既有建筑綜合改造技術分析與應用實踐

曹淑上，張京街，袁兵，張由，潘廷明

（重慶市建筑科學研究院，重慶 400016）

0 引言

我國是世界上既有建筑存量最大的國家，目前既有建筑面積已超過600億m2。上世紀六十年代及以前的建筑，已接近或超過原設計50年的使用年限，諸多建筑老化嚴重、耐久性不足、存在安全隱患，七、八十年代及九十年代初的建筑標準較低，諸多建筑使用功能差，有些建筑材料使用不當、施工質量較差，埋下了安全隱患，短壽命建筑頻現，近二十年修建的諸多建筑也逐步進入功能退化期、亟待維修。因此，大量的既有建筑存在安全性差、抗震性能差、耐久性不足、使用功能不完善、高能耗、舒適性不足等問題，不平衡不充分發展情況嚴重。如果把存在問題的既有建筑全部拆除是不現實、不可能的，并且是一種極大的資源浪費，還會造成嚴重的環境問題。因此，現階段國內諸多發達省市已經進入了新建與既有建筑綜合改造和城市更新并重的階段，隨著既有建筑綜合改造和城市更新行業的快速發展，我國必將加快進入以既有建筑綜合改造和城市更新為主的第三階段的步伐，因其具有令人矚目的發展前景和潛力。

1 既有建筑綜合改造與再利用類型分析

現階段國內對既有建筑綜合改造、再利用政策及實施現狀，大致可分為三個類型[1]。

1.1 文物保護建筑與歷史優秀建筑的保護與利用

建筑是人類社會發展、變遷的見證，是時代的一面鏡子，是凝固的歷史，文物保護建筑與歷史優秀建筑是前輩人民的智慧結晶，更是珍貴的不可再生資源，必須特別重視，予以保護，我國也制定了一系列的法律、法規和規程，加強了對文物保護建筑的法律保護。

1.2 既有城區綜合改造更新

既有城區綜合改造更新一般包括既有居住區、既有公共建筑區、既有工業廠區改造三類，重在對成片既有居住區、既有公共建筑區、既有工業廠區進行綜合規劃、改造、更新，促進城市協調發展。

1.3 單體建筑為主要對象的綜合改造

既有建筑改造的發展是以單體建筑為主要對象的結構性加固改造，提升為綜合改造，進而發展為對既有城區進行的綜合改造和城市更新。限于既有建筑業主產權及當前改造需求的零散性，以單體建筑為主要對象的綜合改造仍然是目前階段的重要領域。

2 既有建筑綜合改造技術路線圖

既有建筑綜合改造與新建建筑及城區有著截然不同的特點，新建建筑是“從無到有”的過程，項目實施相對單純，而既有建筑綜合改造則是“從有到有”的過程，受限條件多，必須以對現狀建筑結構的檢測鑒定為基礎、關鍵，并貫穿改造的全過程。經過實踐分析，現有的總承包模式EPC、EPCM、DB等必須嵌入檢測鑒定環節才能保障項目的順利實施，為此，提出了TEPC（Test，Engineering，Procurement，Construction）一體化、全過程總承包模式，對于較小規模工程可采用TBD（Test，Design，Build）總承包模式。擬定既有建筑綜合改造技術路線圖如圖1所示。

圖1 既有建筑綜合改造技術路線圖

2.1 既有建筑基本檔案建立

由于諸多既有建筑存在技術資料不齊全、甚至丟失的情況，在既有建筑改造前應首先建立基本檔案，內容一般包括勘察報告、設計圖紙、施工驗收資料、使用歷史情況、以往檢測鑒定報告、歷史維護改造資料等相關技術資料。有相關技術資料的應進行詳細的現場查勘、確認技術資料和現場的差異性；遇到技術資料丟失部分，應及時進行補充建檔勘察、建筑結構及設備等圖紙測繪。

2.2 既有建筑改造前檢測、評估

綜合考慮建筑現狀、改造方式、功能需求等因素進行改造前檢測、評估，對既有建筑各方面的性能現狀進行全面檢測、評估。主要包括對既有建筑改造前安全性能、耐久性能、抗震性能、節能性能、消防、設施性能等方面進行檢測、評估。

