新科學觀下的舊建筑改造設計分析

劉明依 劉斯穎

(中國礦業大學,江蘇 徐州 221116)

新科學觀下的舊建筑改造設計分析

劉明依 劉斯穎

(中國礦業大學,江蘇 徐州 221116)

通過研究新科學背景下衍生的理論方法與技術分析對于舊建筑改造設計方法和思想的影響，以此來優化舊建筑改造的復雜設計過程，客觀的探索了科學技術手段在設計過程中所起的作用，從而使舊建筑改造設計工作的方向性更加明確，使設計方法更加完善、合理和有效。

新科學，舊建筑改造，數字技術，設計方法

1 新科學觀影響下的數字技術的崛起

新科學可以解釋為20世紀以來的非械論的整體性自然科學。諸如基礎性學科的數學、物理學、系統科學及復雜性科學、混沌理論、涌現理論等等，這些學科大多影響著當代建筑的轉變并推動其設計方法發生變革，與90年代末期迅速發展的電子計算機和信息技術，協同推進建筑學邁入數字化時代。

從前期分析、設計建構、設計表達到建造運營，數字技術的應用貫穿設計的全程運作：物理環境模擬分析、GIS系統、參數化設計、BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)，算法設計，數字圖解與虛擬現實，數控建造，數字管理等新技術層出不窮[1]。

建筑學已經掀起了這股數字化浪潮，科學技術已經成為建筑創作的主要手段。而舊建筑改造實踐不同于新建筑，其本身所具有的特殊性及其改造過程中的復雜性，使得舊建筑改造過程中的技術方法選擇及其應用也具有了自身的特征。

2 新科學對舊建筑改造設計的影響

1)數學對舊建筑改造設計的啟示。

數學，作為新科學的基礎學科，在科學研究中的應用最重要的方面是建構數學模型。“科學的數學化”已然成為當今科學的發展趨勢之一，而舊建筑改造的過程，是科學技術與藝術融合重構的過程，其自身的特殊性與復雜性亟需數學方法和科學技術的引入。理性的數學思維促使我們正確運用數學理論及方法去梳理、分析舊建筑復雜系統。數學方法的運用使改造過程更加系統化、科學化，更具嚴格性和精確性。也正因為數學所獨有的理性思想，被各類學科所運用。馬克思認為：一門科學只有當它能夠成功地運用數學的時候，才達到了完善的地步。舊建筑改造設計作為新建筑設計的一種特殊設計類型，其改造過程受到更多條件的限制，它是對已存在環境及形態的變更,其改造處理的問題龐雜無序。在新科學發展的背景下，舊建筑改造在傳統設計方法上存在的問題日益嚴峻，諸如設計師僅憑直覺的方法、主觀的經驗、簡單的計算，已經不能很好地面對如此復雜的舊建筑系統工程。簡而言之，舊建筑改造缺少數學理性思想的融入。基于舊建筑改造的特殊性及復雜性，更應該引入數學方法，作為其改造過程中的科學支撐數據。數學所獨有的理性思想，改變了人們原有處理問題的方法，從定性方法轉為定量描述，從原有的主觀理解到客觀分析，使得數學理性的光輝得以延續。科學技術的迅猛發展，電子計算機時代的到來，迎合了當代數學新的特點，由此而有了當今數字化時代的產生。

2)新科學與舊建筑改造設計之間的媒介——數字技術。

從技術層面上理解，建筑數字技術是在最新科學成就的基礎上發展起來的。新科學觀影響下的理念與數字技術，作為建筑變革過程中的催化劑，加快推進建筑觀的進程。新科學觀念和數字技術的結合將會為舊建筑改造提供新的設計思維、設計方式及方法。總之，新科學觀影響下的理念與數字技術的結合將更新舊建筑改造的設計、建造與管理。眾所周知，CAD技術的廣泛應用被視為建筑工程領域的第一次變革，而BIM技術的出現也將引發建筑行業領域的第二次革命。隨著數字化時代的進程，BIM技術的出現，改變了原有的設計方法及設計理念。BIM是一個全產業鏈的概念，對設施的物理和功能特性及其相關的項目生命周期信息進行數字化形式的表現，從而為項目決策提供支持，有利于更好地實現項目的價值。

