卜真良

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

目前，我國(guó)大部分一、二線城市已過了大建設(shè)、大拆遷年代，部分建筑經(jīng)過多年使用后存在外觀老化、早期設(shè)計(jì)規(guī)劃不足等問題，已無法滿足現(xiàn)今社會(huì)需求。因此，需對(duì)城市中的老舊建筑進(jìn)行翻新改造。在不對(duì)主體結(jié)構(gòu)和外立面進(jìn)行大規(guī)模變動(dòng)（僅加固、修繕）的前提下，通過改造其內(nèi)部機(jī)電系統(tǒng)、裝飾風(fēng)格和建筑用途，將低效物業(yè)轉(zhuǎn)化為高效資產(chǎn)，滿足當(dāng)下人們對(duì)建筑功能的需求，解決人們?nèi)粘Ｊ褂弥写嬖诘膯栴}[1-5]。

1 老、舊建筑改造的現(xiàn)狀

1.1 城市更新的模式

城市更新是未來城市高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路，是中國(guó)城市發(fā)展走向富有創(chuàng)新性、重視綠色化、空間均衡的重要方式之一。

現(xiàn)階段，根據(jù)改造力度，將我國(guó)城市更新由弱至強(qiáng)分為3類：綜合整治、功能改建和拆除重建。綜合整治類以消除安全隱患、完善現(xiàn)狀功能等為目的，不改變建筑主體結(jié)構(gòu)和使用功能，改善消防設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、沿街立面等，一般不增加建筑面積；功能改建類在不全部拆除的前提下進(jìn)行局部拆改或加建，以實(shí)現(xiàn)新的使用功能為目的，不改變土地使用權(quán)的權(quán)力主體和使用期限，保留建筑物原主體結(jié)構(gòu)，僅改變部分或全部建筑物使用功能；拆除重建類以全部拆除重新規(guī)劃建造為目的，可能改變土地使用權(quán)的權(quán)力主體和部分土地性質(zhì)，嚴(yán)格按照城市更新單元規(guī)劃、年度計(jì)劃的規(guī)定實(shí)施。

1.2 建筑改造的困局和解決思路

目前，拆遷賠付款金額越來越高，城市更新逐漸由粗暴 的推倒重建型向 溫柔 的改造、升級(jí)型轉(zhuǎn)變。在建筑改造和探索過程中，所面臨的窘境和迫切需要解決的問題也逐漸顯現(xiàn)。

1.2.1 外部環(huán)境難以協(xié)調(diào)

建筑改造不完全是對(duì)建筑自身的改造，還需與周邊景觀、設(shè)施、道路及其他建筑統(tǒng)一協(xié)調(diào)。但在我國(guó)，以土地出讓為主的城市建設(shè)發(fā)展模式，造成了城市建筑有各自的風(fēng)格和時(shí)代感，當(dāng)代建筑和傳統(tǒng)建筑錯(cuò)綜復(fù)雜，在建筑改造規(guī)劃時(shí)如何協(xié)調(diào)、統(tǒng)一是一大難點(diǎn)。且部分老舊建筑因年代久遠(yuǎn)，缺少必要的建筑信息，無法僅通過街景照片實(shí)現(xiàn)合理的建筑規(guī)劃。

此外，為滿足當(dāng)代人對(duì)生活環(huán)境的需求，改造建筑的后續(xù)使用功能選擇也受到周邊建筑功能的影響。城市規(guī)劃總平面圖僅能反映各位置用地情況，無法精準(zhǔn)判定人流走向和業(yè)態(tài)偏好。

1.2.2 測(cè)繪困難且數(shù)據(jù)存在偏差

城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促使許多建筑改造采用 騰籠換鳥 的方式，保留建筑外觀、主體結(jié)構(gòu)和重要機(jī)電管線，對(duì)建筑內(nèi)部功能進(jìn)行改造和升級(jí)，滿足都市人出行、購(gòu)物、娛樂等需求。在對(duì)建筑內(nèi)部進(jìn)行功能改造、升級(jí)前，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行踏勘和測(cè)繪，充分了解現(xiàn)場(chǎng)條件是項(xiàng)目改造成功的關(guān)鍵所在。設(shè)計(jì)師根據(jù)精確的現(xiàn)場(chǎng)條件制定出合理的結(jié)構(gòu)加固、重要設(shè)施保修等方案，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行建筑功能改造和升級(jí)設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的踏勘、測(cè)繪方式精細(xì)度不足，且受限于測(cè)繪時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)條件，往往無法取得精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。施工安裝時(shí)，數(shù)據(jù)偏差造成 邊拆除、邊調(diào)整、邊施工 ，局部拆改范圍擴(kuò)大，甚至出現(xiàn)全部拆改的情況，增加改造成本、延誤施工工期、降低設(shè)計(jì)品質(zhì)。

1.2.3 數(shù)字應(yīng)用和技術(shù)革新

目前，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化變革在建筑業(yè)內(nèi)迅速發(fā)展，建筑數(shù)字化技術(shù)大量涌現(xiàn)，部分技術(shù)已逐步在城市更新、建筑改造工程中體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。

