既有建筑改造策略研究

趙 鳳

西安建筑科技大學建筑設計研究總院 陜西 西安 710055

1 引言

既有建筑保留利用的精髓在于立而不破，能夠讓歷史與現代結合，并最大化發揮功能效益，同時重塑其社會和經濟價值。找到最合適的功能和性能，考慮對環境的影響，考慮歷史和文化價值，是至關重要的任務。針對建筑中的圍護結構、空調、采暖、通風、照明、供配電以及熱水供應等能耗系統進行節能綜合改造，改造方式應基于分析和科學方法，同時考慮各種因素，以便找到最適宜的策略。

2 影響改造的因素

有許多因素會影響改造的決策，如延長建筑使用壽命，減少使用材料、能源和運輸消耗，構建建筑功能，減少建筑對環境的影響。初期階段需要基于對建筑的分析包括原始功能、物理特征、歷史價值及鄰里特征。評估改造潛力從而確定建筑需要保留的部分和不需保留的部分[1]。

首先，確定決策的參與者。參與者可以分為：原有住戶，生產者，投資者和監管機構。為了找到新用途最適當的功能，應確定決策參與者的觀點。

其次，對現有結構進行分析，包括原始功能，物理特征，改造潛力和區域需求。建筑的原有功能及其背后的歷史，應該深入研究。然后，應調查建筑的物理特性。此外，還應通過訪談和問卷調查區域的需求。根據區域需求決定新的功能，對于改造項目的壽命具有重要意義。

第三，應確定改造方式，分為三個階段。第一階段包括對建筑物采取有效的改造措施。第二階段包括對建筑物的全面修復，包括合并和修復損壞的部分。第三階段包括增加和改建建筑物。

第四，應評估建筑物在新功能中的改造潛力。這些潛力分為9個類型，分別是物質的、經濟的、功能的、環境的、政治的、社會的和文化的。

最后，應確定建筑物的功能變化和新用途。了解建筑現狀后需要設計適當的保護措施和維修工作，如維護、修復、加固、拆除及部分重建。以回應每個影響因素，來確定建筑最合適的策略。

3 建筑改造策略

不僅從能源角度還是從社會、經濟、文化角度，現有建筑改造可以被視為可持續發展的一部分。許多實例表明，城市更新是如何從建筑的再利用開始的，例如廢棄的工廠、工業時期的碼頭、廢棄的火車站。根據建筑物的新功能重新利用，改造可能完全改變建筑物的性能或對其改進。

如果建筑物的特征，例如大小、形態、結構、外圍護結構，與新的用途一致，則可考慮局部改造，若與原始結構不同時，可選擇性拆除，以適應新用途。建筑物翻新是為了增加價值，這種價值并不會取代原始建筑物，新舊建筑創造了更好的形象。“可逆性”是保護原始價值的同時改造歷史建筑，而不是將建筑恢復到先前狀態。當建筑物再利用時，最關鍵的是新與舊之間的關系。包含三種策略：a.新舊建筑彼此獨立存在，新建筑位于既有建筑邊界內，這是“可逆性”概念的應用。b.一個新的獨立體量，可精確的適應現有圍護結構。c.共生關系，有新增有更改。在過去五十年的建造中，大部分建筑都顯示出過時的跡象，表現為空間質量難以適應現代生產生活需要，建筑性能不滿足舒適性要求，因功能和技術原因耗盡其壽命。改造建筑意味著增加價值，必須從建筑特色出發，找到正確的改造策略，考慮以下三種策略。

（1）性能升級

考慮氣候和當地條件，引入被動式設計策略，包含自然通風、采光、日照、太陽能、蓄熱墻、外圍護結構隔熱及氣密性。不借助機械裝置，冬季直接利用太陽能進行采暖、夏季采用屋檐遮陽散熱的房屋。太陽輻射直接通過玻璃或其他透光材料進入需采暖的房間[2]。在建筑的南側采用玻璃等透光材料建造的能夠封閉的空間，空間內的溫度會因溫室效應而升高。該空間既可以對建筑的房間提供熱量，又可以作為一個緩沖區,減少房間的熱損失。利用設置在建筑屋面上的集熱蓄熱材料，白天吸熱，晚上通過頂棚向室內放熱的屋頂。

圖1 被動式設計

被動式太陽能，必須根據氣候對選擇的方案進行評估，因為在某些條件下不是有效的解決方案。利用建筑南向垂直的集熱蓄熱墻面吸收穿過玻璃或其他透光材料的太陽輻射熱，然后通過傳導、輻射及對流的方式將熱量送到室內[3]。在被動式太陽能建筑南墻設置太陽能空氣集熱蓄熱墻或空氣集熱器，利用在墻體上設置的上下通風口進行對流循環的采暖方式。

