歷史建筑的綠色可持續(xù)保護與活化利用

林波榮，吳一凡

1 背景

歷史建筑，是指經政府確定并公布的具有一定保護價值、能夠反映歷史風貌和地方特色、未公布為文物保護單位、也未登記為不可移動文物的建筑物和構筑物[1]。歷史建筑文物資源豐富，保留著傳統(tǒng)格局和歷史風貌，同時多數(shù)也曾作為政治、經濟、文化等因素相關要地，或能夠集中反映本地區(qū)建筑的文化與民族特色，具備較好的建筑本體價值與其他相關價值[2]。

歷史建筑的本體價值主要體現(xiàn)在使用價值、美學價值及其自身所承載的歷史價值，而歷史建筑的其他相關價值則是一種有著獨特原真性歷史美感的建筑印記，是歷史給建筑留下的歲月印記[3]。與新建建筑相比，歷史建筑的修繕需要經過充分調研，修繕方案需反復論證，以做到“精準”設計。由于不少歷史建筑具有很高的歷史文化價值，所以還需要用“繡花工夫”進行修繕，盡量不改變其原狀，體現(xiàn)真實性和完整性。為此需要使用恰當?shù)谋Ｗo技術，實現(xiàn)最低限度干預，為建筑物“延年益壽”，體現(xiàn)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念。因此，有必要科學合理地對歷史建筑進行綠色可持續(xù)保護并實現(xiàn)活化利用，在延續(xù)其價值的同時創(chuàng)造出新的經濟、社會價值，使建筑迸發(fā)出新的生命力。有研究總結了在對歷史建筑保護與利用中普遍存在的幾個問題[4]：

（1）保護不當、大拆大建，導致大批歷史建筑消失；

（2）缺乏適宜的綠色可持續(xù)保護手段與活化利用方式；

（3）缺乏針對歷史建筑的綠色功能評價方法。

其中，針對歷史建筑開展適宜的綠色可持續(xù)性保護與活化利用是歷史建筑保護過程的當務之急。歷史建筑本就存在著基礎結構相對薄弱的普遍問題，如圍護結構氣密性、防水防潮、防結露等。與此同時，由于歷史建筑的歷史痕跡保留著相關價值，無法像普通既有建筑通過修繕墻體結構等基礎方式實現(xiàn)建筑優(yōu)化改造。因此，如何能夠在保留歷史建筑原真性基礎上，盡可能對歷史建筑“少動刀”，在兼顧歷史原真性的同時延續(xù)建筑生命、優(yōu)化建筑功能，成為歷史建筑保護的關鍵。

基于此，亟需開展針對歷史建筑的綠色可持續(xù)保護與活化利用工作。本文將分別對歷史建筑的綠色可持續(xù)保護與活化利用進行綜述，并在此基礎上，針對現(xiàn)有問題并結合工程經驗，對歷史建筑綠色可持續(xù)保護與活化利用的關鍵技術進行分析介紹，旨在為推動歷史建筑綠色發(fā)展提供參考。

2 歷史建筑的綠色可持續(xù)保護

歷史建筑的保護與更新研究要早于綠色建筑技術的發(fā)展。1931 年的《雅典憲章》中就明確指出，歷史建筑應當予以保留[5]。我國也在1961 年出臺了《文物保護管理暫行條例》，并于1982 年正式頒布了《中華人民共和國文物保護法》，歷史建筑的保護包含其中[6]。

而對于歷史建筑開展綠色可持續(xù)保護則要追溯至1964 年提出的《威尼斯憲章》，其中提出了科學性修復的理念，指出可采用中性附加物使原有建筑得以完整體現(xiàn)。同時，生態(tài)建筑學的發(fā)展進一步推動了綠色建筑技術在既有建筑改造中的應用發(fā)展。1987 年，隨著聯(lián)合國環(huán)境署《我們共同的未來》報告的發(fā)表，綠色可持續(xù)發(fā)展的概念被普及推廣，《華盛頓憲章》中提出歷史建筑應適應現(xiàn)代化生活并發(fā)揮其傳統(tǒng)功能特色，自此，關于歷史建筑的綠色可持續(xù)保護工作被不斷提出并實踐，表1 總結了國內外一些具備代表性的歷史建筑綠色可持續(xù)保護工作和關鍵技術應用情況。

表1 國內外代表性歷史建筑的綠色可持續(xù)保護

1 清華大學工字廳保護更新，圖片來源：清華大學.清華大學-工字廳[EB/OL].[2020-03-20].https://www.tsinghua.edu.cn/zjqh/xyfg.htm；清華大學建筑設計研究院有限公司.清華大學工字廳保護修繕工程[EB/OL].[2021-04-15].http://www.thad.com.cn/front/page/roll_info?id=160543#

