既有建筑改造發展現狀與工程質量管理水平提升分析

陸 非（上海中譽企業發展有限公司， 上海 200030）

在建筑設計和建設標準匱乏、施工技術落后、保養維護不到位、建筑材料性能差的背景下，我國城市規模迅速擴大，由此使得年代久遠的既有建筑存量巨大。以上海市為例，截至 2018 年，既有建筑面積達 13.69 億 m2，居住房屋總量約為 6.87 億 m2。2000 年前建成的老舊住房總量為 2.44 億 m2，約占既有建筑面積的 35%，新中國成立前建成的里弄、公寓住房，至今已有 70 a 以上甚至百年歷史[1]。早期建筑在結構強度、運營能耗、使用功能和安全性等方面均存在問題，如外立面破舊、線路老化、能耗嚴重、配套設施不足等，建筑性能低于小康居住標準，而拆除重建將造成資源浪費和環境污染。因此，通過改造技術改善既有建筑結構、環境、安全性和使用功能，提升使用壽命，已經引起相關管理單位和建筑行業的廣泛關注[2-3]。

自 20 世紀 70 年代石油危機以來，歐美國家開始重視建筑節能改造。20 世紀 90 年代，隨著新建建筑市場逐漸萎縮，歐美既有建筑改造技術得到快速發展，且該技術的使用提升了既有建筑的安全性和舒適性。隨著建筑設計理念的發展與完善，歐美提出了綠色建筑、智慧建筑與可持續建筑，既有建筑群改造更新和新城市建設理念逐步進入大眾視野[4-6]。

20 世紀 80 年代末，我國既有建筑改造以危舊建筑改造和舊城改造為開端，從節能改造、歷史建筑維護逐步擴展到普通建筑更新與再利用。隨著建筑技術、材料科學、設計理念和施工工藝的進步，以及相關政策、法規體系的完善，在原有結構加固改造的基礎上，我國提出了建筑物乃至整個建筑區域的安全性、空間環境、使用功能和運營能耗全方位綠色化等的改造，全面提升建筑綜合性能和用戶舒適度[3]。

基于上述背景，本文總結目前國內既有建筑改造發展現狀及其存在的問題，梳理三維激光掃描技術結合建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術在既有建筑改造中的應用。并分析既有建筑改造工程管理的特征和方法，為提升既有建筑改造項目的管理水平提供參考。

1 既有建筑改造技術現狀

1.1 既有建筑改造技術分類

我國既有建筑改造依據標準不同，分類也不同。從發展歷程來看，在不同歷史時期，有不同關注點，主要有安全改造、節能改造、綠色化改造、適老宜居改造和智慧健康改造[2]。

（1）安全改造。我國既有建筑最早開始的是危房改造、保護性改造等安全性改造，為相關政策的制訂提供了依據。

（2）節能改造。既有建筑節能改造通過降低建筑資源和能源消耗量，實現建筑的綠色改造、建筑可持續發展。隨著我國經濟快速增長和城市化進程，建筑能耗逐年上升，節能成為建筑領域的重要課題。20 世紀 90 年代，我國既有建筑改造開始關注能源，通過編制標準、制訂政策、示范工程，逐步積累經驗，大力推廣節能改造技術。

（3）綠色化改造。20 世紀 90 年代，我國開始關注綠色化改造。2006 年，國家出臺的 GB 50378—2006《綠色建筑評價標準》，提出采用高性能、低材耗、可再生循環利用的綠色建材，推行綠色施工方式，實施綠色化改造，推動全產業鏈的發展。既有建筑綠色化改造與現代城市發展的新理念、新趨勢相吻合，有利于推動城市的綠色發展。

（4）適老宜居改造。“十三五”國家重點研發計劃綠色建筑及建筑工業化專項課題“既有居住建筑宜居改造與功能提升關鍵技術”，聚焦既有建筑適老宜居改造標準體系、實施路線、關鍵技術、示范工程等，為切實推進適老宜居改造提供了技術支撐。

（5）智慧健康改造。當前我國已進入互聯網時代，數據共享、智能控制在建筑行業應用越來越廣泛。2017 年，《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》指出“在新建建筑和既有建筑改造中推廣普及智能化應用，完善智能化系統運維機制，實現建筑舒適安全、節能高效”。該文件的落實快速推進了既有建筑智能化和健康化改造進程。

我國既有建筑改造技術分類如圖 1 所示。由圖 1 可知，既有建筑改造依據建筑生命階段和再利用價值分為保持既有建筑原功能不變進行的維護改造、將既有建筑功能置換進行的再利用改造和利用既有建筑拆除后的剩余部分進行的再循環改造。

