王常霖：山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院工程碩士
吳 珍：山東大學(xué)土木與水利學(xué)院教授
一、既有建筑改造的意義
我國當(dāng)前擁有大量上世紀(jì)八、九十年代左右設(shè)計(jì)和建造的建筑物，由于其使用時(shí)間較長，再加上受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的限制，這些建筑物已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度以及人們對建筑的使用要求。但實(shí)際情況是，這些建筑物的使用壽命還遠(yuǎn)未達(dá)到極限壽命，其結(jié)構(gòu)仍堅(jiān)固如初，或者因歷史久遠(yuǎn)，本身已經(jīng)沉淀了豐富的歷史和人文價(jià)值，拆除重建十分可惜。將這些建筑進(jìn)行改造后重新利用，對于減少社會財(cái)富的浪費(fèi)，保持城市歷史文化發(fā)展的連續(xù)性都有重要的意義。
既有建筑的改造通常包含以下幾方面內(nèi)容：建筑內(nèi)外裝飾、水電暖、智能通信、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)等改造。本文僅從建筑外裝方面，就建筑幕墻在既有建筑改造中的運(yùn)用進(jìn)行分析和探討。
二、建筑幕墻設(shè)計(jì)對于既有建筑改造的意義及分析
1、形象改造
值得進(jìn)行改造的既有建筑往往年代不算久遠(yuǎn)，但限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)水平，外立面裝飾通常比較簡單，比如說貼面磚、刷涂料等。經(jīng)過時(shí)間的洗滌，用現(xiàn)在的眼光來看，形式比較陳舊，缺乏亮點(diǎn)。而采用建筑幕墻對既有建筑進(jìn)行外裝飾改造，是獲得一棟美觀適用的現(xiàn)代化建筑的一種經(jīng)濟(jì)、合理、快捷的途徑。建筑幕墻就像是一件華麗的新衣，將舊建筑重新包裝，使其煥發(fā)生機(jī)。進(jìn)行形象改造時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
1)應(yīng)盡量遵循建筑的原結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
形象改造要在原建筑結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上進(jìn)行裝飾設(shè)計(jì)，因勢利導(dǎo)，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性。建議不要過多或過大的改變原建筑造型，因?yàn)檫@必然會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)形式與其匹配，從而帶來成本的較大提高。
2)應(yīng)充分考慮周邊環(huán)境或者對周邊環(huán)境的影響。
圖片一
建筑幕墻立面的改造設(shè)計(jì)，應(yīng)與周圍文化、建筑特點(diǎn)相匹配，進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)哪粔π问健２蝗患词雇庥^設(shè)計(jì)的再美輪美奐，也會顯得突兀，格格不入。以廣州航道局辦公樓(圖片一)改造工程為例，該建筑坐落于珠江岸邊，原外形是一個(gè)長方體，以現(xiàn)在的審美觀點(diǎn)來看，呆板、單一。由于它的周圍擁有非常優(yōu)美的江景資源，所以改造設(shè)計(jì)上優(yōu)先選用了完全通透的隱框玻璃幕墻，從室內(nèi)觀看江景，也更加通透，一覽無遺。同時(shí)，為了增添建筑物的活力，在其四個(gè)角上均做了上大下小的喇叭形狀的玻璃筒，立面效果也采用了凹凸結(jié)合的形式，極富韻律感。改造后的辦公樓仿佛一顆璀璨的明珠，嵌于珠江美景之中，融為一體。該工程充分利用了周邊環(huán)境的有利影響，提升了建筑物的使用價(jià)值，值得借鑒。
2、節(jié)能改造
