高密度城市中心區(qū)既有高層建筑更新設(shè)計策略初探

■ HU Yanzhe

0 引言

隨著時間的流逝，高層建筑像其他所有建筑類型一樣面臨著過時和衰老。據(jù)不完全統(tǒng)計，上海市內(nèi)廢置高層建筑最多時曾達(dá)200 多處。盡管可以選擇完全拆除并新建，但拆除和新建過程中帶來的資源大量消耗、社會生活秩序中斷等問題，使得在高密度城市中心區(qū)拆除新建往往并不具備可行性。因此，探索適宜的高密度城市中心區(qū)既有高層建筑更新設(shè)計策略，恢復(fù)其原有的活力，對創(chuàng)造生態(tài)宜居環(huán)境具有積極的意義。

基于社會發(fā)展需求和專業(yè)內(nèi)容更新，同濟(jì)大學(xué)研究生團(tuán)隊(duì)參與了和世界高層建筑與都市人居學(xué)會（CTBUH）共同發(fā)起的“市民摩天樓·重塑高層建筑城市性”專題設(shè)計。本文基于本次專題設(shè)計的理論思考及優(yōu)秀成果作品分析，結(jié)合其他一些實(shí)際案例，對既有高層建筑更新的新趨勢、應(yīng)有的價值取向和設(shè)計策略進(jìn)行了一些探索。

1 優(yōu)秀成果介紹

同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院和世界高層建筑與都市人居學(xué)會（CTBUH）共同發(fā)起的研究生專題聯(lián)合設(shè)計每學(xué)年定期舉行，以激發(fā)學(xué)生對高層建筑設(shè)計創(chuàng)新的熱情，每年的設(shè)計作品中都可以看到當(dāng)下高層建筑設(shè)計的前沿?zé)狳c(diǎn)和具有創(chuàng)新性的設(shè)計思考。2019 年“市民摩天樓·重塑高層建筑城市性”專題設(shè)計，要求學(xué)生從對上海的城市背景及高密度城市中心區(qū)內(nèi)的基地研究來進(jìn)入概念設(shè)計階段。每組學(xué)生選取一個主題詞，提煉設(shè)計概念關(guān)鍵詞，進(jìn)而應(yīng)用概念草案來回應(yīng)既有高層建筑所處區(qū)域的氣候、社會、文化等情況，并不斷對方案進(jìn)行深化，包括既有高層建筑的空間體系優(yōu)化、結(jié)構(gòu)加固、能耗模擬、立面構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計等方面。以下簡要介紹其中優(yōu)秀作品的思考與設(shè)計成果。

1.1 設(shè)計立意及方案生成過程

方案“上海圖書館的綠色未來”（圖1）以位于上海市高密度核心區(qū)的上海圖書館為既有空間載體，從“綠色節(jié)能”和“垂直綠化”的關(guān)鍵詞出發(fā)，探討新時代背景下既有高層建筑更新改造的發(fā)展趨勢。結(jié)合關(guān)鍵詞的共同點(diǎn)，方案將綠色生態(tài)樹的概念引入更新設(shè)計中，以樹的各部器官對應(yīng)高層建筑的不同部位，對建筑進(jìn)行新的定義與改造，形成整個建筑完整的綠色生態(tài)體系，并提倡圖書館空間的市民化，將市民與閱讀相聯(lián)系，賦予建筑空間以新的活力。

1.1.1 多層級的公共空間

通過植入綠色沙龍交流空間、綠色核心空腔、屋頂綠色觀景臺、下沉式公園以及開放性地鐵站，營造整個高層建筑多層級的公共空間體系（圖2）。第一層級是連接圖書館、公園、地鐵與各功能空間的綠色公共空間；第二層級是圍繞公共綠核置入公共交流閱讀的盒子空間；第三層級是圍繞公共綠核在高層建筑屋頂設(shè)置的節(jié)能溫室。

1.1.2 豐富的功能類型

高層建筑對于城市人而言如同一座微縮城市，隨著生活方式的變化和生活品質(zhì)的提高，使得單一的辦公或住宅功能不再符合當(dāng)今社會的需求。傳統(tǒng)的圖書館偏向內(nèi)向封閉，書庫占據(jù)了大量的空間。該方案結(jié)合當(dāng)下無紙化閱覽的趨勢，解放高層書庫空間，伴隨著公共空間的延伸與滲透，有針對性地增加了餐飲、會議、書店、展覽、文創(chuàng)等一系列主題性功能，并使其在高層建筑的垂直方向上有機(jī)結(jié)合（圖3）。

