曹淑上，張京街，袁兵，張由，潘廷明

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016）

0 引言

我國是世界上既有建筑存量最大的國家，目前既有建筑面積已超過600億m2。上世紀(jì)六十年代及以前的建筑，已接近或超過原設(shè)計50年的使用年限，諸多建筑老化嚴(yán)重、耐久性不足、存在安全隱患，七、八十年代及九十年代初的建筑標(biāo)準(zhǔn)較低，諸多建筑使用功能差，有些建筑材料使用不當(dāng)、施工質(zhì)量較差，埋下了安全隱患，短壽命建筑頻現(xiàn)，近二十年修建的諸多建筑也逐步進(jìn)入功能退化期、亟待維修。因此，大量的既有建筑存在安全性差、抗震性能差、耐久性不足、使用功能不完善、高能耗、舒適性不足等問題，不平衡不充分發(fā)展情況嚴(yán)重。如果把存在問題的既有建筑全部拆除是不現(xiàn)實、不可能的，并且是一種極大的資源浪費，還會造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此，現(xiàn)階段國內(nèi)諸多發(fā)達(dá)省市已經(jīng)進(jìn)入了新建與既有建筑綜合改造和城市更新并重的階段，隨著既有建筑綜合改造和城市更新行業(yè)的快速發(fā)展，我國必將加快進(jìn)入以既有建筑綜合改造和城市更新為主的第三階段的步伐，因其具有令人矚目的發(fā)展前景和潛力。

1 既有建筑綜合改造與再利用類型分析

現(xiàn)階段國內(nèi)對既有建筑綜合改造、再利用政策及實施現(xiàn)狀，大致可分為三個類型[1]。

1.1 文物保護(hù)建筑與歷史優(yōu)秀建筑的保護(hù)與利用

建筑是人類社會發(fā)展、變遷的見證，是時代的一面鏡子，是凝固的歷史，文物保護(hù)建筑與歷史優(yōu)秀建筑是前輩人民的智慧結(jié)晶，更是珍貴的不可再生資源，必須特別重視，予以保護(hù)，我國也制定了一系列的法律、法規(guī)和規(guī)程，加強(qiáng)了對文物保護(hù)建筑的法律保護(hù)。

1.2 既有城區(qū)綜合改造更新

既有城區(qū)綜合改造更新一般包括既有居住區(qū)、既有公共建筑區(qū)、既有工業(yè)廠區(qū)改造三類，重在對成片既有居住區(qū)、既有公共建筑區(qū)、既有工業(yè)廠區(qū)進(jìn)行綜合規(guī)劃、改造、更新，促進(jìn)城市協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.3 單體建筑為主要對象的綜合改造

既有建筑改造的發(fā)展是以單體建筑為主要對象的結(jié)構(gòu)性加固改造，提升為綜合改造，進(jìn)而發(fā)展為對既有城區(qū)進(jìn)行的綜合改造和城市更新。限于既有建筑業(yè)主產(chǎn)權(quán)及當(dāng)前改造需求的零散性，以單體建筑為主要對象的綜合改造仍然是目前階段的重要領(lǐng)域。

2 既有建筑綜合改造技術(shù)路線圖

既有建筑綜合改造與新建建筑及城區(qū)有著截然不同的特點，新建建筑是“從無到有”的過程，項目實施相對單純，而既有建筑綜合改造則是“從有到有”的過程，受限條件多，必須以對現(xiàn)狀建筑結(jié)構(gòu)的檢測鑒定為基礎(chǔ)、關(guān)鍵，并貫穿改造的全過程。經(jīng)過實踐分析，現(xiàn)有的總承包模式EPC、EPCM、DB等必須嵌入檢測鑒定環(huán)節(jié)才能保障項目的順利實施，為此，提出了TEPC（Test，Engineering，Procurement，Construction）一體化、全過程總承包模式，對于較小規(guī)模工程可采用TBD（Test，Design，Build）總承包模式。擬定既有建筑綜合改造技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 既有建筑綜合改造技術(shù)路線圖

2.1 既有建筑基本檔案建立

由于諸多既有建筑存在技術(shù)資料不齊全、甚至丟失的情況，在既有建筑改造前應(yīng)首先建立基本檔案，內(nèi)容一般包括勘察報告、設(shè)計圖紙、施工驗收資料、使用歷史情況、以往檢測鑒定報告、歷史維護(hù)改造資料等相關(guān)技術(shù)資料。有相關(guān)技術(shù)資料的應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場查勘、確認(rèn)技術(shù)資料和現(xiàn)場的差異性；遇到技術(shù)資料丟失部分，應(yīng)及時進(jìn)行補(bǔ)充建檔勘察、建筑結(jié)構(gòu)及設(shè)備等圖紙測繪。

