陸 俊，李 倩

（1.上海申城建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海 201107；2.中建研科技股份有限公司，北京 100013）

0 引言

隨著我國城市建筑及土地的更迭，城市不斷地在擴(kuò)大和發(fā)展，同時也產(chǎn)生了一些有時代烙印的建筑和區(qū)域，需要對一些與現(xiàn)代化城市發(fā)展不太匹配的地區(qū)進(jìn)行必要且有計(jì)劃的改造。因此，從廣義上說，城市更新又超越了舊改的主要范疇，是在綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境等多重發(fā)展目標(biāo)之后，對老舊城區(qū)的進(jìn)一步改善和提升。我國發(fā)展至今，一直都是在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，擴(kuò)大城市規(guī)模，很少有大規(guī)模城市更新和改造的經(jīng)驗(yàn)，因此，城市更新和改造是一個全新的學(xué)科，需要我們建筑人去開拓和創(chuàng)新，爭取給我們既有的城市帶來新的改觀和完全不同的體驗(yàn)。

1 概述

1.1 研究背景

盧森堡館是一個非常有特色的建筑，是屬于 2010 年上海世博會期間的明星場館，因此，以“恢復(fù)世博記憶、展現(xiàn)世博風(fēng)貌”為目標(biāo)的世博文化公園保留該場館的改造，具有非常的重要意義。該場館表皮的耐候鋼板，屬于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。高耐候性結(jié)構(gòu)用鋼由于其耐大氣腐蝕性能比焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼要好，因此，耐候鋼板擁有特殊的年輪色彩和強(qiáng)烈的金屬質(zhì)感，讓許多現(xiàn)代建筑人的選擇越來越多。

1.2 研究意義

近 30 年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，外裝飾幕墻建筑大量出現(xiàn)。在國家戰(zhàn)略大力發(fā)展內(nèi)需的情況下，全國的各種建筑高樓如雨后春筍一般全面鋪開。在國家提倡發(fā)展綠色節(jié)能建筑的同時，原先大量老式幕墻在節(jié)能、安全等方面達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范要求。2022 年底，對上海市 3 500 棟幕墻建筑進(jìn)行了全面排查梳理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中 700 棟屬于高耗能的幕墻建筑，需要進(jìn)行節(jié)能改造的比例高達(dá) 20 %。既有建筑外裝飾幕墻結(jié)構(gòu)中有 13 000 萬 m2的高耗能建筑急需改造。相對于目前建筑幕墻的節(jié)能和安全規(guī)范，需要改造的存量甚至可達(dá) 3 億 m2。

在市場前景一片藍(lán)海的情況下，為盡快掌握城市更新與改造中幕墻板塊的技術(shù)更新、新材料應(yīng)用以及質(zhì)量控制和整體改造運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合筆者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，就上海世博盧森堡館外裝飾工程之耐候鋼板幕墻的改造與大家交流和分享。

1.3 研究思路

世博文化公園系上海市政府投資的大型城市公園，世博文化公園主體工程（不含大歌劇院以及相關(guān)配套設(shè)施用地）總用地面積約 15.3 萬 m2，涉及 38-01a、C01-01、C02-02、C03-02、C04-01、C05-02、C06-01、X02-01、X02-06、C04-03、C05-01 地塊及 Z000101 單元內(nèi)部道路?；貣|側(cè)為世博會展商務(wù)區(qū)，南側(cè)為耀華北側(cè)商務(wù)休閑居住片區(qū)，與徐匯濱江商務(wù)區(qū)隔江相望。世博文化公園是上海市政府在黃浦江畔核心區(qū)域?yàn)槿腥嗣翊蛟斓囊粋€世界級的開放式城市公園，其規(guī)格之高實(shí)屬罕見，建成后將成為國內(nèi)最頂級的城市公園，同時也媲美美國的紐約中央公園、對標(biāo)英國倫敦的海德堡公園。世博文化公園的保留場館項(xiàng)目，地處雪野二路以北，世博大道以東，位于公園內(nèi)部東北側(cè)，北至世博大道（見圖 1）。

圖1 世博文化公園平面布置圖

其中盧森堡館系 2010 年世博會期間的世博場館之一，地上 2 層，地上建筑面積 2 519.0 m2，總建筑面積 2 519.0 m2，建筑高度 21.35 m。改造后的塔樓主要功能為 live house，裙房主要功能是主題餐飲和創(chuàng)意零售。

1.4 總體改造思路

1）在確保結(jié)構(gòu)安全、程序合法的前提下，維持建筑原樣，以改造為主、局部修繕為輔；以“恢復(fù)世博記憶、展現(xiàn)世博風(fēng)貌”為目標(biāo)，如圖 2 所示。