1.1.3 提升生態(tài)節(jié)能效率

方案將生態(tài)節(jié)能理念融入到既有高層建筑的更新設(shè)計中，以達(dá)到節(jié)約能源、減少碳排放量、經(jīng)濟(jì)高效地改造建筑綜合環(huán)境的目標(biāo)。通過對既有高層建筑結(jié)構(gòu)形式的分析，為了不影響空間利用效率，對塔樓中央進(jìn)行垂直中庭的設(shè)置，起到拔風(fēng)作用。在中央拔風(fēng)的基礎(chǔ)上對塔樓的各個方向設(shè)置水平的通風(fēng)空間。選擇在塔樓的東南以及西南兩個方向設(shè)置水平通風(fēng)的邊庭空間，以達(dá)到更進(jìn)一步的節(jié)能（圖4）。

該作品從多角度探討了高密度城市中心區(qū)既有高層建筑的更新設(shè)計該如何開展，但方案作為研究性設(shè)計在諸多方面還存在較為理想化的一面，難以形成能夠指導(dǎo)設(shè)計實(shí)踐的成果。既有高層建筑的更新設(shè)計有其自身的特點(diǎn)，在綠色可持續(xù)理念深入人心的今天，對高層建筑更新課題的深入研究將成為符合時代發(fā)展的必然趨勢。因此，也引發(fā)了筆者對如何找到適用的更新策略，實(shí)現(xiàn)這些既有高層建筑全生命周期價值的一些思考。

圖1 設(shè)計方案鳥瞰圖及方案生成概念圖解

圖2 公共空間體系圖

圖3 功能組合圖

圖4 結(jié)合空間改造進(jìn)行自然通風(fēng)效果模擬圖

2 高密度環(huán)境下既有高層建筑更新的價值取向

面對城市高密度發(fā)展的種種壓力，高層建筑的更新實(shí)踐中顯現(xiàn)出一些新的趨勢，以尋求長久立足于城市高密度中心區(qū)之路。這些都值得在既有高層建筑更新改造中去嘗試與探索，其隱藏在背后的價值取向更值得人們?nèi)リP(guān)注。

2.1 既有高層建筑更新的新趨勢

（1）尋求垂直高度的進(jìn)一步增加。建成于1997 年的33 層藍(lán)十字大廈，位于芝加哥城市中心，2006 年決定在現(xiàn)有已運(yùn)營的建筑基礎(chǔ)上垂直拓展，增加24 層樓，以滿足城市發(fā)展和公司日益擴(kuò)張的需求。

圖5 1970—2017 年間多功能高層建筑從6%增加至19%

（2）復(fù)合功能以提升空間效能。依據(jù)CTBUH 的數(shù)據(jù)對比，早期的高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層幾乎全部用作辦公功能。近年來，城市中心區(qū)域高層建筑內(nèi)部空間往往是集辦公、酒店、公寓為一體的集合性建筑。在20 世紀(jì)70年代，50 座最高的建筑中只有漢考克大廈（JohnHancock）是多功能型的，而當(dāng)今50 座最高建筑中有16 座是多功能型（圖5）。

（3）鏈接立體化交通路徑。高層建筑密集的人流給城市中心區(qū)域帶來了不小的通勤壓力，通過重新整合地面與地下軌道交通的關(guān)系，建立起高層建筑內(nèi)部立體化的步行系統(tǒng)，以接入城市各個基面的交通網(wǎng)絡(luò)。

（4）共享開放空間與立體花園。更多的高層建筑開始追求空間環(huán)境空間的優(yōu)化。以意大利米蘭的垂直森林高層住宅為例，通過屋頂平臺與空中花園的增設(shè)，為遠(yuǎn)離城市地面的高層住戶提供了綠色共享的公共交流空間（圖6）。

2.2 既有高層更新的價值取向

2.2.1 適應(yīng)城市發(fā)展下社會需求的轉(zhuǎn)變

圖6 意大利米蘭的垂直森林高層住宅

功能上，生活方式的變化和生活品質(zhì)的提高，使得單一的辦公或住宅功能不再符合當(dāng)今社會的需求，高層建筑的功能結(jié)構(gòu)面臨著更新和調(diào)整。以往，辦公型建筑很難改變它的用途，但是現(xiàn)在，在某一層作為休息用的空間，在另一層可能是視聽演示空間，或金融交易場所。對多元的生活方式與公共交往空間的向往使得功能復(fù)合性高層更迎合大眾的生活方式[1]。