圖2 被動式太陽能蓄熱方式

a蓄熱墻：蓄熱墻設置在窗戶與房間之間或設置在有對流輻射的房間，出風口可以在夜間關閉，保持在白天吸收熱量。b帶挑檐的蓄熱墻，用以夏日遮陽。c陽光房，白天用于對流和蓄熱，夜晚關閉進氣口，以阻止熱量流失。

自然采光必須分布均勻，以避免不適，低亮度區域旁的高亮度區域會引起眩光。遮陽設備可以在夏季顯著減少熱量產生，同時保持采光和通風。在嚴寒地區和寒冷地區，對于夏季的遮陽措施要兼顧考慮不能阻擋冬季對太陽熱能的利用，宜采取如竹簾、軟百葉、布篷等可拆除的遮陽措施；在夏熱冬冷地區和溫和地區，夏季遮陽措施對冬季的影響相對小一些，宜采用活動式遮陽；在夏熱冬暖地區，夏季的遮陽可不考慮冬季對太陽輻射的遮擋，可采取固定式遮陽，但仍以活動式遮陽為最佳[4]。

與自然采光密切相關的另外一個概念是視覺舒適度，視覺舒適度是開窗設計和采光策略設計中最常見的問題。其中引起視覺不舒適的一個重要因素就是眩光，眩光就是由于光源或窗戶與其周圍背景或物體及其背景之間的對比度過大而引起的，是由光照過度引起的。所以自然采光的設計應該是對自然光進行有意的和受控制的利用來達到一個特定的目標，也就是說我們希望最大化自然采光，但同時也要注意避免出現光照過度而引起的視覺問題。

圖3 自然采光

圖4 通風潛力

自然通風可以降低室溫，排除濕氣，提高人體熱舒適度，改善人們的工作和生活條件。建筑應朝向夏季主導風向，充分利用自然通風；應利用道路、景觀通廊等措施引導夏季通風，滿足夏季被動式降溫的要求[5]。

在改造時，中庭有降低能耗的潛力，頂部覆蓋輕質屋頂，成為熱緩沖區，并將自然光和季節風帶入建筑內部。在冬季，可以重新分配建筑產生的熱量，在夏季，可以分配熱負荷。還可以作為臨時活動的花園[6]。

（2）擴建

擴建的目標是增加空間。新舊建筑可以很好的融合成一個整體，同時改善建筑的空間及表皮。新的空間附加到現有建筑外，以滿足新功能的需求。

圖5 擴建策略

a改變屋頂形狀，將閣樓變為生活空間 b在屋頂上增加新的空間 c一層擴建新空間 d在立面增加多個體積 e與現有體塊銜接新體塊 f新增電梯和消防通道。

（3）拆除

建筑物被拆除有時與城市規模密切相關，或是由于新功能的需求。這種極端的策略被稱為“立面主義”，意味著由于歷史價值或當地法規的要求，面向城市街道的立面會被保留。

圖6 拆除策略

a部分拆除，減少樓層 b減少體積 c內部拆除，創造庭院。

4 靈活性需求

靈活的空間可以適應不斷變化的需求，需要更少的成本而且可以隨時間推移保持可持續性。靈活性被認為是主動的，例如可移動的墻壁，也包括靈活的功能，例如多功能空間，未來可以根據需要劃分成不同的房間，以及重新安排設備空間[7]。靈活性主要涉及三個層面:a.適應性：在不改變建筑的情況下承載多種功能的能力。例如重新定位的家具和多功能空間，這種改變不是永久性的。b.可變性：無需施工即可更改房間，此種更改可以是永久性的，也可以是臨時的。例如可移動構件，無需施工即可移除。c.可轉換性：這種變化是永久的，例如為未來可能的需求提供額外的空間。

日常生活中主要考慮兩種類型的靈活性：

（1）使用靈活性：指空間如何適應使用者不斷變化的需求。可以按時間變化來更改使用空間。例如滑動隔墻，也有一些結構和形態可以促進靈活性[8]。

圖7 空間的靈活性

（2）隨時間變化的靈活性

為了未來發展的需要，在設計時考慮靈活性對改造更有利，分析現有空間的特征和有利于靈活性的條件對理解建筑改造至關重要。

圖8 隨時間變化的靈活性

a模塊重新組合 b擴大使用面積，體積保持不變 c擴大體積。

5 結論

尋找新的改造策略，考慮對環境的影響，尊重歷史和文化價值是一項復雜的任務。堅持充分利用、功能更新原則，加強城市既有建筑保留利用和更新改造，防止“一拆了之”。堅持城市修補和有機更新理念，延續城市歷史文脈，留住居民鄉愁記憶。用科學的方法擬定新用途，同時考慮不同因素，以便制定最適當的改造策略。確保保留建筑的歷史價值，并且為建筑注入新的活力。

提出以下四種策略：

1.性能升級包括外圍護結構、被動式太陽能、自然采光、通風。

2.擴建包括增加和調整輔助用房，改變使用性質和使用功能。

3.拆除包括創造庭院、減少體積。

4.空間靈活性包括模塊重新組合、空間的可變性。