“輕型化”設計策略在既有建筑改造中的應用研究

文／黃雨祺 重慶大學建筑城規學院 碩士研究生

宗德新 重慶大學建筑城規學院 副教授（通訊作者）

蔣瀚超 四川省建筑設計院

引言

2020 年“十四五規劃”明確提出實施城市更新行動，即以“增量擴張與存量優化并重”的發展新形勢。目前，我國已經歷三個改造階段（圖1）：單項改造時期，以危房修繕、抗震加固、保溫節能等某一項性能提出改造政策，主要包括《關于抗震加固的幾項規定》《城市危險房屋管理規定》等。第二階段在此基礎上開始強調綠色改造，提升建筑整體性能，落實全國范圍內的建筑低碳與生態化整改，于2012 年頒發了《“十二五”綠色建筑科技發展專項規劃》（國科發計〔2012〕692 號）等文件。第三階段至今，建筑改造走向綜合指標提升，保留城市特色風貌、提高建筑水平，在《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》（2016）中指出有序建設、適度開發、高效運行的建設目標[1]。由此可見，當代既有建筑群體改造設計主要聚焦于安全性、綠色性及綜合性的提升。

圖1 改造階段（圖片來源：作者自繪）

目前，許多國內沿海發達城市開始提出“二次或多次改造”的更新訴求，引發了功能設計“時效性”（Timeliness）的思考。為了平衡“舊現狀”與“新需求”的因素，不同的開發方式、建造模式條件下，舊建筑需要進行專業的結構鑒定、適修性評估等流程與新規范核對改進等重要環節。基于技術使用和空間限制的考量，突出的改造矛盾顯現為：第一，在承重體系中，改擴建部分需要應對由于既有建筑結構的老化，引發的改造限制、結構保護和原地基保護性接觸問題；第二，在圍護體系中，伴隨著舊城形象轉型，對于文脈保護、新舊關系、立面與空間更新的設計探析等問題，以及在滿足基本功能置換的條件下，拓展空間潛力，回應社會高速發展引發的多次改造問題；第三，在建造體系中，出現改建效率低、對原住民影響大等時間、效益問題和建筑垃圾產生、建筑資源循環利用率低等環境問題。

輕型化改造是在新時代建設背景與輕型技術思潮影響下應運而生的一種改造策略。由于自身的建材特性對于原結構表現出較低負荷影響，以及快速建造模式綜合作用的成效高，因此對于建筑改造有較大的應用前景。

1“輕型化”設計的研究概況

輕型化設計最早誕生于游牧時期，人們為了將帳篷進行長距離運輸，由此發現了減輕結構的重要性[2]。以英國物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clark Maxwell）和A·G·米歇爾（A·G·Michell）對建筑、橋梁等結構輕型優化研究為起點，到美國建筑師巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）首次將廉價、輕質的工業部品用于建筑改造設計中，后有德國建筑師弗雷·奧托與日本建筑師坂茂專注于輕型材料、輕型結構及構造的研究，迄今已經發展到伊東豐雄對“銀色小屋”住宅改造等兼顧結構設計實踐思考與空間的開放性表達等。國外對于輕型設計的研究也從基本的結構優化，升級為對原有功能空間和建筑形式的改良，從單一的物理學視野發展到建筑設計的范疇，主體趨勢呈現更加注重全方面、多層級的綜合性。結合建筑和城市歷史學家柯林羅在描述拼貼城市與透明性（Transparency）中所述，輕透創造了疊合，將現代視覺傳達的“透明性”解釋為一種“形式互相滲透而同時又不會破壞彼此”的狀態[3]。

國內建筑師華黎在所著《建筑之輕》中談到，建筑所謂“輕”可以源自材料、結構、建造、空間等多個系統，亦可以聯系到人文、社科等交叉系統中，分別從形式、建造、圖像、環境四個方面解析了“輕”之于建筑的價值。朱競翔研發的輕量建筑系統則提出內部合理的結構原則統領著這些輕型材料個體，使它能對抗那些試圖威脅、破壞它的自然力，以形成復雜的系統、實現高級的功能[4]。近年的建筑展中，更是出現了一批以輕型材料、輕型結構改造建筑的實例，且已有學者認為輕型化設計是回應當今既有建筑改造矛盾的有效途徑之一。

2“輕型化”改造策略

為了明確“輕型化”設計在既有建筑改造中的應用策略，下文將結合具體案例進行探討，針對現存問題，逐一分析輕型化設計在建筑改造中的實踐要素。

2.1 承重體系輕型化設計

2.1.1 選用輕質量構件材料

結構材料輕型化之于既有建筑改造效益突出，直接關聯整體設計的保護性。奧托認為，對于建筑最輕形式的探尋過程也是一個對于材料本質的探尋過程[7]。“材料之輕”更重要是表達“精確”和“極致”，輕型化設計以使用輕鋼、膜、木材、紙等輕質且再利用率較高的材料為主。根據不同受損程度，材料可以通過懸挑、懸掛、充氣展開、牽引拉結等方式自由輕巧地生長在原空間的多個部位。日本建筑師坂茂的詩人圖書館改造，首次嘗試將紙作為工業材料用于建筑改造中，選用直徑10cm、厚度1.25cm 的紙管分段建造，通過紙管配合獨特的構造做法介入主體中，同樣展現出了穩固的結構強度。

2.1.2 優化易加工構件截面

由于大部分輕型材料易于加工，可以靈活地掌控材料構件的截面、形狀等重要因素。通過優化結構截面形式，減輕結構質量。方管、矩管、圓管、H 型鋼、空間網架單元等形狀各異構件的截面形式，都各司其職有著特殊的性能優勢。其整體發展也呈現出去重從輕的趨勢，經過特殊處理的空心桿件在發揮應有效力時，其表現甚至高于一般的實心構件。