截止到2011年底,我國城鎮(zhèn)節(jié)能建筑僅占既有建筑總面積的23%，所占比例很小。特別是20 世紀(jì)八九十年代建造的這批建筑，往往很少考慮節(jié)能要求。其外墻一般為240mm厚的實(shí)心黏土磚墻，窗戶則大部分為密封性能較差的單層玻璃鋼窗、塑窗、鋁窗等，公建建筑即使采用了玻璃幕墻作為外裝，其大部分也未采取任何的保溫隔熱措施。這些大量沒有任何節(jié)能措施的既有建筑，保溫隔熱性能差，導(dǎo)致采暖和制冷設(shè)備系統(tǒng)效率很低，耗能嚴(yán)重。建筑耗能（詞條“建筑耗能”由行業(yè)大百科提供）的急劇增加，不但加重了地方財(cái)政、單位和居民的采暖負(fù)擔(dān)，還造成大氣污染，影響了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，對既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，避免能源浪費(fèi)，提高建筑熱舒適度，已成為我國當(dāng)前緊迫的、必須盡快解決的重大問題。
對于既有建筑可以采取的節(jié)能改造措施有很多，例如外墻外保溫、屋頂改造、節(jié)能門窗、采暖系統(tǒng)改造、太陽能技術(shù)、空調(diào)和照明節(jié)能改造等。根據(jù)現(xiàn)有建筑節(jié)能改造工程的寶貴經(jīng)驗(yàn)來看，改進(jìn)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）性能對于既有建筑節(jié)能改造的效果最明顯。對于住宅來說，外墻外保溫和門窗的節(jié)能改造，效果最好。而對于公建來說，采用建筑幕墻并進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)則是一個(gè)不錯的選擇，既滿足了外觀效果的提升，又有良好的節(jié)能效果。但我們也應(yīng)該清醒的認(rèn)識到，建筑幕墻尤其是玻璃幕墻也給我們帶來了負(fù)面影響，如高能耗、光污染和溫室效應(yīng)等,給節(jié)能帶來了巨大的挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑耗能已達(dá)全社會能源消費(fèi)量的27.6%，而建筑能耗的50%與門窗幕墻有關(guān)。雖然在人們的努力下，幕墻建筑的耗能已經(jīng)有了大幅度的降低，但仍未達(dá)到理想的效果，建筑幕墻節(jié)能工作任重而道遠(yuǎn)。
三、建筑幕墻在既有建筑改造中所面臨的問題與應(yīng)對
與新建建筑相比，既有建筑改造的設(shè)計(jì)和施工是一項(xiàng)更為復(fù)雜的工作，其所面臨的問題也更多。概括的說，它是對既有建筑從空間、形體到裝飾的全面變更，但這種變更的重要前提是保持原建筑的基本結(jié)構(gòu)與空間，因此是在諸多固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）因素所構(gòu)成的既成框架之上進(jìn)行的再創(chuàng)造。由于對象的特殊性，既有建筑的裝飾設(shè)計(jì)方法與新建建筑有很大的不同。從某種意義上講，對既有建筑的改造再利用更能體現(xiàn)出一個(gè)設(shè)計(jì)師對空間環(huán)境的敏感性與創(chuàng)造性，因此也更富有趣味性與挑戰(zhàn)性。
1、方案制定時(shí)應(yīng)反復(fù)論證，確有必要時(shí)應(yīng)聘請專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行可行性評估。
一般在地價(jià)較高的繁華地段，且建筑物本身使用功能仍可滿足要求的情況下，進(jìn)行改造往往具有較好的經(jīng)濟(jì)效益;而在地塊廉價(jià)的情況下，能否比新建更省錢，則需要做出具體分析。只有在權(quán)衡利弊后，認(rèn)為確有必要時(shí)，方才進(jìn)行既有建筑的改造工程的設(shè)計(jì)和施工，這是一個(gè)謹(jǐn)慎的決策過程。否則進(jìn)行既有建筑的改造非但不會節(jié)約成本，反而會遇到很多棘手的問題，其技術(shù)、工期，成本，使用上都會受到不良影響，反而弊大于利。
2、利用建筑幕墻對既有建筑進(jìn)行空間改造應(yīng)注意功能上匹配和形式的創(chuàng)新。
一種建筑功能的附加總要有與之相對應(yīng)的建筑空間，這時(shí)就必然要對原有建筑空間進(jìn)行調(diào)整。利用建筑幕墻進(jìn)行建筑空間的改造要求設(shè)計(jì)師對建筑空間的相關(guān)要求應(yīng)有較好的理解和把握。在滿足基本功能要求的同時(shí)，設(shè)計(jì)師還可以尋找有利的因素去創(chuàng)造建筑氣氛。
進(jìn)行建筑空間改造通常有如下模式：
1)加頂棚(采光頂)
許多既有建筑，尤其是體積、面積較大的建筑往往有內(nèi)院或天井，在現(xiàn)代審美觀點(diǎn)下，可以在庭院上空覆蓋玻璃采光天棚，將庭院變成一種室內(nèi)外交融，上下流動貫通的共享空間，從外觀上看是封閉了，但實(shí)際上串聯(lián)了室內(nèi)外環(huán)境，有效的擴(kuò)大室內(nèi)使用空間，變室外為室內(nèi)，提高了建筑物的空間利用率。