提升舒適度是如今人們對建筑空間更高的要求。高層建筑作為大量人群的工作與生活場所，舒適的空間、健康的生活環(huán)境顯得尤為重要。早期建成的高層建筑由于材料與技術(shù)的限制（如層高沒有預(yù)留足夠的設(shè)備安裝高度），室內(nèi)裝飾、物理性能的老化等造成室內(nèi)空間的不舒適性，急需通過更新以獲得市場的接受與認(rèn)可[2]。

2.2.2 滿足規(guī)范更新的要求

技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，人們對建筑的安全和使用性能提出了更新的要求，許多既有高層建筑在面對新的規(guī)劃條例或標(biāo)準(zhǔn)時往往不能滿足其中的要求，帶來了既有高層建筑改造更新的需求。

以抗震規(guī)范為例，我國1978 年、1989年和2010年三次修改與更新《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》。這對既有建筑的升級是一個難得的契機(jī)，在更新過程中對在地震等突發(fā)事件中易損害的構(gòu)件進(jìn)行更換，以保證在對主體結(jié)構(gòu)不破壞的基礎(chǔ)上達(dá)到更好的抗震性能。我國的建筑防火規(guī)范、節(jié)能規(guī)范同樣對既有高層建筑更新改造提出了更高的要求。

2.3 追求可持續(xù)發(fā)展的綠色價值

高層建筑作為大都市中的龐然大物，自身能耗大，碳排放量高，尤其是超高層建筑，燈光照明、室內(nèi)保暖與通風(fēng)等各項(xiàng)設(shè)備都需要大量的能源支持。首先，提高既有高層的能源使用效率，盡可能降低對外部資源的占用，是可持續(xù)發(fā)展對當(dāng)代高層建筑更新提出的要求。其次，可持續(xù)發(fā)展還關(guān)注既有高層建筑與周邊建成環(huán)境的協(xié)調(diào)與共生關(guān)系。對場地生態(tài)環(huán)境的改善，街區(qū)氛圍的重塑成為了更新中適應(yīng)時代發(fā)展需求的社會價值趨向[3]。

3 既有高層建筑的更新設(shè)計應(yīng)對策略

本次研究性設(shè)計通過對大量既有高層建筑案例進(jìn)行調(diào)研與分析，總結(jié)了不同設(shè)計方法的實(shí)際應(yīng)用和更新效果，為國內(nèi)既有高層建筑的建設(shè)實(shí)踐提供區(qū)別于低層、多層建筑，針對性強(qiáng)、可操作性佳的策略參考與借鑒。

3.1 轉(zhuǎn)換室內(nèi)功能組合

建筑功能組合進(jìn)行轉(zhuǎn)換大致可分為兩類：一類是商辦寫字樓更新為酒店式公寓或住宅。以建于1975 年日本東京的青山Lattice 辦公大樓為例（圖7），為了適應(yīng)SOHO 模式的需求，將原有功能更新為可租賃式集合住宅。用途轉(zhuǎn)換過程中，通過設(shè)置獨(dú)立的上下水系統(tǒng)，提高墻體和樓面的隔音性能、拆除吊頂提升層高，增設(shè)室外陽臺等方式保證了置換后居住功能的舒適度。另一類是單一功能向復(fù)合型功能的轉(zhuǎn)變，往往通過標(biāo)準(zhǔn)層平面布局的優(yōu)化和豎向不同功能分布的特點(diǎn)，或是裙房服務(wù)功能的轉(zhuǎn)變從而達(dá)到整座高層建筑的空間品質(zhì)提升和功能的高效利用。巴黎TourFirst 電視大樓的更新項(xiàng)目中，對原先全部用作辦公功能的運(yùn)營模式進(jìn)行了優(yōu)化，標(biāo)準(zhǔn)層其中一層作為休息用的空間，一層擴(kuò)建為視聽演示空間，且將另一層作為金融交易場所。這樣的多功能建筑屬性可獲得更多的市場接受度和需求度。

