高校建筑中工業遺存更新改造設計研究

李莘茹

張 元

劉君浩

建國初期我國政府效仿“蘇聯模式”，對高等院校教學體系進行了全面調整。眾多院校被拆分并獨立開辦以工科為主導的“專才教育”體系，“一系一樓”教學模式開始盛行，建造了大量的實驗樓等大跨度、廠房式建筑[1]。改革開放前后政府鼓勵建設校辦工廠作為學生“工學一體”、“勤工儉學”的重要基地，全國高校開始逐步實施校辦工廠的教學模式[2]。隨著經濟社會發展所帶來的產業結構的轉型，校辦工廠逐漸落寞。

如今隨著高校學科建設與生源的不斷擴招，高校急需改善現有的辦學條件以適應經濟社會發展的需要，而新建或擴建無疑增加了高校與政府的財政負擔。同時國家對工業遺存的更新改造也逐步重視起來，目前我國工業遺存的更新改造主要是以盈利為目的，高校建筑中的工業遺存更新改造對于上述問題存在一定的交叉互補性[9]。本文通過具體案例進行改造手法的對比研究，以期為高校建筑中工業遺存更新改造設計提供借鑒與參考。

1 高校建筑遺存案例選取

“工業遺存改造成校園建筑”這一話題在工業遺存改造里是比較新穎的，高校在建設發展過程中遺留下來的工業廠房類建筑多是校辦工廠、實驗室、企業單位遺留下來的，其改造方式也多有不同，本文是基于工業遺存改造成校園建筑的一種縱向剖析的思路，研究對象的選取滿足以下原則：①工業遺存是校園建筑中本來就存在的，并不是在廢棄的工業廠房上建設新建筑；②工業遺存有著一定的歷史價值；③工業遺存改造再利用必須有其側重點。因此，本文實際案例選取與分析具有很強的針對性，而每個案例改造的重點也存在著差異性。本文通過內蒙古工業大學建筑系館（原機械廠）、中國礦業大學建筑設計院（原鍋爐房）、上海財經大學圖書館（原鳳凰自行車三廠）三個工業遺存改造項目案例，以結構體系、功能置換、空間塑造、生態技術四個方面作為切入點進行分析。

2 高校建筑遺存改造分析

2.1 結構處理

（1）結構保留與加固

上海財經大學圖書館改造尊重原有廠房的結構形式，通過對原有結構的保留與加固，將建筑表皮的窗戶排布韻律作為外立面改造的重點，以2200mm窗戶面寬作為尺度，最終使得原廠房的建筑形態與圖書館大致相同，改造后的建筑外觀簡約規整，也符合舊工業建筑表皮語言特質。在建筑內部改造方面通過混凝土外包柱子，對其加固同時也擴大了柱截面。通過增加縱筋和箍筋以使得原有結構體系的延展性與剛度大幅提升。新舊結構銜接處則是通過植筋的手段來提高粘合度，并拆除結構體系以外的柱間連接梁，建立縱向框架體系，將原鉸接點做成剛接點[3]。

（2）結構拆除與復原

中國礦業大學老鍋爐房經過多年廢棄閑置，內部設施均已老化，但承重結構并沒有受到破壞，共計2層，局部3層。一層因內部布滿不規律的構造柱，導致空間破碎，為重組內部空間關系，改造過程中將不具有利用價值的結構與設施進行拆除，賦予舊工業建筑新的實用價值，讓具有歷史價值的原有結構體系實現有序重組[4]。

（3）新舊結構的脫離

內蒙古工業大學建筑系館的改造僅在主入口處新建了玻璃門廳，并采用了與主體結構相脫離的框架結構，避免對舊結構產生損害。新建部分沿用工業氣息十足的牛腿柱作為支撐構件，靠近外墻內側的柱與原廠房的柱并置，梁架和屋面板等構件不經修飾直接外露，延續舊工業廠房粗獷的、具有年代感的風格[5]；中國礦業大學鍋爐房改造中，新的框架體系在舊的排架體系基礎上，通過“L”型柱半包圍舊柱子，中間留有10cm縫隙用輕軟材質填充，外部粉刷成為一個整體，新結構體系與舊排架體系巧妙地結合[4]。