可見，國內外已有一些歷史建筑開展了綠色可持續(xù)保護設計。由于歷史建筑普遍在光環(huán)境、風環(huán)境方面表現(xiàn)較差，因此，多數(shù)歷史建筑采用了天窗引入天然采光、天窗及機械通風強化空氣流動的方式。在此基礎上，也有以施塔德爾博物館、德國國會大廈為代表性的歷史建筑，通過對地熱能、太陽能等可再生能源的合理利用，為歷史建筑提供清潔、高效的能源供給，推動了歷史建筑保護與現(xiàn)代先進技術的融合。此外，BIM 技術應用也逐漸成為歷史建筑“繡花”式精細化設計的關鍵支撐技術，越來越多地得到利用。

在歷史建筑保護利用中，建筑設計和機電系統(tǒng)設計的融合是關鍵。2004 年，由清華大學建筑設計研究院主導設計的“清華大學工字廳保護項目”獲得了聯(lián)合國教科文組織亞太地區(qū)文化遺產保護提名獎。評委會的評價是：“工字廳項目作為北京的歷史建筑和園林的保護，清楚地反映了相關的保護策略、研究和最小干預的保護理念所形成的一個完整的保護理論與實踐的體系[7]。通過對傳統(tǒng)材料和工藝的運用，這一建筑群和周圍環(huán)境得到了完好的保護，工字廳的歷史面貌和重要的文化價值得到了完好的體現(xiàn)。”[8]這個項目體現(xiàn)了建筑設計主導下的跨專業(yè)合作創(chuàng)新，應用于歷史建筑的可持續(xù)保護與更新。

清華大學工字廳的修繕主要體現(xiàn)在以下3 點：

（1）建筑去今還古：參考1950 年代工字廳的具體測繪資料，拆除部分后期改建的磚混結構建筑，將工字廳內建筑形式修繕回原有的傳統(tǒng)木結構形式，并在此基礎上恢復臺明、屋頂、油漆彩繪等傳統(tǒng)做法；

（2）綠化景觀重置：工字廳中后期種植有一定的雪松、綠籬等綠化植被，這與傳統(tǒng)皇家園林的基本特征存在一定矛盾點，因此參照《清華園樹株冊》中所載樹種記錄，對不符合傳統(tǒng)園林特征的雪松、綠籬等綠化景觀進行了替換；

（3）優(yōu)化使用功能：工字廳建筑群不僅是清華園歷史文脈的延續(xù)，也一直保持著校行政辦公建筑的基本功能。隨著辦公建筑中現(xiàn)代化需求的不斷提升，如何平衡增加必要的機電設備與歷史文脈保護變得十分重要。在工字廳改造過程中，經綜合考慮，做到了既增加必要的機電設備，又使機電設備消隱于視角之外，較好地實現(xiàn)了技術與藝術的統(tǒng)一（圖1）。

另外值得一提的案例是北京故宮午門展廳的改造項目，該項目由清華同衡城市建筑環(huán)境與能源研究所主導完成。項目探索了如何在歷史建筑中實現(xiàn)現(xiàn)代展覽活動的可能性，以平衡文物保護與精品展示[9]。該項目的特色在于建筑設計與空調系統(tǒng)巧妙統(tǒng)一，實現(xiàn)了文物古建保護和展品保護兩方面的高度一致及科學與藝術的平衡。在對歷史建筑故宮午門的改造過程中，創(chuàng)新地將空調機房等機電設備設置于午門正樓內，以此避免了大量的空調管路等穿越午門正樓的墻體和門窗等建筑圍護結構，直接減少了設備改造對歷史建筑立面和關鍵部位構造可能形成的損害。在此基礎上，項目巧妙地借助于傳統(tǒng)立面鏤花窗口進行空調設備的熱濕空氣處理和交換，并通過在地梁結構空間設計地板靜壓箱送風和兩側風管回風的新型空調形式，將設備管路所需空間完全融于歷史建筑本體。這樣做的另外一個好處是，可以最大限度地規(guī)避頂部天花對觀展中觀眾的視線遮擋或干擾。此外，正樓內的展廳被設計為兩層空間，以消除室外氣候條件通過圍護結構對展區(qū)冷熱負荷的影響，如同形成了一個緩沖區(qū)。其中的過渡空間是展廳圍護結構與原正樓圍護結構之間的夾層，通過設置恒溫空調系統(tǒng)，消除了外部氣候條件形成的外圍護結構冷熱負荷[10]。而在內部玻璃展廳中，空調系統(tǒng)僅負擔消除室內人員及設備的熱負荷，這一負荷相對穩(wěn)定，更容易實現(xiàn)恒溫恒濕的文物和展品微環(huán)境的可靠控制[11]。憑借巧妙的環(huán)境營造設計和對歷史建筑最大限度的保護，該項目榮獲了2005 年聯(lián)合國教科文組織亞太地區(qū)文化遺產保護評委會創(chuàng)新大獎（圖2）。

3 歷史建筑可持續(xù)保護科技創(chuàng)新分析

發(fā)達國家對歷史建筑活化利用中的科技創(chuàng)新給予了高度關注，其中，歐洲可作為重要代表。歐盟通過“地平線2020 計劃”，投入約6.8 億歐元用于該領域的研究，主要體現(xiàn)在：