2.2 圍護體系輕型化設計

2.2.1 采用輕型材料定義空間

在改造設計中，使用對象多樣的社群關系與功能需求，可視作對功能可變性的訴求。這種訴求引導設計者在一定面積的空間內，盡可能地預判使用條件和場景，就可利用非承重的輕型材料劃分和變更空間狀態。

北京PAGEONE 辦公室與藝文展場的改造理念正是基于“輕”與“彈性”的態度。由胡同老宅到旅舍，如今又改為小劇場，歷經多次修改，初次改造的損壞給二次更新增加了難度。建筑師對入口空間進行輕型化處理，在舊鋼梁下置入多層板和歐松板，結合鋼部品組成彈性的十字型輕質活動墻，通過推移重新定義入口空間內容，從而適應辦公、會議、藝術展覽等多功能的空間形態。

用于評估被試參加團輔的主觀感受，共包括4個開放式題目，分別是參加團輔后情緒變化、對團輔內容的評價、對自我的認識、對本次團輔的建議.在團輔結束時進行集體施測，當場回收.

2.2.2 兼顧功能的多義性設計

圍護體系的多義性以及與內裝的一體化程度也是輕型化設計的改造策略之一。譬如當置入新體量于原建筑內部時，可利用原建筑圍護系統，實現對新空間的保溫、隔熱等性能需求。抑或，門窗、墻體均是圍護體系改造的重要部件，承擔了圍合空間、保溫隔熱、裝飾、儲存收納等多層級用途。四川牛背山志愿者之家將一側石墻拆除，改為鋼網架和玻璃編制成的多個輕型標準化界面，不僅可以分隔空間、減少自重，還能作為家具收儲木柴等。

2.2.3 建立半開放的滲透界面

輕型圍護材料在立面改造中，可以削弱原建筑體量感、增強新舊的滲透表現力與空間層級等。客觀物質上，建筑師Riley 與Terence 在《Light Construction》中談及“輕”與“透”的形態趨勢，以及對于工業生產前提的重要性[8]。主觀感知上，意大利文學家卡爾維諾（Italo Calvino）認為“輕透”作為一種價值取向、審美標準，其內在含義是“對沉重現實的減負”[9]。這種風格形式也呈現出一種時代對空間審美的轉型，使得原本失去主流外觀的舊建筑重獲新生。具體手法可考慮適當提升界面透明度，比如加入格柵、玻璃、網格等，形成文脈之間的滲透關系（圖2）。在烏鎮北柵糧倉擴建中，利用金屬網格與既有建筑形成半戶外空間（圖3），通過空隙處理提高了視線與新舊信息之間的聯系，同時產生了微妙的光影層次。

圖2 新舊滲透示意圖（圖片來源：作者自繪）

圖3 烏鎮北柵糧倉（圖片來源：作者自攝）

2.3 建造體系輕型化設計

2.3.1 改建部分減少與原結構接觸

改造施工通常受原建筑的極大制約，改建部分的動土處理極易對原結構造成消極影響，容易在梅雨季節引發毛細吸水、室內返潮等問題。輕型化設計采用局部界面上添加點式基礎的“輕接觸”做法，一方面材料自重較輕能有效減少結構破壞；另一方面能有效減少施工量與改建周期，并提高風貌改建的“可逆性”。此處描述的輕接觸指地基與地表關系的脫開，不做填埋，其常規做法有：使用木樁、混凝土/鋼墊片等材料。

2.3.2 簡化構造做法

原建筑結構由于老化導致穩定性減弱時，常輔以輕型構造加固，使其恢復原結構發揮應有效力。鋼結構為例，做法有：外加預應力加固、外包型鋼加固、外粘鋼板加固等。相較傳統的支模、拌制、澆筑、振搗、養護的做法，輕型構造做法常采用焊接、螺栓錨固、榫卯、綁扎、拉結等形式可以更便捷地完成改建過程。

2.3.3 裝配式建造

輕型化材料與生俱來的高裝配特征，不僅在節能綠色表現上具有重要優勢，而且相比傳統改造有著更加安全的結構特性。輕型化獨特的建造邏輯和材料性能均展現出可持續的設計理念，可有效減少不必要的構件、加快改建速度，輕型化材料也能提升部件運輸高效性。再改造的失效回收后，通過簡單的運輸，又能投入其他地區繼續使用。

結語

輕型化設計從承重、圍護和建造三種體系的不同層面擴展了既有建筑的改造維度。在承重體系中，作為擴建或加固構件構造時，面對已經老舊受損的結構，輕型材料能有效減輕介入部分的荷載，自由地附屬于各個部位。

在圍護體系中，輕型化設計作為半介入的交互空間，對舊場所進行平行重塑。此外，功能的靈活性、多義性策略，減輕了整體復合需求下的改造負擔。因此，對于建筑改造不僅要著眼于此時，還應剖析社會趨勢對未來的人群訴求做出預判和系統性的規劃。

在建造體系中，由于其天然的裝配式建造特性，還能在“搬遷后”繼續服務新區域，為城市的可持續發展提供了高效、綠色且環境友好的改造策略，也意味著，建筑師更應培養從改建探勘、項目策劃、規范設計、施工建造及后期維護等多階段、多方位的全局掌控能力。

總的來說，輕型化設計較好地適應了改造實踐中的社會需求與技術問題。伴隨社會的更快發展，存量優化設計必定面臨更加嚴峻的挑戰，期待更多的輕型化改造實踐在我國得到深入發展。