部设置体验式流线。

4.4 立 面

立面设计可以让改造后的筒仓建筑锦上添花,但需根据建筑功能决定设计策略。如赫尔辛基的468筒仓(图10),作为单筒式空间,被改造为社区的光影艺术中心,仅仅作为“光影”表演的剧场,因此立面设计结合光影秀进行了开孔和光电装置设计;而以Hobart、Summer Hill等筒仓公寓(图11)为例,对筒仓立面进行了较大改动,既满足了居住功能的采光要求,又通过窗洞设计突出了新旧对比。此外,立面改造还可以向外侧拓展空间或增加建筑构件,例如弗洛兹洛双子星住宅、丹麦 Logten筒仓改造,将新建住宅功能悬挂于筒仓外侧;又如民生八万吨筒仓的外置玻璃连廊,以及非洲当代艺术博物馆顶部的多面弧形玻璃构件(图12),既呼应了筒仓群原本的立面秩序,又增加了建筑整体感。

a—1号罐;b—3号罐;c—4号罐。图1 上海油罐艺术中心展览空间Fig.1 The exhibition space of TANK Shanghai

图2 民生八万吨筒仓远期规划[5]Fig.2 Long-term renovation plan of 80 000-ton silos on Minsheng Wharf

图3 维也纳煤气包改造住宅Fig.3 Renovation of Gasholders London

图4 弗洛兹洛双子星住宅平面改造前后对比Fig.4 Comparisons of plans of Gemini Residence before and after renovation

a—仓底下方公共空间;b—剖面示意;c—仓底之间梯形交通空间。图5 艺仓美术馆内部Fig.5 Inner space of Modern Art Museum Shanghai

图6 非洲当代艺术博物馆平面整合分析Fig.6 Plane integration analysis of Zeitz Museum of Contemporary Art Africa

a—工作室内景;b—贯通空间视线分析。图7 里卡多·波菲尔工作室剖面Fig.7 Section of LA FBRICA

图8 非洲当代艺术博物馆-概念重构剖面Fig.8 Section of Zeitz Museum of Contemporary Art Africa

图10 赫尔辛基468筒仓Fig.10 Silo 468 in Helsinki

a—Hobart筒仓;b—Summer Hill筒仓。图11 筒仓Fig.11 Hobart Silo and Summer Hill Silo

图12 非洲当代艺术博物馆Fig.12 Zeitz Museum of Contemporary Art Africa

5 总结与展望

优秀的工业建筑改造,能为城市打开一扇了解过往历史的生动窗口,为市民与游客带去独特的文化体验。本文在国内外筒仓建筑改造案例的研究基础上,从空间、功能、结构、流线、立面等维度浅析了不同筒仓空间适用的设计策略,希望能为未来的筒仓建筑及工业遗存改造设计提供一些参考。然而,工业建筑改造设计是复杂的议题,空间设计策略只是其中一环,不同国情或地区的文化特征、发展需求,以及项目的定位、经济投入等都对实践项目有重要的影响,需要综合考量。