圖1 我國既有建筑改造技術分類

既有建筑依據改造內容可分為安全性改造（包括建筑結構加固和消防改造）、功能性改造（包括空間拓展和空間環境改造）和節能改造。

1.2 既有建筑改造前檢測與評估

既有建筑檢測不僅可以保證建筑結構的安全性，也是合理安排建筑使用、改造和擴建等工作的前提。既有建筑安全性評估是指以其原始資料和檢測結果為依據，對結構體系進行驗算和鑒定，并給出改造措施和建議。依據既有建筑安全性、適用性和耐久性方面的檢測與評估結果，結合結構體系和材料設備的現狀，可以預估剩余使用壽命和未來的可能變化，確定建筑加固或改造方案，有利于實現建筑結構改造后使用年限內的預定功能。

1.3 既有建筑改造設計原則

在綜合考慮設計標準、結構損傷、使用功能、經濟效益和發展空間的基礎上，既有建筑改造方案需滿足安全、可靠、耐用、方便施工和改造后的運維管理。既有建筑改造設計的主要原則是安全可靠，利于抗震；節約成本，保護環境；功能提升，持續利用。

在既有建筑改造方案設計時，應考慮現有機械設備和施工工藝，確保改造方案和施工質量實現預期效果。在既有建筑改造施工期間，應加強科學管理，保護周圍環境，優化施工組織，節約資源。在既有建筑改造后運維期間，應規范建筑物日常維護與管理，及時發現、消除安全隱患，提升使用品質。

1.4 既有建筑改造過程中存在的問題

在國家政策和市場需求的引導下，我國既有建筑改造的技術水平、施工方法、標準規范和管理措施均取得了重大突破，但仍存在一些問題有待持續改進。

（1）既有建筑原始建造信息損壞或缺失，數據精確性和可靠性差。早期建筑交付文件以二維圖紙和文檔為主，專業符號不規范、尺寸不精確、施工信息不全面，以致信息傳遞效率低，建筑數據精確性和可靠性差。這方面有待利用先進的數字化技術和前期的精細化檢測評估技術獲取建筑改造前的詳細和準確信息。

（2）既有建筑改造過程中技術難度高，管理工作量大。改造過程中由于建筑各系統復雜、施工工期緊張、場地受限、施工質量與安全管理要求高，加上現場情況復雜多變，所以改造設計方案優化和施工管理工作量大。這方面有待持續研發低影響、低污染、低凈空等的施工技術和現場管理技術。

（3）部分既有建筑改造后仍缺乏有效的運維管理，信息可追溯性差。由于缺乏既有建筑維護意識和維護管理體系，所以也沒有進行日常維護或維護檔案建設。

與新建建筑工程相比，既有建筑改造存在設計難度大、施工困難多、場地條件差、質量和安全管理要求高、項目管理動態性強等特點[7]。因此，需規范既有建筑信息維護與管理，提高信息傳遞效率和利用率。

1.5 既有建筑改造發展趨勢

我國既有建筑改造的發展趨勢是轉變改造方向、擴大改造范圍和延伸改造深度[2]。

（1）既有建筑單項改造向綜合改造方向發展。既有建筑改造初期，技術不成熟，改造難點多，缺乏技術標準，主要以節能改造為主。隨著改造技術和標準體系不斷完善，既有建筑改造圍繞節能、安全、綠色、宜居、智慧、健康等方面，逐步轉向全面改造階段。

（2）既有建筑向規模化改造方向發展。既有建筑改造秉持從點到面、由易到難的原則，由單棟建筑逐步擴展到小區甚至社區，既有建筑改造逐步實現規模化。

（3）既有建筑改造向低能耗、超低能耗及近零能耗改造方向發展。我國正在積極發展超低能耗建筑及相應技術體系，部分城市和地區既有建筑改造已開展低能耗、超低能耗以及近零能耗改造技術的研發和試點。

2 新技術在既有建筑改造中的應用

2.1 BIM 技術

BIM 技術是基于計算機信息技術的技術。其通過組件參數化建立數據共享平臺，利用信息集成和自動成圖技術，實現工程進度模擬、數據存儲和可視化展示，具有參數化、可視化、協調性、模擬性和可輸出性等特點，能夠降低項目成本、提高施工質量、縮短工程周期和提升管理水平[8-9]。

BIM 技術不僅可以應用于新建建筑，在既有建筑改造全過程中也有重要應用價值。在既有建筑改造可行性研究階段，BIM 技術可提供三維信息模型，且可以考慮周圍環境的影響，對改造項目方案進行模擬、分析和比較。在既有建筑改造設計階段，BIM 技術通過三維可視化模型，可調整建筑內部空間、設備和管網布置，優化改造設計方案。在既有建筑改造施工階段，利用 BIM 技術可以合理規劃施工現場的交通、材料堆放場地、附屬設施、臨時房屋和水電管線，優化配置資源，提高施工效率。同時，BIM 技術能夠實現業主、施工方、監理之間信息的高效傳遞，實時更新工程的進度。在既有建筑改造后運維階段，BIM 技術涵因蓋建筑全生命周期，存儲了建筑信息、使用狀況、設備狀態、維修記錄、內部空間、改造歷史等數據，能夠快速準確獲取所需數據，有益于提升管理水平。