圖片二
倫敦一處古典主義風(fēng)格的博物館(圖片二)，其大庭院上空被一尺度巨大的玻璃屋頂所覆蓋，形成一個(gè)充滿陽光的室內(nèi)中庭。這是著名建筑師諾曼·福斯特的杰作。
2)建筑物外輪廓水平向外擴(kuò)展
建筑幕墻本身就是建筑的外表皮，其外輪廓線位置在一定的技術(shù)范圍內(nèi)我們是可以進(jìn)行控制的。通常我們可以將建筑幕墻的外皮位置向外擴(kuò)展，這樣就相當(dāng)于建筑物的水平空間擴(kuò)大了，挑出一定空間并進(jìn)行加固后，可以作為觀景飄窗，也可放一些休閑座椅或做它用，在感官和使用功能上都有所提升，這也是目前最常用的建筑空間改造方式。
圖片三
山東省胸科醫(yī)院(圖片三)，該建筑南面部分均為獨(dú)立的病房區(qū)，原病房內(nèi)部使用空間很小，不滿足業(yè)主關(guān)于房間內(nèi)安置衛(wèi)生間，改善病患住宿條件的要求。工程采取了在原土建結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行加固并外加豎向鋼框架的形式向外延展，而玻璃幕墻則以該鋼框架為承重結(jié)構(gòu)再懸挑處一定距離，這樣水平空間就得到了進(jìn)一步擴(kuò)大。而建筑南立面的中部公共區(qū)域向外擴(kuò)展后經(jīng)過內(nèi)部封修形成了觀景飄窗，或可以放置一些供病人臨時(shí)休息的座椅，該項(xiàng)改造得到了業(yè)主的肯定，增加了建筑的使用功能。
3)加高屋頂幕墻
有些高度較矮的建筑可以人為拔高建筑高度，這里所說的人為拔高就是指通過安裝輕鋼結(jié)構(gòu)的方式，在屋頂位置加高屋頂使建筑豎向拉伸，從室外看是增加了建筑物的高度。有時(shí)，某些上人屋面進(jìn)行加固后，在結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算允許的前提下，甚至起到了加層的作用，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了使用空間，重新構(gòu)筑了新的建筑空間。這種處理手法的合理運(yùn)用，既對外觀有較大的提升，又具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。當(dāng)然，再配合調(diào)整幕墻立面分格高寬比例關(guān)系的方法，讓幕墻分格高度大于寬度較多，也能夠從視覺上給人以高大、挺拔的感覺。兩種方法相輔相成，起到不錯的效果。
3、結(jié)構(gòu)安全是既有建筑改造的首要問題。
結(jié)構(gòu)對于建筑來說是重中之重，結(jié)構(gòu)不牢、地動山搖，它時(shí)刻關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，兒戲不得。至于結(jié)構(gòu)能否適應(yīng)既有建筑改造后新的使用情況，則應(yīng)當(dāng)經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)算論證，鑒定以確定其現(xiàn)狀，從而為外圍護(hù)改造設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。
1)有的既有建筑無竣工圖，或者即使有竣工圖也并不詳細(xì)，缺乏有效的數(shù)據(jù)作為參考。這時(shí)需要請專業(yè)的勘察單位進(jìn)行現(xiàn)場勘探測繪，校核原始數(shù)據(jù)，從而得到建筑物的真實(shí)數(shù)據(jù)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)和施工就是據(jù)此進(jìn)行，不要小看這一點(diǎn)，不然蒙著眼設(shè)計(jì)和施工，后續(xù)問題會很多。
2)當(dāng)時(shí)間和資金有限，不可能對整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行檢測和鑒定時(shí)，可以只對承受幕墻體系所設(shè)計(jì)的構(gòu)件，例如對位于傳力路線的邊梁進(jìn)行鑒定，以確保幕墻體系的設(shè)計(jì)和施工可以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，當(dāng)不滿足受力要求時(shí)，必須聘請專業(yè)的建筑加固單位進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，方可進(jìn)行下一步施工。目前比較成熟的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的方法主要有預(yù)應(yīng)力加固法、粘鋼板法、碳纖維法、改變結(jié)構(gòu)傳力途徑法、加大截面法、外包鋼法等等，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)適用的方法。