2.2 功能置換

（1）大跨結構

內蒙古工業大學建筑系館原結構為大跨度鋼筋混凝土桁架結構，改造的首要任務就是對空間進行有序劃分與重組。改造后的功能可分為教學、圖書閱覽、開放展示、辦公、報告廳和藝術沙龍六個部分。其中報告廳完整而獨立，辦公區較為私密，教學區為鏤空磚墻和玻璃墻圍合的半開放區域，展覽區和藝術沙龍為完全開放的公共區域，各功能分區動靜結合、彼此聯系。內部空間除教室、畫室、閱覽室等之外，最具有特色的功能空間應屬藝術沙龍區，兼具吧臺、小型演出、學習交流空間的功能。

上海財經大學圖書館，原廠房由7層的車間和5層的倉庫組成，原有建筑內部空間的標高關系復雜，層高與圖書館層高有較高的重合度，而局部大層高的空間可以建造夾層，以獲得更多的使用面積[3]。通過優化內部流線，增加自習座位與閱覽面積，同時擴展新的功能空間，適應現代高校圖書館的發展需求。改造后圖書館大致可分為行政辦公區、借閱區、輔助閱覽區、學術報告廳四個功能分區。

（2）常規結構

中國礦業大學鍋爐房改造前是校園建筑中附屬的功能用房，原建筑一層為大開間、大跨度的鍋爐工作空間。建筑東面擺放著燒鍋爐的設備，廠房內部主要用于堆放煤炭和工人操作。二層上部與下部是大面積橫向開窗，曾經作為鍋爐房的辦公區，空間開敞、沒有任何隔斷，在改造時中間預留中庭和交通空間，其他面積都作為辦公空間。三層是處理煤炭的操作間，與運煤廊相連，保留主體的空間，其他兩處建筑局部內收形成的平臺。在考慮對三層主體結構空間處理時，決定采用將功能空間放大化，將主要空間作為設計人員的辦公空間，將兩處屋面空間改造成設計人員交流空間（表1）。

表1 中國礦業大學（徐州文昌校區）鍋爐房改造前后對比

（3）特異結構

內蒙古工業大學建筑系館中，煙囪作為校園中的標志物，在改造之初有意使煙囪通過雨棚與門廳聯系在一起，改造后的煙囪與雨棚結合猶如傘與傘柄一樣，使煙囪成為了學生們駐足交流的場所（圖1）。中部院子保留室外鍋爐，通過拆除部分維護結構和增添臺階，改造成為了一個印有年代與勞動的空間縮影（圖2）。其空間圍合感很強，吸引著很多師生至此體驗與聊天。這兩個局部空間是對于異性結構功能置換的一個縮影。它不僅讓我們認識到了異型結構功能的獨特性，而且通過對原有構建植入新的功能，會使異型結構煥發出新的活力[6]。

圖1 煙囪改造

圖2 室外鍋爐改造

2.3 空間塑造

（1）內部空間塑造

水平劃分。建筑系館內部空間分隔主要采用紅磚隔斷，同時采用玻璃隔斷來弱化空間的限定。內部空間采用長廊進行聯通，豐富了水平空間的流通性。室內空間與室外空間通過材質界面的轉變，給室內空間創造出“界定”空間；中國礦業大學鍋爐房改造之前，內部空間較雜亂。在內部空間水平劃分時，主要采用“水平隔斷”與“水平合并”兩種手段。根據功能的需要，鍋爐房的內部分隔采用了實墻分隔，因二層、三層分隔為大空間辦公，考慮到采光的需求，對此采用玻璃作為隔斷的材料。鍋爐房結構體系主要分為3層主體結構和2層附屬結構。主體結構與附屬結構被一堵實墻阻隔。在改造過程中，可以將兩個空間合并成適宜工作的場所，且局部二層中存在很多分隔的小房間，這樣的房間是不適宜辦公的，所以在改造過程中，將原結構的隔斷合并，之后分隔成辦公區。

垂直劃分。內蒙古工業大學建筑系館改造方案將單層廠房內部通過夾層手段，改造成三層教學空間。內部用一部直跑樓梯將垂直空間相連接，樓層空間采用退臺的方式使垂直空間更加有層次感。拆除局部樓板將上下垂直空間合并，營造出十余米的大廳，具有引導作用；上海財經大學圖書館改造采用夾層的手段垂直分割出局部閱讀空間，車間與倉庫中間存在三層連廊，改造時為了采光的要求，將三層連廊改造成為了五層高的采光大廳，其做法不僅改善了大廳的采光作用，而且為負一層創建了很好的閱讀空間（表2）。