（1）歷史建筑或文物建筑的性能監(jiān)測與評估方法及系統(tǒng)，以及相關技術裝備。如基于高分辨率氣候模型的文物氣候變化風險預測工具，基于無線傳感器的野火和暴風雨集成預警系統(tǒng)，基于空間技術的歷史建筑災害風險與景觀監(jiān)測技術，文物環(huán)境監(jiān)測傳感器，文物保存環(huán)境控制材料，歷史建筑穩(wěn)定性評估、結構加固和節(jié)能技術等。

（2）適用于歷史建筑的文物和藝術品保存、保護和修復的先進材料和未來技術。如滿足原真性要求的自清潔抗菌環(huán)保加固材料，歷史材料耐久性、抗性增強納米鈣醇鹽固結劑，文物脫酸、清潔、加固納米顆粒分散體和復雜納米結構流體，文物表面清潔涂層常壓等離子體沉積技術，自診斷保護涂層和識別標記涂層，基于碳納米管材料的藝術品修復精密加熱技術，以及水下遺產保護專有技術與裝備等。

2 北京故宮午門展廳改造前后對比，圖片來源：清華同衡.北京故宮午門展廳空調設計[EB/OL].[2013-10-14].http://www.thupdi.com/project/view?id=1630

（3）歷史建筑活化技術平臺與系統(tǒng)解決方案。重點進展包括建立歷史建筑數(shù)字平臺和解決方案，開展專題資源建設、知識挖掘和展示，開發(fā)文化重建、再創(chuàng)造、共同創(chuàng)造和沉浸式體驗的數(shù)字化工具和技術，探索功能活化的新模式和解決方案等。

我國在上述領域的科技發(fā)展與以歐盟為代表的發(fā)達國家基本保持一致，對東亞地區(qū)特有的歷史建筑及其文物，在技術上已處于領先地位。但由于起步晚、基礎薄，歷史建筑的活化技術創(chuàng)新還面臨許多問題，主要體現(xiàn)在3 個方面：

（1）基礎理論薄弱，科學數(shù)據(jù)積累不足；

（2）歷史建筑保護的共性關鍵技術供給不足，阻礙了重要歷史建筑保護難題的解決和核心技術的創(chuàng)新性突破；

（3）人文與自然學科之間的學科壁壘依然存在，成為影響歷史建筑“科學認知—人文解讀—價值傳播”完整鏈條的屏障。此外，盡管我國已建立了綠色建筑設計和評價相關標準體系，存在若干優(yōu)秀的綠色歷史建筑亮點工程，但對歷史建筑的應用仍在探索中，相關技術尚未完全融入和落實到歷史建筑保護的各專業(yè)完整技術標準體系中。

未來本領域可以關注的科技創(chuàng)新包括：

（1）歷史建筑的體檢評估、動態(tài)監(jiān)控信息化技術及綜合防災減災安全保障技術，歷史建筑（街區(qū)）的市政公用設施及公共服務設施集成化改造提升技術，歷史文化建筑低影響檢測評價、安全提升與延壽技術，建筑修繕與風貌保護提升技術，歷史文化街區(qū)文化展示、活化利用及風貌長效管控技術。

（2）歷史建筑文物及藝術品的工藝原理與復原方法，動態(tài)監(jiān)管、展示、教育和文化傳播系統(tǒng)解決方案，文化遺產處理與保護傳承新方法、新材料、新工藝研發(fā)；智慧歷史建筑文化設施建設，數(shù)字文化產品展示體驗與裝備體系等。

4 總結和展望

隨著可持續(xù)理念的普及，以及城市化進程的不斷推進，歷史建筑的綠色節(jié)能改造需求量越來越大，極大地促進了相關技術的更新升級和集成應用。本文通過對綠色建筑可持續(xù)保護理論發(fā)展和國內外代表性案例整理，總結了其中的關鍵技術。針對現(xiàn)有歷史建筑保護不當、大拆大建的問題，筆者認為，需要用政策、規(guī)范、標準加以約束。而針對缺乏適宜的綠色可持續(xù)保護手段與活化利用方式，需要通過精細化的“繡花針”設計和建造，跨學科專業(yè)和知識的融會貫通，破除阻礙“科學認知—人文解讀—價值傳播”完整鏈條的屏障，并在此基礎上以活化場景為目標來驅動技術集成與創(chuàng)新。此外，還需要加強基礎理論創(chuàng)新，積累更多、更好的科學數(shù)據(jù)平臺，構建共享機制。

未來的科技創(chuàng)新可以聚焦于歷史建筑的體檢評估、動態(tài)監(jiān)控信息化及綜合防災減災安全保障，歷史文化建筑低影響檢測評價、安全提升與延壽，建筑修繕與風貌保護提升技術，歷史文化街區(qū)文化展示、活化利用及風貌長效管控技術。此外，還要關注歷史建筑中的文物及藝術品的工藝原理與復原方法創(chuàng)新等，構建智慧綠色的歷史建筑展示體驗與裝備體系。