3)有的時(shí)候，構(gòu)件在進(jìn)行加固前，可以就其外觀形式與室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)師進(jìn)行討論再確定，理想的情況下構(gòu)件的加固形式也可作為一種新的審美要素來對待。這些構(gòu)件非但沒有增加贅感，反而成為了室內(nèi)裝飾的點(diǎn)睛之筆，提升了建筑物的室內(nèi)裝飾效果。
四、建筑幕墻在既有建筑改造中可以賦予其新功能
為適應(yīng)人類生活方式的復(fù)雜化和社會功能多元化復(fù)合的要求，提升建筑物的使用價(jià)值，給建筑物賦予新的生機(jī)。可以將許多單一功能的既有建筑改建成了混合功能的建筑，賦予既有建筑新的功能和亮點(diǎn)。隨著幕墻建筑在我國的普及，建筑幕墻技術(shù)在我國也得到了長足的發(fā)展，其中玻璃幕墻技術(shù)含量最高，更是涉及了多領(lǐng)域、多學(xué)科，其面板材料——玻璃的特殊性(通透、易加工等)也促使它易于與太陽能技術(shù)相結(jié)合。筆者認(rèn)為，可以從光伏、光熱、光亮三個(gè)方面賦予既有建筑新的功能，提升建筑物的使用價(jià)值：
1、光伏幕墻。
一方面光伏幕墻是建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，需要達(dá)到建筑美學(xué)的要求，同時(shí)又具有普通幕墻遮風(fēng)、避雨、抗風(fēng)與抗震的能力。另一方面它又具有發(fā)電的功能，可以供給建筑物本身的用電要求，多余的電甚至可以并網(wǎng)，又有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
2、光熱幕墻。
光熱的基本原理是通過太陽能收集裝置將太陽的輻射能收集起來，收集的輻射能再與傳熱介質(zhì)相互作用轉(zhuǎn)換成熱能，并加以利用。光熱幕墻除具備常規(guī)幕墻的功能外，同時(shí)還具備了相應(yīng)的附加功能：如為建筑物提供熱水，冬季采暖、夏季制冷等。
3、光亮幕墻。
光亮利用實(shí)際上是光電在功能上的深化，它的基本原理就是光電技術(shù)和LED亮化技術(shù)。LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體發(fā)光器件，可以直接發(fā)出各種顏色的可見光，尤其是采用LED顯示屏控制技術(shù)后更是實(shí)現(xiàn)了色彩和圖案的多變性，因此它是一種可隨意控制的"動態(tài)光源"。與傳統(tǒng)光源相比，LED低功耗，壽命更長，因此使調(diào)節(jié)明暗，頻繁開關(guān)成為可能，更有利于在夜晚建筑美化中的應(yīng)用。所以我們將其與幕墻相結(jié)合，在幕墻上表現(xiàn)出各種圖像，播放、演示固定或活動的圖案，提供了一種具藝術(shù)特色的與城市環(huán)境進(jìn)行交流形式，豐富了建筑幕墻在夜晚的表現(xiàn)力。
五、結(jié)語
在西方發(fā)達(dá)國家，由于物質(zhì)文明已高度發(fā)達(dá)，加之人口增長緩慢，新建項(xiàng)目已相對較少，而對物質(zhì)文明的改造和重新利用在基建項(xiàng)目中占有很大比例。當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)正蓬勃發(fā)展，城市開發(fā)如火如荼，基建項(xiàng)目則多以新建為主。國情雖然不同，但關(guān)于既有建筑改造問題的研究對于我國仍具有重要意義。西方國家走過的路，可以作為前車之鑒，讓我們看清前進(jìn)的方向。可以預(yù)見，既有建筑改造必將在我國城市建設(shè)中扮演越來越重要的角色，對從事建筑幕墻設(shè)計(jì)和施工的從業(yè)人員來說，它帶來的將是一片富有挑戰(zhàn)性的嶄新天地。
既有建筑改造在我國尚處起步階段，可以參考的資料和成功的經(jīng)驗(yàn)不多，加上筆者水平有限，文章中的觀點(diǎn)和論述有誤之處歡迎批評指正。
【參考文獻(xiàn)】：
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