2.3 既有建筑改造內容可行性診斷、確定

根據既有建筑改造前檢測評估結果、改造要求，分析各項改造內容的可行性，確定改造方案。該項目工作是既有建筑改造后續設計、施工、改造效果能否實施與實現的前提，必須經歷對各項改造內容可行性進行充分的認識和反復論證的過程，才能起到事半功倍的效果，為此，在技術路線圖中單列該項工作。

2.4 既有建筑綜合改造設計

既有建筑綜合改造工作對改造設計提出更高的要求，改造設計必須充分考慮既有建筑的基礎條件、設計的可實施性與操作性，充分利用檢測手段，加深對原建筑的了解，堅持動態設計、動態檢測、動態施工。值得注意的是，在既有建筑綜合改造設計中，結構專業擔負著更加重要的角色，原有建筑結構安全可靠性的判定、各項改造實施的可行性、改造后建筑可靠性等各項工作必須由結構專業做出仔細的分析和判斷，并采取可靠的措施。

2.5 既有建筑綜合改造施工

既有建筑綜合改造施工是“從有到有”的過程，現場受限于原有建筑、周邊毗鄰建筑等，施工受限條件多、風險高，在堅持動態設計、動態檢測、動態施工的同時，必須加強改造施工過程的風險評估及項目管理。

2.6 工程竣工與后期運維

對于既有建筑綜合改造工程而言，考慮后續使用年限、改造功能提升、加固項目較多、新材料、新技術、新工藝應用等因素，必須加強工程竣工后的運維管理。建議對工程規模較大、改造技術難度大、風險較高、文物保護及歷史優秀建筑、高等級使用安全保障的項目，采取安全與能效管理智能化監測措施，建立智能化運維系統。

3 既有建筑綜合改造技術分析

對于既有建筑綜合改造而言，技術選擇尤為重要，是關系改造能否實現的前提條件。根據當前既有建筑面臨的突出問題和改造形成的多專業市場選擇，既有建筑綜合改造技術體系主要包括改造前各項性能評價技術、各專項改造技術、運維與監測技術等。

3.1 改造前各項性能評價技術

既有建筑改造前各項性能評價對改造方案的制定具有重要作用，事先應根據擬改造的內容和需求進行相關內容的檢測、評估、診斷、評價，對各方面性能現狀進行了解，評估改造可行性。

當前，發展的改造前各項性能評價技術主要包括建筑可靠性鑒定（包括安全性、使用性、耐久性檢測鑒定）、抗震性能鑒定、節能檢測評估、環境性能檢測、消防檢測評估、排水管道內窺檢測評估、水電性能評估等。

3.2 既有建筑各專項改造技術

既有建筑的綜合改造是項綜合的、復雜的系統工程，需要多項專業的配合。目前，形成的各專項改造技術包括：建筑結構安全與耐久性能改造技術、抗震加固技術、歷史優秀建筑及文保建筑保護與修復技術、加裝電梯改造技術、既有建筑拓展空間功能改造技術、建筑節能綠色與立面改造更新技術、給排水及防水系統改造技術、電氣與智能化系統改造技術等，如表1所示。

3.3 運維與監測技術

隨著智能化監測技術及BIM技術的發展，既有建筑智能運維技術應運而生。現階段，已實現物聯網終端儀器的高度集成和監測數據的遠程在線同步采集、智能化監測及運維知識資源庫的建立、基于物聯網和BIM技術的結構安全智能化監測系統，形成了互聯網、大數據、BIM技術、人工智能技術融合運用于既有建筑運維中。智能監測已應用于結構安全監測、能耗監測、給排水監控、電梯與扶梯監測、室內外環境監測等領域，成為智慧城市的基礎性工作。

4 既有建筑綜合改造實踐

4.1 公共建筑綜合改造案例之會議室改造工程

2018年1月，某會議中心對其主要會議室進行了改造，該改造未涉及會議中心建筑外觀改造，主要改造目的為提升會議室功能級空間布局改造，進行了會議室的空間與結構改造、電氣與智能化改造、室內裝飾改造、空調節能改造工程、會議功能及設備改造、室外環境改造等。該項改造工程中為拓展空間實施的抽柱工程頗具技術特色，為該類結構拓展空間抽柱工程提供了新的思路，限于篇幅，現著重對該項技術進行介紹。

