城市更新背景下大型公共建筑不間斷運營改建技術

張 波

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

城市更新是城市發展的必然產物，目前我國特大型城市已逐步由大拆大建的發展模式邁入城市更新。然而，城市更新的發展不是一蹴而就的，而是需要漫長的經驗積累和技術發展的[1]。一方面，城市更新在我國還處于起步階段，針對建筑改造領域的技術體系標準尚未形成，改建類與新建類項目在設計、施工、管理等方面均有較大差異，以往的新建類項目經驗不能直接復制于改建領域；另一方面，城市建筑類別多樣，包括公共建筑、居民建筑、工業建筑等，不同建筑類型面臨的更新改造需求、問題、技術途徑也不相同，技術體系的形成需要大量的經驗積累和專項性研究工作[2]。

1 大型公共建筑改建核心需求

大型公共建筑是城市建筑的重要組成部分，承載著社會經濟、交通、醫療、文衛等各類城市主體活動，是城市的重要功能樞紐。建成年代較早的大型公共建筑，經過數十年的服役使用，機電設備老化、功能提升困難、結構存在隱患。針對這些問題，面向大型公共建筑持續利用的更新改造需求越來越普遍。傳統的停業改建模式以暫停建筑正常使用為前提，對城市功能運行和社會經濟帶來負面影響。在此背景下，不間斷運營成為大型公共建筑改建的必然選擇和核心訴求。

2 大型公共建筑不間斷運營改建面臨的技術問題

2.1 建筑功能運營保障施工區域動態劃分

大型公共建筑不間斷運營改建是一個動態的復雜過程，往往是分階段分區域逐步完成的，隨著工況推進，施工區域和運營區域相互關系會不斷發生改變或轉換。在此過程中，始終存在的問題是如何對公共空間進行科學劃分，平衡不同工況下施工與運營對空間需求的矛盾，這成為大型公共建筑不間斷運營改建的技術難點之一。

2.2 交通流線的轉換與交通流量的補償

大型公共建筑是人流、客流的重要集散地，交通量巨大。如國內首都機場每年旅客吞吐量接近1億人次，上海徐家匯地鐵站日客流量約13萬人次，上海港匯恒隆廣場日客流量約1.6萬人次。不間斷運營改建直接影響原道路、通道、出入口的正常使用，致使人車流需要重新組織和分配。在人車流高度密集、道路網絡復雜、環境制約明顯等復雜因素的影響下，如何分析、規劃、建立新的交通流線，并在保障交通秩序穩定的同時滿足各業主方的利益訴求，成為公共建筑不間斷運營改建的技術難點之一[3]。

2.3 機電設備管線的切換與補償

大型公共建筑擁有復雜的機電設備系統和市政管線系統，它們是建筑功能得以運轉的動力源和神經網，是實現不間斷運營的重要保障條件。一方面，設備管線的更新升級往往是大型公共建筑的主要改建內容；另一方面，結構改擴建施工往往觸及設備管線的遷移或更替。在兩方面需求背景下，設備管線既要完成更新，又不能影響運營區域的正常工作，這為大型公共建筑不間斷運營改建帶來諸多技術難點。

2.4 低影響綠色施工與安全保障

大型公共建筑的更新改造覆蓋裝飾裝修翻新、結構局部改擴建、機電設備升級等多種類型。作為人流密集的公共場所，不間斷運營為綠色施工和公共安全提出極高要求。一方面，為降低改建施工對運營舒適度的影響，必須從工藝、材料、裝備、污染物處理、組織與管理等各方面提升綠色化施工水平；另一方面，施工區域與運營區域的公共安全需要通過動態隔離、人車流防護等技術來保障。

3 大型公共建筑不間斷運營關鍵技術

3.1 運營保障評估與施工區動態劃分技術

運營區域與施工區域的界面劃分是施工組織的重點，應綜合分析施工技術、工藝、流程與建筑功能實現的內在聯系，需要從面向功能需求的運營保障評估和最小干預的動態劃分這2個方面尋求技術突破。

3.1.1 面向最優功能需求的運營保障評估技術

首先，定性或定量分析運營功能需求，可以通過專家分析法，確立以交通通行能力、設備管線利用、安全運營保障、綠色化施工水平為主的不間斷運營影響因素。根據專家打分法建立判斷矩陣，在此基礎上采用層次分析法得出影響因素權重，運用模糊數學理論形成建筑功能持續運營評估等級，建立模糊評判模型，對不同實施路線進行分析評估，根據評估結果選擇運營功能最優化的總體技術路線。

3.1.2 基于最小干預原則的施工區動態劃分技術

施工區域避讓既有市政管線，施工設備資源與運營區域相互獨立，改建施工錯峰作業，實現對運營環境的最小干預。以建筑功能正常運營需求為依據，結合總體改建流程設計，將建筑空間進行立體劃分，平衡不同改建工況下施工與運營對空間的需求矛盾，保障施工與運營空間轉換過程中交通流線暢通、設備管線零中斷、結構安全與穩定。

3.2 基于人車流智能監控與仿真分析的交通補償切換技術

為保障在改造施工過程中，商場客流量不流失，機場、醫院、車站等公共場所交通有序不擁堵，需要從交通流量監測、運行狀況預測、動態交通組織與管理等方面進行系統性研究。

3.2.1 基于圖像與大數據分析的人車流密度監測技術

結合實際項目需求，設定需監控的人車流密度區域，以視頻采集手段為主，在交通、廣場、大廳以及通道出入口等重要監控區域合理化布置監測傳感器系統，采用圖像分析技術，對監控場景范圍內的人車流等動態目標進行跟蹤并進行密度分析，實現對人車流量的精準統計，統計數據與其他視頻分析模塊或管理軟件結合，形成報表或實時監測信息，為場地交通的重新組織和規劃提供數據依據。