2）臨時建筑改永久建筑，以滿足現(xiàn)行規(guī)范并通過安評、審圖、竣工驗(yàn)收等政府審批流程為大原則（局部超規(guī)）。

為此，作為上海市重大工程，本項(xiàng)目業(yè)主上海地產(chǎn)集團(tuán)特聘請了曾擔(dān)任 2010 上海世博園區(qū)總建筑師，全國勘察設(shè)計(jì)大師、原華建集團(tuán)首席總建筑師沈迪，作為本項(xiàng)目的改造顧問。

2 工程概況

2.1 盧森堡館世博期間的概況（見圖 3）

圖3 世博文化公園盧森堡館世博期間實(shí)景圖

盧森堡館是全國單體最大的耐候鋼板項(xiàng)目——7 500 m2；盧森堡館主題：“亦小亦美”造型亮點(diǎn)：“袖珍”的森林和堡壘；盧森堡展館的建筑結(jié)構(gòu)就像一座壁壘，并把中世紀(jì)的塔樓包圍其中。而整個盧森堡展館也被比喻成一個周圍綠樹環(huán)繞的開放式森林（見圖 4）。

圖4 世博文化公園盧森堡館局部實(shí)景圖

2.2 改造前的現(xiàn)狀描述

由于本場館是屬于臨時性建筑，故對于裙房屋面，沒有做結(jié)構(gòu)防水功能，整個裙房漏水非常嚴(yán)重，室內(nèi)龍骨已經(jīng)全部銹蝕；主樓耐候鋼板之間采用密封膠固定，日曬雨淋之下，在膠縫處形成了很多污染物的流痕；并且還有板塊缺少、非耐候鋼板板塊，以及表面有贅加物，如圖 5～圖 9 所示。

2.3 改造考慮的技術(shù)難點(diǎn)和必要性

因?yàn)楸卷?xiàng)目是臨時建筑，故既要考慮臨時建筑更改為永久性建筑所必須考慮的結(jié)構(gòu)安全、又要考慮建筑幕墻的節(jié)能要求，還需要綜合考慮世博保留場館的改造原則：“恢復(fù)世博記憶、展現(xiàn)世博風(fēng)貌”。技術(shù)難點(diǎn)有以下幾個方面。

圖5 改造前的現(xiàn)狀

圖6 改造前板塊嚴(yán)重銹蝕

圖7 改造前表面污染物流痕嚴(yán)重

圖8 改造前板塊缺失

圖9 改造前非耐候鋼板及表面贅加物

2.3.1 面板更新

原有耐候鋼板表面銹蝕、有各種各樣的污染物、贅加物、板塊缺少等；并且周邊密封膠老化嚴(yán)重，導(dǎo)致受密封膠老化的影響，縫隙處積水嚴(yán)重，邊緣銹蝕與正面的腐蝕程度不一樣，邊部銹蝕更嚴(yán)重。并且耐候鋼板自帶特有的年輪特性，它表面的顏色會隨著時間年數(shù)的發(fā)展展現(xiàn)不同的色系，從嫩黃逐漸變黑，然后趨于穩(wěn)定。考慮本項(xiàng)目的改造原則，這里由于已經(jīng)有部分耐候鋼板已經(jīng)損換，故對盧森堡館主樓的耐候鋼板全部采用修復(fù)保留的方案，對盧森堡館的裙房整體用新板來更新，對于裙房整體更換下來的面板，由于和主樓耐候鋼板擁有同齡的特性，故可以利用裙房原有耐候鋼板作為修復(fù)更新主樓的備板之用，如圖 10 所示。

圖10 耐候鋼板年輪顏色對比表

2.3.2 面板連接方式

原有耐候鋼板背面的插接式子母連接件和加強(qiáng)肋是通過焊接的方式進(jìn)行固定的，考慮角鋼和插接式子母連接件已經(jīng)生銹（見圖 11、圖 12），拆除后如考慮焊接會對面板局部產(chǎn)生高溫，耐候鋼板在高溫下，正面的耐候鋼板顏色就會發(fā)生氧化而變色；因此，必須考慮其他連接方案，才能確保面板的修復(fù)和整體顏色的統(tǒng)一。