2.2 既有建筑改造前檢測、評估

綜合考慮建筑現(xiàn)狀、改造方式、功能需求等因素進(jìn)行改造前檢測、評估，對既有建筑各方面的性能現(xiàn)狀進(jìn)行全面檢測、評估。主要包括對既有建筑改造前安全性能、耐久性能、抗震性能、節(jié)能性能、消防、設(shè)施性能等方面進(jìn)行檢測、評估。

2.3 既有建筑改造內(nèi)容可行性診斷、確定

根據(jù)既有建筑改造前檢測評估結(jié)果、改造要求，分析各項改造內(nèi)容的可行性，確定改造方案。該項目工作是既有建筑改造后續(xù)設(shè)計、施工、改造效果能否實施與實現(xiàn)的前提，必須經(jīng)歷對各項改造內(nèi)容可行性進(jìn)行充分的認(rèn)識和反復(fù)論證的過程，才能起到事半功倍的效果，為此，在技術(shù)路線圖中單列該項工作。

2.4 既有建筑綜合改造設(shè)計

既有建筑綜合改造工作對改造設(shè)計提出更高的要求，改造設(shè)計必須充分考慮既有建筑的基礎(chǔ)條件、設(shè)計的可實施性與操作性，充分利用檢測手段，加深對原建筑的了解，堅持動態(tài)設(shè)計、動態(tài)檢測、動態(tài)施工。值得注意的是，在既有建筑綜合改造設(shè)計中，結(jié)構(gòu)專業(yè)擔(dān)負(fù)著更加重要的角色，原有建筑結(jié)構(gòu)安全可靠性的判定、各項改造實施的可行性、改造后建筑可靠性等各項工作必須由結(jié)構(gòu)專業(yè)做出仔細(xì)的分析和判斷，并采取可靠的措施。

2.5 既有建筑綜合改造施工

既有建筑綜合改造施工是“從有到有”的過程，現(xiàn)場受限于原有建筑、周邊毗鄰建筑等，施工受限條件多、風(fēng)險高，在堅持動態(tài)設(shè)計、動態(tài)檢測、動態(tài)施工的同時，必須加強(qiáng)改造施工過程的風(fēng)險評估及項目管理。

2.6 工程竣工與后期運維

對于既有建筑綜合改造工程而言，考慮后續(xù)使用年限、改造功能提升、加固項目較多、新材料、新技術(shù)、新工藝應(yīng)用等因素，必須加強(qiáng)工程竣工后的運維管理。建議對工程規(guī)模較大、改造技術(shù)難度大、風(fēng)險較高、文物保護(hù)及歷史優(yōu)秀建筑、高等級使用安全保障的項目，采取安全與能效管理智能化監(jiān)測措施，建立智能化運維系統(tǒng)。

3 既有建筑綜合改造技術(shù)分析

對于既有建筑綜合改造而言，技術(shù)選擇尤為重要，是關(guān)系改造能否實現(xiàn)的前提條件。根據(jù)當(dāng)前既有建筑面臨的突出問題和改造形成的多專業(yè)市場選擇，既有建筑綜合改造技術(shù)體系主要包括改造前各項性能評價技術(shù)、各專項改造技術(shù)、運維與監(jiān)測技術(shù)等。

3.1 改造前各項性能評價技術(shù)

既有建筑改造前各項性能評價對改造方案的制定具有重要作用，事先應(yīng)根據(jù)擬改造的內(nèi)容和需求進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的檢測、評估、診斷、評價，對各方面性能現(xiàn)狀進(jìn)行了解，評估改造可行性。

當(dāng)前，發(fā)展的改造前各項性能評價技術(shù)主要包括建筑可靠性鑒定（包括安全性、使用性、耐久性檢測鑒定）、抗震性能鑒定、節(jié)能檢測評估、環(huán)境性能檢測、消防檢測評估、排水管道內(nèi)窺檢測評估、水電性能評估等。

3.2 既有建筑各專項改造技術(shù)