規(guī)劃建筑改造時(shí)，采用無人機(jī)傾斜攝影從高空中采集改造建筑及其周邊的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；安裝攝像頭進(jìn)行人流量采集分析；架設(shè)三維掃描儀對(duì)建筑內(nèi)部拆改區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過BIM技術(shù)逆向建模還原建筑內(nèi)外的現(xiàn)狀，再輔以VR/AR虛擬技術(shù)為改造建筑的設(shè)計(jì)規(guī)劃加入可視化參照。

安裝施工階段，運(yùn)用 BIM＋VR 線上全景制作工具720云快捷查看演示模型，比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝情況，確保最終改造成效滿足設(shè)計(jì)要求。

2 改造項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例

數(shù)字化技術(shù)的運(yùn)用不應(yīng)拘泥于某一特定形式，針對(duì)不同項(xiàng)目的特色與需求，數(shù)字化技術(shù)之間可多元化組合助力各類改造項(xiàng)目。數(shù)字化技術(shù)也可與新興的建造技術(shù)相互搭配，催生出新的應(yīng)用模式。本文以某項(xiàng)目為例，解析數(shù)字化技術(shù)在改造項(xiàng)目中應(yīng)用的價(jià)值。

2.1 項(xiàng)目概況

某機(jī)場(chǎng)在日常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，高溫天氣時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)航站樓商業(yè)區(qū)域空調(diào)制冷效果不佳的狀況。經(jīng)技術(shù)排查后確定是由于制冷機(jī)組老化、航站樓部分商鋪二次改造成餐飲店后熱環(huán)境發(fā)生變化造成的。

機(jī)場(chǎng)作為商用運(yùn)輸基地，無法因局部區(qū)域制冷效果不佳而進(jìn)行大范圍停運(yùn)改造，所造成的損失是機(jī)場(chǎng)管理方無法接受的。

利弊權(quán)衡后，機(jī)場(chǎng)管理方?jīng)Q定對(duì)制冷機(jī)房進(jìn)行局部改造，在冷凍機(jī)房對(duì)面的鍋爐房?jī)?nèi)增設(shè)1臺(tái)新的移動(dòng)式冷凍機(jī)組，以緩解航站樓的空調(diào)制冷問題。

2.2 難點(diǎn)分析與實(shí)施應(yīng)用

改造工程的主要實(shí)施難點(diǎn)在于該機(jī)場(chǎng)是20世紀(jì)80年代建成的，能夠找到的圖紙資料僅有冷凍機(jī)房和鍋爐房的設(shè)備布置圖，且圖紙所表達(dá)的信息不夠詳細(xì)，無法通過圖紙反映現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)安裝情況，且在多年的運(yùn)營(yíng)過程中經(jīng)歷了幾次機(jī)房更新和設(shè)備更換。另外，機(jī)場(chǎng)內(nèi)有嚴(yán)格的動(dòng)火安全管理規(guī)定，擬定改造方案時(shí)需盡量減少現(xiàn)場(chǎng)施工的動(dòng)火作業(yè)。

2.2.1 減少動(dòng)火，預(yù)制管件

為了最大程度地降低現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火作業(yè)，決定在工廠內(nèi)完成大部分管道的切割、組對(duì)、焊接、防腐、檢驗(yàn)等預(yù)制工作，再將預(yù)制好的管段送至現(xiàn)場(chǎng)，管段之間采用法蘭連接的方式進(jìn)行拼裝。

預(yù)制管件雖然有組裝便捷的特性，但是該模式需在設(shè)計(jì)階段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及工況進(jìn)行深入了解和剖析，在加工過程中，對(duì)必須嚴(yán)格把控成品管件的質(zhì)量，避免因過大的設(shè)計(jì)偏差或加工誤差造成現(xiàn)場(chǎng)無法安裝和返工。

2.2.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，還原現(xiàn)場(chǎng)

改造工程與新建工程最本質(zhì)的區(qū)別是改造工程會(huì)受到既有物理環(huán)境的限制。常規(guī)的改造工程可分為 改造區(qū)域內(nèi)全部拆除重新規(guī)劃建造 與 合理利用改造區(qū)域內(nèi)既有空間增加新的使用功能 兩種。本工程屬于后者，如何在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精確測(cè)量，將改造區(qū)域內(nèi)的環(huán)境完美復(fù)原是該制冷機(jī)房能順利完成的關(guān)鍵。且機(jī)場(chǎng)設(shè)備機(jī)房屬于嚴(yán)格管控區(qū)域，非內(nèi)部工作人員無法長(zhǎng)時(shí)間駐留或者頻繁出入。因此，采用 3D全景攝影＋3D激光掃描＋實(shí)景照片 輔以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的形式，對(duì)機(jī)房區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，基于數(shù)據(jù)，在場(chǎng)外分析和優(yōu)化后續(xù)改造方案。