圖11 加強(qiáng)肋現(xiàn)狀

圖12 非耐候鋼銹蝕嚴(yán)重

2.3.3 面板原拆原建、龍骨全部更新

考慮世博保留場館的改造原則：“恢復(fù)世博記憶、展現(xiàn)世博風(fēng)貌”，原板經(jīng)過上海建科院的實(shí)際檢測，原有 4 mm 厚的耐候鋼板，在經(jīng)過十年的風(fēng)雨后，還能保持 3.85 mm，滿足永久性建筑外墻使用耐候鋼板的規(guī)范要求，因此主樓原有每塊面板均需修復(fù)利用，并在原位復(fù)原，難度非常之大。筆者公司采用數(shù)字化犀牛的應(yīng)用，對原有盧森堡館進(jìn)行整體無人機(jī)激光掃描，以點(diǎn)成面，通過犀牛成型，多次校核后再進(jìn)行現(xiàn)場校核；然后根據(jù)校核最終成型的表皮，對耐候鋼板的龍骨進(jìn)行實(shí)際建模（見圖 13）；并根據(jù)成型的龍骨按面拆分，利用激光切割設(shè)備進(jìn)行切割加工；現(xiàn)場的龍骨安裝完全按照犀牛模型中鉆石面的轉(zhuǎn)角龍骨進(jìn)行拼裝和吊裝。

圖13 耐候鋼板面板和龍骨數(shù)字化犀牛模型

2.3.4 更新改造的總體方案

本次改造方案是保留和利用所有外立面耐候鋼板，更換所有龍骨防水系統(tǒng)；確?！盎謴?fù)世博記憶、展現(xiàn)世博風(fēng)貌”，先把原有盧森堡館外立面作整體激光掃描，轉(zhuǎn)換成空間模型，并進(jìn)行修復(fù)，復(fù)核所有板塊尺寸，所有鋼板全部編號并保護(hù)性拆除，根據(jù)拆除前的表皮模型進(jìn)行返尺，建立龍骨模型，抽出主框架龍骨模型并轉(zhuǎn)換成三維激光切割所需要的加工圖，工廠全自動化激光切割，現(xiàn)場拼接成模塊化的異形框架，復(fù)核無誤后，安裝框架內(nèi)的主次龍骨，做防水層，安裝修復(fù)和編號的面板，最終完美成型原有建筑。

這個項(xiàng)目是典型的城市更新和改造項(xiàng)目，也是既有建筑改造和數(shù)字化表皮應(yīng)用的案例。

3 更新和改造的主要方法及應(yīng)用

3.1 耐候鋼板幕墻更新改造新體系

更新方案采用開放式的做法，由于原有耐候鋼板板塊邊口銹蝕嚴(yán)重，并且板塊之間的連接因密封膠的老化，導(dǎo)致污染物流淌嚴(yán)重，因此更新考慮了開放式的做法，采用插接式子母連接的方式，安裝時從下到上進(jìn)行安裝，下口耐候鋼板固定后，上口的耐候鋼板通過插入的方式固定。并且在 60×120×5 鍍鋅鋼龍骨上增加了 2 mm 鋁板的防水層和 100 mm 厚的保溫層（容重 120 kg），同時在室內(nèi)部分增加了 1.5 mm 的鍍鋅鋼板。此結(jié)構(gòu)既保證了耐候鋼板的外觀效果，又達(dá)到了建筑防水和保溫的要求，并且便于后續(xù)拆裝以及完成面的整潔。國內(nèi)有很多幕墻公司對耐候鋼板的做法沒有細(xì)致研究，導(dǎo)致施工時考慮不周，大多以焊接收口，使得耐候鋼板項(xiàng)目未能展示應(yīng)有的風(fēng)貌。

耐候鋼板標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)如圖 14～圖 16 所示。

圖14 耐候鋼板豎向節(jié)點(diǎn)（單位：mm）

圖15 耐候鋼板橫向節(jié)點(diǎn)（單位：mm）

3.2 面板的更新和改造方式［1-3］

3.2.1 面板修復(fù)的施工工藝

對于正面大面積銹蝕部分采用表面除銹工藝（假設(shè)可以翻新的話），正常流程需采用大功率激光設(shè)備除銹。但由于該項(xiàng)目年限已近十年，板材正、反面銹蝕層均達(dá)到了較大的厚度，很難使用激光設(shè)備將銹蝕層清除掉，即使能除銹，將花費(fèi)大量的人力、時間、設(shè)備損耗，且除銹過程會把鋼板整體的有效厚度變薄很多，因此只能采取人工打磨方式，對耐候鋼板進(jìn)行保護(hù)性的除銹處理。

圖16 耐候鋼板節(jié)點(diǎn)模型

3.2.2 正反面邊緣處理

正面邊緣部分已經(jīng)腐蝕的凹凸不平（部分板塊邊緣還有點(diǎn)焊點(diǎn)），如需翻新板邊需要切割掉，然后打磨平整，這樣會造成原板塊尺寸縮小。此處理也將花費(fèi)大量的人工、而且無法確保切割后板塊尺寸均勻，且會導(dǎo)致原建筑膠縫寬度發(fā)生變化，原建筑表皮分格效果發(fā)生變化（膠縫變大）。因此，考慮開放式的做法，最終對原有板塊僅進(jìn)行了除銹處理，縫隙過大，對建筑外觀效果的保留產(chǎn)生很大影響，所以原定 14 mm 的開放式膠縫還是保留原先的 6 mm 膠縫。