既有建筑的綜合改造是項綜合的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要多項專業(yè)的配合。目前，形成的各專項改造技術(shù)包括：建筑結(jié)構(gòu)安全與耐久性能改造技術(shù)、抗震加固技術(shù)、歷史優(yōu)秀建筑及文保建筑保護(hù)與修復(fù)技術(shù)、加裝電梯改造技術(shù)、既有建筑拓展空間功能改造技術(shù)、建筑節(jié)能綠色與立面改造更新技術(shù)、給排水及防水系統(tǒng)改造技術(shù)、電氣與智能化系統(tǒng)改造技術(shù)等，如表1所示。

3.3 運維與監(jiān)測技術(shù)

隨著智能化監(jiān)測技術(shù)及BIM技術(shù)的發(fā)展，既有建筑智能運維技術(shù)應(yīng)運而生?，F(xiàn)階段，已實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)終端儀器的高度集成和監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程在線同步采集、智能化監(jiān)測及運維知識資源庫的建立、基于物聯(lián)網(wǎng)和BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)安全智能化監(jiān)測系統(tǒng)，形成了互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、BIM技術(shù)、人工智能技術(shù)融合運用于既有建筑運維中。智能監(jiān)測已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測、能耗監(jiān)測、給排水監(jiān)控、電梯與扶梯監(jiān)測、室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，成為智慧城市的基礎(chǔ)性工作。

4 既有建筑綜合改造實踐

4.1 公共建筑綜合改造案例之會議室改造工程

2018年1月，某會議中心對其主要會議室進(jìn)行了改造，該改造未涉及會議中心建筑外觀改造，主要改造目的為提升會議室功能級空間布局改造，進(jìn)行了會議室的空間與結(jié)構(gòu)改造、電氣與智能化改造、室內(nèi)裝飾改造、空調(diào)節(jié)能改造工程、會議功能及設(shè)備改造、室外環(huán)境改造等。該項改造工程中為拓展空間實施的抽柱工程頗具技術(shù)特色，為該類結(jié)構(gòu)拓展空間抽柱工程提供了新的思路，限于篇幅，現(xiàn)著重對該項技術(shù)進(jìn)行介紹。

表1 既有建筑專項改造技術(shù)匯總分析表

圖2 會議室二層改造區(qū)域結(jié)構(gòu)布置圖（mm）

4.1.1 抽柱改造的箱型梁板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計

該工程改造區(qū)域主體為4層框架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架屋面結(jié)構(gòu)，抽柱改造工程位于二樓會議室，抽柱區(qū)域上方三樓為大型階梯會議室。改造區(qū)域結(jié)構(gòu)平面布置如圖2a所示。

改造前對會議室結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行了檢測、鑒定，原結(jié)構(gòu)安全性滿足設(shè)計要求，經(jīng)分析評估，該項目具備改造條件，可進(jìn)行改造。

該改造工程要求不得明顯降低室內(nèi)凈空、并保證較為充足的結(jié)構(gòu)安全儲備，抽柱后對應(yīng)區(qū)域梁的加固不能用常規(guī)的豎向增大截面方法。經(jīng)多個方案比選，確定采用一種新型的局部改變結(jié)構(gòu)型式方法進(jìn)行改造，即：將原主次梁結(jié)構(gòu)增設(shè)底板形成多箱型結(jié)構(gòu)受力體系，大幅提高原結(jié)構(gòu)的承載力以及剛度，改造平面布置如圖2b所示。該項技術(shù)現(xiàn)已授權(quán)國家實用新型專利，主要包括原結(jié)構(gòu)主梁、原結(jié)構(gòu)次梁、新增主梁以及新增次梁共同構(gòu)成該轉(zhuǎn)換體系的肋梁，原結(jié)構(gòu)樓板和新增底板共同構(gòu)成該轉(zhuǎn)換體系后箱梁的頂板與底板，并對相鄰區(qū)域抽柱后承載力不滿足要求的梁采用粘鋼的方法進(jìn)行加固。

4.1.2 抽柱改造過程監(jiān)測與荷載試驗

該項目施工實施過程中，對抽柱工程影響到的主要結(jié)構(gòu)應(yīng)力及撓度進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)均未超過計算值，施工過程安全可控。施工完畢后對改造區(qū)域進(jìn)行了荷載試驗，采用加水荷載的方式，進(jìn)行了箱梁及框架柱控制截面應(yīng)變、撓度測試，試驗結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)安全性滿足要求，可投入正常使用。