表1 既有建筑專項改造技術匯總分析表

圖2 會議室二層改造區域結構布置圖（mm）

4.1.1 抽柱改造的箱型梁板轉換結構設計

該工程改造區域主體為4層框架結構、網架屋面結構，抽柱改造工程位于二樓會議室，抽柱區域上方三樓為大型階梯會議室。改造區域結構平面布置如圖2a所示。

改造前對會議室結構安全性進行了檢測、鑒定，原結構安全性滿足設計要求，經分析評估，該項目具備改造條件，可進行改造。

該改造工程要求不得明顯降低室內凈空、并保證較為充足的結構安全儲備，抽柱后對應區域梁的加固不能用常規的豎向增大截面方法。經多個方案比選，確定采用一種新型的局部改變結構型式方法進行改造，即：將原主次梁結構增設底板形成多箱型結構受力體系，大幅提高原結構的承載力以及剛度，改造平面布置如圖2b所示。該項技術現已授權國家實用新型專利，主要包括原結構主梁、原結構次梁、新增主梁以及新增次梁共同構成該轉換體系的肋梁，原結構樓板和新增底板共同構成該轉換體系后箱梁的頂板與底板，并對相鄰區域抽柱后承載力不滿足要求的梁采用粘鋼的方法進行加固。

4.1.2 抽柱改造過程監測與荷載試驗

該項目施工實施過程中，對抽柱工程影響到的主要結構應力及撓度進行了監測，監測數據均未超過計算值，施工過程安全可控。施工完畢后對改造區域進行了荷載試驗，采用加水荷載的方式，進行了箱梁及框架柱控制截面應變、撓度測試，試驗結果表明：結構安全性滿足要求，可投入正常使用。

4.1.3 使用階段的變形監測

項目改造竣工后，對使用階段進行了變形監測，目前結構變形已趨于穩定，并為運維階段提供了初始數據和基礎。

4.2 工業建筑民用化改造案例之鵝嶺印制二廠文創園

重慶印制二廠歷史悠久，1939年建立之初這里被稱為“民國時期的中央銀行印鈔廠”，1953年成為重慶印制二廠，曾是重慶的彩印中心和西南印刷工業的彩印巨頭。當年名聲顯赫，聞名于世。2012年，二廠整體搬遷，原來老舊的廠房依然保存；2014年，渝中區政府規劃重慶印制二廠區打造一個文創公園，項目原建筑面積約3萬m2，共35棟，初期開發11棟，其中諸多廠房修建于上世紀四五十年代。2018中國城市更新論壇上，鵝嶺二廠以高票入選全國十大“老城復興”案例，是西南地區唯一入選案例，它集文、商、旅于一體，成為重慶市工業遺產保護性開發的代表性文創品牌園區。

4.2.1 改造原則及目標

1）堅持“修舊如故”的原則與“生長的城市”的理念，實施 “有機更新”，最大限度保持原建筑歷史風貌的同時，又恢復舊廠區的活力、不斷生長，保護與利用相結合。

2）堅持“安全、適用、經濟”原則，確保建筑結構安全、實施加固改造，改變原廠房功能為商業及辦公，進行民用化改造，按照現代適用功能，調整室內布局，提升建筑使用功能，并進行了較為全面的改造。

4.2.2 改造技術與實踐

先期改造的單棟建筑中，以原印鐵車間改造為酒店較為典型，下面主要簡介該項目建筑及結構改造部分內容。

1）既有建筑基本檔案建立

由于該工程建設資料不全，僅存零星資料，首先對該工程進行建筑及結構測繪、使用及維護改造歷史調查，建立房屋基本檔案。原印鐵車間建設于20世紀70年代，現狀為3層鋼筋混凝土框架-砌體混合結構，房屋原設計為地上2層鋼筋混凝土單跨框架結構、跨度13m、柱距5m，第三層為后加建砌體結構，基礎為條石基礎，樓板、屋面板為預制板，1層層高約7.5m、適于夾層，2—3層層高約5m，總建筑面積約2130m2，現場測繪的一層平面圖如圖3所示。