3.2.3 處理背面加強(qiáng)筋、耳板

如果要翻新，必須要切割掉原板背面的加強(qiáng)筋、鋼耳板，切割后還要打磨平整，然后再次焊接新的加勁肋及耳板，這個工作量也是很大且比較繁瑣。施工時考慮焊接對面板的高溫氧化變色反應(yīng)，最終選擇了德國“索亞”的焊接設(shè)備，對 M8 和 M6 的不銹鋼焊釘進(jìn)行了多次對比試驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，M8 栓釘固定后，對耐候鋼板正面立即會發(fā)生變色的情況（見圖 17、圖 18），而 M6 栓釘固定后，沒有立即發(fā)生變色情況（見圖 19，圖 20）。

圖17 栓釘 M8 焊接

圖18 焊接后正面效果

圖19 栓釘 M6 焊接

圖20 焊接后正面效果

實(shí)際在施工過程中，一次偶然的機(jī)會，碰到下雨，耐候鋼板淋到雨了，原本以為 M6 栓釘是不能在正面產(chǎn)生高溫氧化痕跡了，而在雨后卻發(fā)現(xiàn)板塊正面同樣發(fā)生了橘紅色的銹蝕點(diǎn)。

因此，整個耐候鋼板面板翻新流程如下：保護(hù)性拆除原建筑耐候鋼板——拆卸耐候鋼板上的加強(qiáng)肋及組件——手工打磨耐候鋼板正、反面——焊接新的不銹鋼栓釘——內(nèi)表面防銹處理——安裝子母連接件和加強(qiáng)肋——正面采用專用藥劑進(jìn)行氧化作銹處理不低于 5 遍，同時通過時效處理——包裝運(yùn)輸——現(xiàn)場板塊安裝。

3.2.4 耐候鋼板外表顏色修復(fù)施工工藝［4-6］

對于耐候鋼板的表面處理，最初，大家對于保留場館的更新和改造原則是“恢復(fù)世博記憶、展現(xiàn)世博風(fēng)貌”，但在實(shí)際修復(fù)過程中的把控太難了，每個人都有自己的觀點(diǎn)，剛開始時，大家認(rèn)為該表面就應(yīng)該像文物一樣保留，連表面的污染物都要保留，才能保持世博記憶，后來發(fā)現(xiàn)實(shí)在做不到。建筑改造保留的是美，更新的是能夠展示新的功能、新的效果，因此后續(xù)決定對外表皮由專業(yè)廠家統(tǒng)一進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)的各種年輪效果經(jīng)建筑設(shè)計(jì)和業(yè)主定奪，過程極其繁瑣，但最終結(jié)果還是完美的（見圖 21～23）。

圖21 過程樣品選定（1）

3.3 數(shù)字化的實(shí)踐應(yīng)用

圖22 過程樣品選定（2）

圖23 過程樣品選定（3）

最近十年，數(shù)字化的應(yīng)用越來越廣泛，在建筑工程中也是大顯身手。在新一輪的城市建筑改造和更新中，特別是對異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑來說，已經(jīng)到了非用不可的地步，其不光是能夠給我們的設(shè)計(jì)帶來空間的準(zhǔn)確性，同時也能夠給設(shè)計(jì)和施工帶來高效率。在現(xiàn)有先進(jìn)工業(yè)體系-3 D 激光切割設(shè)備的加持中，讓數(shù)字化的設(shè)計(jì)能夠快速地落地和實(shí)現(xiàn)更加成為可能（見圖 24、圖 25）。

圖24 主樓 172 個面，初次成型 170 個不共面

圖25 數(shù)字化 3D 激光切割

3.4 改造后的效果

施工期間耐候鋼板安裝如圖 26 所示；盧森堡館完工后效果如圖 27 所示。

圖26 施工期間耐候鋼板安裝效果

圖27 盧森堡館完工安裝效果

4 結(jié) 語

世博文化公園中世博保留場館-盧森堡館的更新與改造，整體是成功的，它既滿足了業(yè)主開始提出的“恢復(fù)世博記憶、展現(xiàn)世博風(fēng)貌”的改造原則，也給臨時性建筑改造為永久性建筑開創(chuàng)了歷史，同時也給國內(nèi)大型活動和運(yùn)動場館的后續(xù)利用積累了非常寶貴的豐富經(jīng)驗(yàn)，城市建筑改造和更新潛力無窮。Q