3 基于數字化技術的舊建筑改造設計方法

1)數字化技術在改造前期測繪中的應用。

新建筑設計前期的調研工作相對簡單，可謂“平地起高樓”，簡單的掌握場地的基本情況即可，諸如場地高差及面積、基礎設施狀況、法規限制等等。然而，相同的調研方法用于舊建筑改造上，是萬萬行不通的，基于其本身的特殊性及復雜性，設計者必須對原有建筑作更加深入的調研分析，如建筑結構與構造狀況，美學特征、周圍環境特點，功能預測等內容。然而由于舊建筑的建造年代久遠，所獲得的原始設計圖紙深度較為粗糙不全，有的甚至沒有設計圖紙，只能依賴現場測量獲取資料。前期測繪的難點是對于關鍵性的隱蔽工程如結構體系、管線走向從表現上難以全面掌握，特別是內在的裂縫、滲漏等隱蔽的缺陷容易被忽略。并且傳統的測繪方法費時費力，容易產生較大的誤差。在新科學背景下，將數字化技術介入舊建筑改造復雜的設計過程，可以使改造更加客觀化、科學化。為此，上海現代建筑設計集團建設工程有限公司利用BIM技術在思南路舊建筑改造項目中作了一個大膽的嘗試，創新總結了一套多維技術，此技術融合了多項數字化技術，包含三維掃描技術、BIM技術、虛擬現實、云應用等。貫穿舊建筑改造設計過程的始終，提高了改造設計效率，縮短了設計工期。首先，通過三維激光掃描把原來建筑的數據在電腦當中儲存保留，并在改造過程當中時刻拿其與設計進行逆向對比，與掃描圖像進行比對推敲。通過三維掃描儀記錄歷史建筑三維信息，并借助逆向工程手段生成模型，比傳統測繪手段更加方便、快捷。此項目中多維技術的應用，為古舊建筑改造提出了嶄新的思路和解決方案，實現了從前期測繪到后期展示的全數字化應用，取得了積極的成果[2]。

2)數字化技術在建筑性能改造中的應用。

當前舊建筑改造設計方法缺乏科學性、系統的思想，沒有邏輯的反饋，其設計結果也難免出現種種失誤。諸如設計師僅憑主觀經驗或簡單的計算無法準確判斷建筑改造的性能與優劣；如果在設計之初，就能夠充分利用先進的科學技術如通過計算機模擬取得的科學數據作為設計構思的依據，設計過程的基礎，即可提高設計的客觀性和科學性。建筑性能的模擬可以借助數字化技術進行定量評估，例如照明環境分析、太陽能輻射分析、熱環境分析、風環境及能耗模擬分析等等，可以滿足日常建筑的基本功效。然而，由于舊建筑改造設計前，缺少合適的技術手段，一般的改造項目很難有時間和能力對日照、風環境、熱環境等性能指標進行多方案闡明模擬，而BIM技術為建筑性能的闡明普及及應用提供了可能。基于BIM技術的特性，建筑師在設計過程中創建的虛擬建筑模型已經包含了大量的設計信息，只要將模型導入相關的性能化分析軟件，例如Ecotect，GBS(Green Building Studio)，VE(Virtual Environment)，就可以得到相應的分析結果，通過BIM模型結合Ecotect軟件即可以進行建筑方案熱性能、日照、天然光、經濟性以及建筑對環境的影響等分析，可以將建筑性能定量化，從而幫助設計師在改造前期可以選擇更為高效、節能的方案。原本需要各專業人士花費大量時間輸入性能模擬分析的過程，現如今可以自動完成，縮短了性能化分析的周期，提高了設計效率。

4 結語

隨著時代的發展，科技的進步必然為舊建筑改造設計帶來技術及工具上的更新，傳統的設計方法正在逐漸轉變，舊建筑改造設計方法迎來了技術變革，以數字技術為代表的當代科技深刻影響著設計師們的思維方式和工作方法。

[1] 任 軍.當代建筑的科學之維[M].南京：東南大學出版社，2009.

[2] 呂 芳.思南路舊房——多維技術在古建筑群改造中的應用[J].工程質量，2013,31(2)：26.

[3] 劉 爽.建筑信息系統(BIM)技術的應用[J].建筑學報,2008(2)：41.

Analysis on old buildings transformation and design under new science view

Liu Mingyi Liu Siying

(ChinaMiningandTechnologyUniversity,Xuzhou221116,China)

Through the research on the influence of theory method and technology analysis under new science background to old buildings transformation and design, to optimize the complex design process of old buildings transformation, objectively explored the role of technology ways in design process, so that the direction of old buildings transformation and design more clear, made the design method more perfect, reasonable and effective.

new science, old building renovation, digital technology, design method

2014-11-20

劉明依(1989- ),女，在讀碩士； 劉斯穎(1989- ),女，在讀碩士

1009-6825(2015)04-0003-02

TU746.3

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