BIM 技術信息管理模塊具有建筑信息記錄、建筑構件尺寸測量、三維可視化表達和逆向重建等功能，能夠以數字化的形式實時記錄和存儲既有建筑改造過程中各個階段的信息，有效解決了傳統數據管理中圖紙損壞、數據丟失等問題。基于 BIM 的施工模型對現場情況和信息進行監測，可以實現改造項目進度、資源的動態控制。

2.2 三維激光掃描結合 BIM 技術

三維激光掃描技術在于利用激光獲取測量對象的三維空間數據，具有非接觸、掃描速度快、測量精度高、測程遠等優點[10-11]。該技術已應用于三維地形圖繪制、歷史建筑建模、既有建筑測繪與改造等領域。

在既有建筑改造領域，建筑圖紙缺乏或精度差，在設計階段通常需要進行重新測繪。傳統的測繪技術采用全站儀、測距儀、皮尺、相機等設備測量建筑關鍵位置三維坐標、細部長寬高尺寸、立面照片等數據，但繪圖效率、精度低，難于繪制復雜建筑的細部輪廓。三維激光掃描技術可將施工現場以點云數據的形式呈現在計算機中，再與 BIM 技術相結合建立三維立體模型與施工現場空間模型，可解決既有建筑原始數據不足的難題。

三維激光掃描技術獲取既有建筑的點云數據，并結合BIM、GIS（Geographic Information System，地理信息系統）和仿真技術建立三維可視化模型，如圖 2 所示，可優化改造設計方案。在改造過程中通過模型比對定期進行施工現場檢測和控制，實現施工結果的可視化。同時，利用三維激光掃描技術和 BIM 技術監控既有建筑使用狀況和設備信息，結合物聯網技術能夠提升其改造后運維管理水平[8]。

圖2 三維激光掃描與 BIM 技術在既有建筑改造中的應用

3 既有建筑改造工程質量管理

既有建筑改造的具體環節和環境條件不同于一般新建建筑工程，其工程質量管理具有以下明顯特點[12]。

（1）既有建筑改造需兼顧建筑改造前、后質量。改造前需分析地基性質、受力、變形等，選擇對結構主體無損害或損害較小的施工工藝，不影響原建筑結構功能及結構穩定性。

（2）既有建筑改造施工對建筑物及其周邊造成干擾，施工環境更加復雜。建筑物周圍可利用空間狹窄，不便于材料運輸、堆放及設備安裝，且施工將對周圍環境產生不利影響。

（3）既有建筑改造項目利益主體復雜，項目質量目標難統一。既有建筑改造涉及業主、投資方、施工方、居民、臨近建筑等多方利益，各方對改造項目質量目標的差異性導致工程質量管理困難，施工管理過程協調工作復雜。

針對既有建筑改造工程質量管理面臨的難題，采用有效手段提升既有建筑改造工程質量管理水平迫在眉睫。① 既有建筑改造需要加強對管理人員的培訓，提高其職責素養和管理水平。相關部門應定期開展管理培訓教育工作，促使管理人員更新知識結構，提升專業技能，增強管理和安全意識，在改造過程中能夠充分發揮其管理職能。② 提供針對具體改造項目的規范化、精細化和個性化規律，有效確保既有建筑改造資金的合理利用、優化資源配置，提高項目的施工質量和效率，并采用科學的成果管理模式，促進各部門協調合作。③ 由于既有建筑改造活動涉及工程招投標、相關技術和產品的選用、施工質量與安全、信息公開化等監管內容，因此政府和項目各參與方應積極采取市場準入、價格、信息、質量等方面的監管手段，加強既有建筑改造項目的全面監管。④ 加強 BIM 技術、數字化技術、智能化技術等新技術在既有建筑改造工程質量管理全過程中的應用。通過合理運用 BIM 技術，整合改造過程中的參數信息，結合數字化、智能化技術實現信息的快速、有效傳遞，減少人員投入和人為失誤，提高既有建筑改造工程質量管理效率。

4 結 語

我國既有建筑存量巨大，在建筑結構安全、運營能耗、使用功能等方面均存在一定問題，亟須采取改造技術改善既有建筑結構、環境、安全性和使用功能。本文總結了當前國內既有建筑改造發展現狀，分析了既有建筑改造分類方法、改造前檢測與鑒定、改造設計原則、改造過程中存在的問題和未來發展趨勢。同時，提出了三維激光掃描技術結合 BIM技術能夠有效解決既有建筑改造中存在的問題，如缺乏原始數據、圖紙精度差、工程管理工作量大和信息可追溯性差等，具有重要的工程應用價值。最后，分析了既有建筑改造工程質量管理的復雜性，探索了提升既有建筑改造工程質量管理水平的手段。