三維掃描技術(shù)的多年應(yīng)用顯示，其在空曠、光線效果佳的環(huán)境下能夠精確、完整地采集建筑主體結(jié)構(gòu)和外立面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在狹小、昏暗的空間內(nèi)采集的數(shù)據(jù)卻有極大的局限性，尤其該工程需采集的是機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)電管線的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

為獲得最全面的掃描數(shù)據(jù)，在冷凍機(jī)房布置4個(gè)掃描站點(diǎn)采集冷凍機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備和管道位置信息，在鍋爐房?jī)?nèi)布置2個(gè)掃描點(diǎn)采集鍋爐和新設(shè)備布置區(qū)域的空間信息，在2個(gè)機(jī)房連接走道的1層布置1個(gè)采集點(diǎn)，由下至上采集管道底部信息，在走道的2層布置2個(gè)采集點(diǎn)，由上至下采集管道頂部信息。

2.2.3 逆向建模，虛實(shí)結(jié)合

數(shù)據(jù)采集完成后，采用Infipoints軟件將8個(gè)采集點(diǎn)的點(diǎn)云進(jìn)行拼接組合，參照實(shí)景照片在軟件中去除噪點(diǎn)，整合成1個(gè)相較清晰的整體點(diǎn)云。采用VR設(shè)備在合成點(diǎn)云中確定冷凍機(jī)房?jī)?nèi)主管道與鍋爐房?jī)?nèi)新增冷凍機(jī)組連接起來的管線路由走向，并利用軟件快速翻模功能，對(duì)新增管線穿越位置的大型管道進(jìn)行翻模。

模型完成后與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，再以IFC格式導(dǎo)入Rebro建模軟件中，進(jìn)行新增管線建模。新增管線需考慮預(yù)制管件的分段配置、管段安裝時(shí)螺栓緊固的操作空間、對(duì)既有管道的避讓、與新增冷凍機(jī)組的接續(xù)位置、閥門儀表的安裝空間等因素，精準(zhǔn)、充分地考慮實(shí)際安裝需求，確保后續(xù)預(yù)制管件能夠直接施工。在模型中校驗(yàn)無誤后，重新返回點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將虛擬模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掃描數(shù)據(jù)相結(jié)合，反復(fù)驗(yàn)證新增管線的相對(duì)位置是否合理。

2.2.4 2D/3D出圖加工

對(duì)比傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)，采用管道預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行場(chǎng)外加工模式，繪制高精度的預(yù)制管件加工圖是確保加工成品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，該項(xiàng)目最終采用零件加工圖的出圖形式，對(duì)管段長(zhǎng)度、管道材質(zhì)、壁厚、法蘭類型、墊圈、閥門種類等進(jìn)行細(xì)致的標(biāo)示和說明，輔以三維可視化模型展示期望加工的成品效果，降低加工誤差。

2.3 應(yīng)用問題歸納

數(shù)字化技術(shù)為項(xiàng)目的順利完成提供了堅(jiān)實(shí)的保障，但在技術(shù)應(yīng)用過程中仍存在不少問題，主要的問題點(diǎn)歸納如下：

1）忽略了新增管道與既有管道連接處的焊接作業(yè)，忽略了新增管道與新增設(shè)備連接處的焊接作業(yè)。

2）管道質(zhì)量過大，采用落地支架在現(xiàn)場(chǎng)固定時(shí)，增加了動(dòng)火作業(yè)。

3）閥門、儀表類實(shí)際尺寸與模型中尺寸存在偏差，末端管道與設(shè)備接續(xù)時(shí)需進(jìn)行調(diào)整。

4）掃描數(shù)據(jù)與測(cè)繪數(shù)據(jù)發(fā)生不一致時(shí)，無第三類數(shù)據(jù)佐證判斷，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)重測(cè)。

5）現(xiàn)場(chǎng)管線安裝并非橫平豎直，建立模型時(shí)無法100%匹配該管道在空間中的實(shí)際位置。

數(shù)字化技術(shù)能夠輔助專業(yè)人員更高效、高質(zhì)量地完成工作。當(dāng)專業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)不足、判斷不準(zhǔn)確時(shí)，也會(huì)影響數(shù)字化技術(shù)所產(chǎn)生的價(jià)值，且數(shù)字化軟件尚處于發(fā)展階段，部分成果僅能起到借鑒效果，無法完全指導(dǎo)施工。

3 結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)是建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。當(dāng)下的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展不應(yīng)僅關(guān)注新型數(shù)字化技術(shù)的開發(fā)，還應(yīng)將既有數(shù)字化技術(shù)在基層項(xiàng)目中落地應(yīng)用，將各類數(shù)字化技術(shù)相互結(jié)合，催化出新的應(yīng)用場(chǎng)景。將數(shù)字化技術(shù)與新型建造、管理技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，可為施工的現(xiàn)場(chǎng)、工期、質(zhì)量、安全、成本、技術(shù)、信息等管理提供助力，更有效地推動(dòng)建筑業(yè)的發(fā)展。