4.1.3 使用階段的變形監(jiān)測

項目改造竣工后，對使用階段進(jìn)行了變形監(jiān)測，目前結(jié)構(gòu)變形已趨于穩(wěn)定，并為運維階段提供了初始數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)。

4.2 工業(yè)建筑民用化改造案例之鵝嶺印制二廠文創(chuàng)園

重慶印制二廠歷史悠久，1939年建立之初這里被稱為“民國時期的中央銀行印鈔廠”，1953年成為重慶印制二廠，曾是重慶的彩印中心和西南印刷工業(yè)的彩印巨頭。當(dāng)年名聲顯赫，聞名于世。2012年，二廠整體搬遷，原來老舊的廠房依然保存；2014年，渝中區(qū)政府規(guī)劃重慶印制二廠區(qū)打造一個文創(chuàng)公園，項目原建筑面積約3萬m2，共35棟，初期開發(fā)11棟，其中諸多廠房修建于上世紀(jì)四五十年代。2018中國城市更新論壇上，鵝嶺二廠以高票入選全國十大“老城復(fù)興”案例，是西南地區(qū)唯一入選案例，它集文、商、旅于一體，成為重慶市工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)性開發(fā)的代表性文創(chuàng)品牌園區(qū)。

4.2.1 改造原則及目標(biāo)

1）堅持“修舊如故”的原則與“生長的城市”的理念，實施 “有機(jī)更新”，最大限度保持原建筑歷史風(fēng)貌的同時，又恢復(fù)舊廠區(qū)的活力、不斷生長，保護(hù)與利用相結(jié)合。

2）堅持“安全、適用、經(jīng)濟(jì)”原則，確保建筑結(jié)構(gòu)安全、實施加固改造，改變原廠房功能為商業(yè)及辦公，進(jìn)行民用化改造，按照現(xiàn)代適用功能，調(diào)整室內(nèi)布局，提升建筑使用功能，并進(jìn)行了較為全面的改造。

4.2.2 改造技術(shù)與實踐

先期改造的單棟建筑中，以原印鐵車間改造為酒店較為典型，下面主要簡介該項目建筑及結(jié)構(gòu)改造部分內(nèi)容。

1）既有建筑基本檔案建立

由于該工程建設(shè)資料不全，僅存零星資料，首先對該工程進(jìn)行建筑及結(jié)構(gòu)測繪、使用及維護(hù)改造歷史調(diào)查，建立房屋基本檔案。原印鐵車間建設(shè)于20世紀(jì)70年代，現(xiàn)狀為3層鋼筋混凝土框架-砌體混合結(jié)構(gòu)，房屋原設(shè)計為地上2層鋼筋混凝土單跨框架結(jié)構(gòu)、跨度13m、柱距5m，第三層為后加建砌體結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為條石基礎(chǔ)，樓板、屋面板為預(yù)制板，1層層高約7.5m、適于夾層，2—3層層高約5m，總建筑面積約2130m2，現(xiàn)場測繪的一層平面圖如圖3所示。

2）既有建筑改造前檢測鑒定

圖3 一層建筑平面圖（單位：mm）

圖4 柱、挑梁加固斷面圖（mm）

根據(jù)改造需求，該房屋主要進(jìn)行了結(jié)構(gòu)安全性能、耐久性能檢測鑒定。經(jīng)檢測鑒定，對地基基礎(chǔ)進(jìn)行檢測，核查了房屋地基持力層及基礎(chǔ)形式，對上部結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)及砌筑材料參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，對該房屋相關(guān)構(gòu)造措施進(jìn)行檢測，并對房屋病害及耐久性問題進(jìn)行了分類和統(tǒng)計，檢測鑒定結(jié)論為：房屋地基基礎(chǔ)安全性滿足要求，上部結(jié)構(gòu)安全性能及耐久性能不滿足要求，應(yīng)進(jìn)行加固處理。

3）既有建筑改造內(nèi)容可行性診斷、確定

根據(jù)既有建筑改造前檢測評估結(jié)果、改造要求，分析各項改造內(nèi)容的可行性，確定改造方案。該項目為老舊廠房改造為酒店建筑，原建筑面積約2130m2、改造后建筑面積達(dá)3000多m2。

根據(jù)改造需求，該項目改造內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)安全與耐久性能改造、拓展空間功能改造、加裝觀光電梯改造、建筑外立面改造、給排水及防水系統(tǒng)改造、電氣與智能化系統(tǒng)改造、消防改造、室內(nèi)裝修工程改造等。