3.2.2 交通仿真分析與預測技術

建立適用于大型公共建筑不間斷運營改建的交通仿真分析與預測方法，以人車流密度監測數據為基礎，采用EMME、TransCAD、VISSIM、VISUM等軟件建立交通仿真模型，模擬時空變化條件下車輛、行人、道路以及交通特征，通過虛擬現實技術手段，直觀表現路網中人流、車輛的運行情況，預測改建施工工況下運營區域交通流線、擁堵、人車流量分配等情況，為交通的重新規劃、組織與管理，以及交通能源節約與物資運輸流量合理化提供方向，進而為大型公共建筑不間斷運營改建總體路線的制定提供決策依據（圖1）。

圖1 交通仿真分析與評估流程

3.2.3 動態交通組織與保障技術

以交通流量維持和交通秩序穩定為原則，通過對交通流線的重新組織和規劃，形成以道路翻交和交通切換補償為主要措施的動態交通組織與保障技術（圖2）。道路翻交技術即將原人車流出入口和交通要道交替性關閉或開啟，在不增加交通設施的條件下，通過對人車流量的重新調整和分配，實現交通流線的持續暢通，避免由于改建施工引發交通癱瘓。交通切換補償技術通過新增臨時或永久的交通道路，補償原交通流線封閉后的流量損失，在此條件下，通過新舊交通流線切換，保障交通穩定有序。

圖2 地鐵站改擴建項目道路切換與補償

3.3 復雜設備管線甄別與補償技術

設備管線改造升級是一項復雜的施工過程，在建筑功能持續運行條件下，必須建立從管線甄別、功能關聯性分析及切換與補償的成套技術。

3.3.1 信息不完備條件下設備管線排摸與甄別技術

針對圖紙資料缺失、地下管線情況不明等設備管線信息不完備情況，采用三維掃描技術實現建筑上部空間設備機電管線的高效精準排摸。綜合采用電磁感應法、地質雷達、示蹤法等實物勘測手段，結合三維掃描等數字化技術，完成對建筑設備管線系統的甄別。

3.3.2 設備管線區域關聯性分析與評估技術

逆向構建大型公共建筑設備管線三維可視化模型，并與建筑其他功能運營系統數據相結合，開發建立適用于大型公共建筑改建的綜合管理平臺（圖3）。基于建筑靜態和動態數據，引入多種數據挖掘和機器學習算法，形象展示設備管線的截流或中斷對關聯運營區域的影響程度和范圍，進一步形成設備管線區域關聯性評估方法，為大型公共建筑設備管線的動態切換和補償方案提供決策依據。

圖3 設備運行管理平臺

3.3.3 設備管線動態切換與補償技術

以最小干預、快速切換、區域化更新為原則，建立成套設備管線動態切換與補償技術。根據運營區域建筑功能運行需求，通過新增永久或臨時設備、管線，采取以新代舊或新舊結合的方式，解決部分設備管線停止使用狀態下的性能補償問題，實現設備管線的零中斷切換，保障運營區域的建筑功能持續運行（圖4）。

圖4 上海港匯恒隆廣場改建項目機電管線切換

3.4 不間斷運營條件下的綠色施工與安全保障技術

為解決高標準運行要求下綠色施工難、高密度人流環境下安全保障難的問題，需要研發一系列具有適宜性的綠色施工工藝及裝備，形成成套的結構安全保障技術體系。

3.4.1 綠色結構拆裝機械裝備

結構拆除是建筑更新改造的重要內容，然而受環境因素、場地條件制約，構件的拆除、吊裝、移位、垃圾處理成為難題，為此需要研究綠色小型化適宜性結構拆除施工工藝及裝備，解決狹小空間內結構構件拆除、吊運、就位難等問題。以履帶式多功能結構拆裝機械裝備為代表，通過機械手臂的替換，可完成墻體、樓板、梁、柱等構件的夾持、移動及定位等多類動作，減少改建施工過程造成的光粉塵污染，達到建筑廢棄物減量化目標。

3.4.2 與運營環境相融合的安全防護和隔離技術

研發綠色化安全保障系統，該系統集區域隔離、安全防護、施工作業、人員通道等多功能于一體，有效提高綠色改建施工水平。研究與運營環境相融合的防護隔離技術，降低改建施工中的光粉塵污染，降低施工作業對運營環境舒適度的影響[4]。

3.4.3 基于BIM與物聯網的遠程智能監測技術

研發基于BIM與物聯網的遠程智能監測平臺（圖5），該平臺可以實現三維模型展示、監測數據自動上傳、數據分析、結果展示、預警提示、過程資料管理等功能，方便用戶在手機、電腦等終端設備隨時查閱，全面掌控大型公共建筑改建施工過程中的結構安全性能。

圖5 基于BIM與物聯網的遠程智能監測平臺

4 結語

目前來看，大型公共建筑改建的市場規模仍在不斷擴大，但技術發展尚不充分。與新建項目不同，既有建筑改建項目本身具有特殊性和復雜性，設計、施工受既成因素影響較多，面對需求多樣、環境復雜的結構改造，在技術、工藝、裝備等方面尚有很大的發展空間。