2）既有建筑改造前檢測鑒定

圖3 一層建筑平面圖（單位：mm）

圖4 柱、挑梁加固斷面圖（mm）

根據改造需求，該房屋主要進行了結構安全性能、耐久性能檢測鑒定。經檢測鑒定，對地基基礎進行檢測，核查了房屋地基持力層及基礎形式，對上部結構混凝土結構及砌筑材料參數進行了現場檢測，對該房屋相關構造措施進行檢測，并對房屋病害及耐久性問題進行了分類和統計，檢測鑒定結論為：房屋地基基礎安全性滿足要求，上部結構安全性能及耐久性能不滿足要求，應進行加固處理。

3）既有建筑改造內容可行性診斷、確定

根據既有建筑改造前檢測評估結果、改造要求，分析各項改造內容的可行性，確定改造方案。該項目為老舊廠房改造為酒店建筑，原建筑面積約2130m2、改造后建筑面積達3000多m2。

根據改造需求，該項目改造內容包括：結構安全與耐久性能改造、拓展空間功能改造、加裝觀光電梯改造、建筑外立面改造、給排水及防水系統改造、電氣與智能化系統改造、消防改造、室內裝修工程改造等。

其中，結構安全與耐久性能改造，是整個改造的基礎性工作。

拓展空間功能改造，是價值提升和利用的重要方面，原廠房建筑室內空曠、設計荷載較高，經加固后適于改造設計中靈活的空間分割、功能劃分。主要包括一層增設夾層改造作為客房，既可創造寬敞的首層大堂空間、增設螺旋樓梯，又可有效利用空間；二層、三層建Loft客房改造；該項目屋面江景特色鮮明，在屋面層加設架空層設置星光泳池，并局部采用鋼結構加層，用以觀景，同時提升商業價值。在臨江側各層設置觀景平臺、對側原挑梁區域設置走廊。

加裝觀光電梯改造，是出于功能、觀光等各方面要求設置，擬設置在（16）/（A）軸一側，對房屋原結構安全影響較小。

建筑外立面改造，必須考慮施工的可操作性及安全性，尊重原建筑外觀的同時兼顧酒店建筑特色，按客房及功能需求對原建筑門窗等進行更新設計，立面其余區域多采用做舊灰色涂料、體現原建筑特點。

其他方面，給排水及防水系統改造、電氣與智能化系統改造、消防改造、室內裝修工程改造等主要根據改造為酒店建筑后的具體需求實施。

4）結構加固改造關鍵技術

該項目加固技術是整個改造能否實現的關鍵，本節對結構加固的幾項關鍵技術進行介紹。

① 臨江側增設觀景平臺技術采用增設鋼結構梁柱結構體系，并與原框架結構相連，鋼梁與原框架柱采用錨板螺栓連接；對側走廊挑梁采用增大截面法進行加固處理、并將原框架柱牛腿以上區域增大截面，增強走廊挑梁與原框架柱整體性及協同受力，牛腿以上框架柱加固、挑梁加固截面圖如圖4所示。

②一層增設夾層技術采用鋼結構梁、鋼筋混凝土樓板組合體系，鋼梁頂部設置間距不大于150mm的剪力鍵，新增鋼梁與原框架柱采用錨板螺栓連接，各向錨板同高、相鄰錨板焊接、錨板與柱間縫隙灌漿密實相連形成整體，保障新舊體系的節點連接可靠性、耐久性。

③一層新增雙螺旋樓梯技術采用空間輕型鋼結構體系，外徑3.24m、內徑2.16m，螺旋樓梯上部與新增夾層梁相連，下部設置鋼筋混凝土獨立基礎。

④由于原屋面承載力不滿足功能提升使用 （設置星光泳池、臨時鋼結構商業用房、綠化景觀等）要求，屋面利用加固技術主要采用新增鋼結構梁柱體系架空層承載功能提升使用荷載的方法，并對三層鋼筋砂漿面層磚柱采用包鋼加固進行處理，向下延伸至少900mm保證與下層框架柱的連接，向上與新增鋼結構架空層連接，形成整體受力體系。

5 結語

經過多項工程的實踐，我們意識到既有建筑綜合改造是一項需要各專業高度融合，甚至是相互依存的系統性工作，特別是建筑與結構專業的配合往往是改造能否達到預期效果和施工可實施性的關鍵。在改造中應貫徹城市有機更新的理念，保持原有的城市肌理，甚至保持原有建筑外貌不變，達到變和不變的內在統一，持續推動既有建筑綜合改造與城市有機更新工作的開展。