其中，結(jié)構(gòu)安全與耐久性能改造，是整個改造的基礎(chǔ)性工作。

拓展空間功能改造，是價值提升和利用的重要方面，原廠房建筑室內(nèi)空曠、設(shè)計荷載較高，經(jīng)加固后適于改造設(shè)計中靈活的空間分割、功能劃分。主要包括一層增設(shè)夾層改造作為客房，既可創(chuàng)造寬敞的首層大堂空間、增設(shè)螺旋樓梯，又可有效利用空間；二層、三層建Loft客房改造；該項目屋面江景特色鮮明，在屋面層加設(shè)架空層設(shè)置星光泳池，并局部采用鋼結(jié)構(gòu)加層，用以觀景，同時提升商業(yè)價值。在臨江側(cè)各層設(shè)置觀景平臺、對側(cè)原挑梁區(qū)域設(shè)置走廊。

加裝觀光電梯改造，是出于功能、觀光等各方面要求設(shè)置，擬設(shè)置在（16）/（A）軸一側(cè)，對房屋原結(jié)構(gòu)安全影響較小。

建筑外立面改造，必須考慮施工的可操作性及安全性，尊重原建筑外觀的同時兼顧酒店建筑特色，按客房及功能需求對原建筑門窗等進(jìn)行更新設(shè)計，立面其余區(qū)域多采用做舊灰色涂料、體現(xiàn)原建筑特點。

其他方面，給排水及防水系統(tǒng)改造、電氣與智能化系統(tǒng)改造、消防改造、室內(nèi)裝修工程改造等主要根據(jù)改造為酒店建筑后的具體需求實施。

4）結(jié)構(gòu)加固改造關(guān)鍵技術(shù)

該項目加固技術(shù)是整個改造能否實現(xiàn)的關(guān)鍵，本節(jié)對結(jié)構(gòu)加固的幾項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。

① 臨江側(cè)增設(shè)觀景平臺技術(shù)采用增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)梁柱結(jié)構(gòu)體系，并與原框架結(jié)構(gòu)相連，鋼梁與原框架柱采用錨板螺栓連接；對側(cè)走廊挑梁采用增大截面法進(jìn)行加固處理、并將原框架柱牛腿以上區(qū)域增大截面，增強(qiáng)走廊挑梁與原框架柱整體性及協(xié)同受力，牛腿以上框架柱加固、挑梁加固截面圖如圖4所示。

②一層增設(shè)夾層技術(shù)采用鋼結(jié)構(gòu)梁、鋼筋混凝土樓板組合體系，鋼梁頂部設(shè)置間距不大于150mm的剪力鍵，新增鋼梁與原框架柱采用錨板螺栓連接，各向錨板同高、相鄰錨板焊接、錨板與柱間縫隙灌漿密實相連形成整體，保障新舊體系的節(jié)點連接可靠性、耐久性。

③一層新增雙螺旋樓梯技術(shù)采用空間輕型鋼結(jié)構(gòu)體系，外徑3.24m、內(nèi)徑2.16m，螺旋樓梯上部與新增夾層梁相連，下部設(shè)置鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)。

④由于原屋面承載力不滿足功能提升使用 （設(shè)置星光泳池、臨時鋼結(jié)構(gòu)商業(yè)用房、綠化景觀等）要求，屋面利用加固技術(shù)主要采用新增鋼結(jié)構(gòu)梁柱體系架空層承載功能提升使用荷載的方法，并對三層鋼筋砂漿面層磚柱采用包鋼加固進(jìn)行處理，向下延伸至少900mm保證與下層框架柱的連接，向上與新增鋼結(jié)構(gòu)架空層連接，形成整體受力體系。

5 結(jié)語

經(jīng)過多項工程的實踐，我們意識到既有建筑綜合改造是一項需要各專業(yè)高度融合，甚至是相互依存的系統(tǒng)性工作，特別是建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)的配合往往是改造能否達(dá)到預(yù)期效果和施工可實施性的關(guān)鍵。在改造中應(yīng)貫徹城市有機(jī)更新的理念，保持原有的城市肌理，甚至保持原有建筑外貌不變，達(dá)到變和不變的內(nèi)在統(tǒng)一，持續(xù)推動既有建筑綜合改造與城市有機(jī)更新工作的開展。