表2 內部空間垂直劃分手法

（2）外部空間塑造

內蒙古工業大學建筑系館原廠房建筑存在著兩個院落空間，改造過程中通過對原廠房的東側放置吊車整合成第三個院落，形成了東、西、中三處院落。西部庭院可以引導人流，中部庭院作為主入口，起著解決和疏散主要的人流聚集場地的作用。東部院落采用植物與鏤空的墻磚對場地進行了限定，使視線既開放又被遮擋。對室內外環境進行改造時，設計者對各種功能界面進行塑造，新的空間被界定起來。由于不同功能的界面在空間上相互聯系，創造出引導、圍合、聚集多樣的空間，通過融合橋、入口大廳、親水平臺等設計元素，加強了建筑之間、建筑與景觀之間的聯系。使空間與空間進行著平行或交叉的對話。原老廠房院落的樹木都被完整保留，為室外活動場地提供大片的陰涼；環繞主入口玻璃廳的淺水池從室外延伸至建筑大廳，使室內外空間相互滲透；廢棄機器成為雕塑散落在建筑周圍，喚起人們對于舊工業生產時代的記憶。

2.4 生態技術

（1）廢棄材料再利用

內蒙古工業大學建筑館為了能夠使改造后的建筑空間延續老廠房的生產記憶，將拆除的廢棄材料與構件進行了歸類整理，并應用于改造設計中，賦予了新建筑歷史性元素。真正實現了“變廢為寶”，不僅降低了建筑材料的消耗，而且具有良好的經濟效益和生態效益，也實現了工業文明的傳承，并創造出了老廠房新的藝術價值（表3）。

表3 改造過程中廢棄物的再利用

（2）被動式通風

建筑系館中保留著原有煙囪、地道，為了改善室內空氣流動質量，改造設計將地下生產通道、室內空間與煙囪連接在一起，地下通道處設有水池[6]。在夏季，當進風口的風吹入地下通道，水池中的水改善空氣濕度，進而改變室內舒適度。在冬季時，由于地下通道與屋頂集熱板有聯系，在空氣進入后可減少冷空氣的涌入和改善空氣的干燥度。有效地保證了室內熱量的供給和良好的舒適度（圖3）。

圖3 利用煙囪設計的被動式通風系統[8]

（3）內部保溫措施

中國礦業大學鍋爐房為東西朝向，西立面大面積的幕墻開窗，導致建筑夏季西曬問題十分嚴重。為降低西曬造成的高溫，改善房間的使用舒適度，設計采用雙層皮的處理手法，新舊結構間形成一段空隙。內墻與外墻中空進深700mm，外墻為原有墻體，內墻為新做的輕質隔墻，層與層之間的空隙鋪設鏤空格柵。下設深450mm的水槽，內接自來水水管，夏季炎熱天氣可及時換水，與雙層皮頂部的噴霧裝置配合使用降低溫度[4]。頂部接太陽能風機，以光伏電板發電帶動風機抽出雙皮層內部的熱風。夏季開啟頂部與底部的窗戶促進氣流流動降低室溫，冬季關閉窗戶實現雙層保溫（圖4）。

圖4 雙皮層做法示意圖

結語

通過對三個較為成功的實際案例進行分析研究，可發現內蒙古工業大學建筑系館合理地利用原有廠房空間場所，經過有機更新，豐富了建筑學院的教學功能的同時改善了周邊環境，促進了室內外空間的融合，使校園的整體人文環境得以延續與復興。中國礦業大學鍋爐房憑借著極具工業氣息的建筑造型，通過對其結構與立面的修繕改造，采用了多種新技術與新工藝，并引入了低碳節能的設計理念，力求將鍋爐房改造成順應時代發展趨勢的綠色建筑，將其改造成為一個現代化的辦公場所[7]。上海財經大學圖書館的改造是對舊建筑的空間秩序以及交往空間的重組，營造具有多功能、多單元的學習活動空間。不僅是對人文環境的延伸，也成為了校園內部一處靚麗的風景。本文是基于當下工業遺存多元化改造與高校建筑空間拓展的交叉互補研究，目前國內對此分支研究較為缺乏，希望在一定程度上能夠豐富并完善高校建筑中工業遺存的設計理論，也為相關類型建筑設計提供參考和借鑒。

資料來源：

表2中的圖片、圖3：參考文獻[8]；

圖4：中國礦業大學建筑設計咨詢研究院有限公司；

文中其余圖表均為作者自攝、自繪。