通常，我們可以通過加建裙房擴(kuò)展樓面水平面積、加建主樓垂直生長的方式來為室內(nèi)功能組合的優(yōu)化提供空間彈性（圖8）。同時，結(jié)合空間拆分與空間重組，通過新舊空間的融合和互相支持，以及合理的功能分區(qū)、恰當(dāng)?shù)牧骶€規(guī)劃，以完成室內(nèi)空間品質(zhì)的改善。

3.2 嵌入富有活力的室內(nèi)公共空間

圖7 改造后的青山Lattice 大樓

圖8 為功能組合優(yōu)化提供空間彈性的應(yīng)對策略示意圖

圖9 為嵌入室內(nèi)公共空間提供空間彈性的應(yīng)對策略示意圖

圖10 改造后的Madou 廣場大廈中庭

在高密度城市背景下，既有高層建筑作為一個巨大的體量，比其它建筑形式承載著更復(fù)雜的環(huán)境和社會功能。然而對于早期功能平面重復(fù)疊加的一類高層建筑，卻往往嚴(yán)重缺乏可供人交往、可營造舒適工作生活環(huán)境的公共空間。在一些更新項(xiàng)目中，通過拆除高層建筑中部分局部樓板，增加空中平臺、花園、中庭的植入（圖9），或是優(yōu)化吊頂增加層高，對門廳、共享休息室甚至是走道等公共空間進(jìn)行優(yōu)化，來提升既有高層建筑空間的品質(zhì)。例如，布魯塞爾Madou 廣場大廈，通過在原有塔樓后部裙房部分新建一個13 層樓高的中庭空間，來完成建筑空間品質(zhì)的極大提升。新的中庭空間作為迎賓大廳，在為大樓創(chuàng)造共享空間的同時，也為較低樓層的辦公空間提供了良好的自然采光條件（圖10）。

3.3 重塑近地層面外部公共空間融入城市環(huán)境

當(dāng)既有高層建筑與城市環(huán)境發(fā)生沖突，對近地層面城市空間產(chǎn)生不良影響時，可以通過室外廣場的設(shè)立、城市天際線塑造、建筑形態(tài)的調(diào)整來完成城市外部公共空間的重塑。例如，布魯塞爾中環(huán)廣場的更新項(xiàng)目，該項(xiàng)目原23 層塔樓毗鄰歷史悠久的中世紀(jì)市政廳，通過在大廈前創(chuàng)造真正的入口廣場區(qū)域，與周圍多層建筑連接，營造與城市環(huán)境一體化的空間形態(tài)。

在室外空間的營造中，外部自然景觀環(huán)境的優(yōu)化同樣能夠提高高層建筑近地層面的公共開放性和街區(qū)活力，使高層建筑更好地與城市環(huán)境融為一體。在2000 年赤坂SACAS 的更新工程中，為了使大樓融入綠化環(huán)境優(yōu)美的歷史街區(qū)，設(shè)計團(tuán)隊(duì)利用了原有的坡道地形和基地沿街的櫻花樹列，在大樓外圍設(shè)置了新的廣場和臺階。如今，SACAS 電視大樓旁種植著11 種櫻花，已成為眾人關(guān)注的新生賞櫻勝地。此外，這里還具備劇場和現(xiàn)場音樂廳等娛樂設(shè)施。1800m2的多功能“SACAS廣場”也成為TBS 錄制節(jié)目的現(xiàn)場（圖11）。

3.4 挖掘核心筒潛力提高垂直交通效率

垂直交通系統(tǒng)是高層建筑區(qū)別于其它建筑類型的特點(diǎn)之一。電梯在高層中的重要性往往被低估。很多時候，垂直交通系統(tǒng)的更新是為了滿足用戶對高層建筑舒適性的要求，而更好的交通性能可以降低能源消耗。很多情況下對垂直系統(tǒng)的更新是由于大樓用戶的變更而引發(fā)的，最復(fù)雜的情況莫過于高層建筑內(nèi)部功能的改變。例如，一座辦公樓改造成住宅樓，或是由單一租戶變成了多個租戶共同使用[4]。在這些情況下，需要更復(fù)雜的措施對垂直交通系統(tǒng)進(jìn)行完全更新，且這項(xiàng)更新很可能會對建筑平面布局產(chǎn)生影響。通?？梢酝ㄟ^應(yīng)用一井雙梯技術(shù)、增加垂直交通、核心筒外置、核心筒移位等方式來對既有高層建筑的垂直交通效率進(jìn)行提升（圖12）。

3.5 改良設(shè)備系統(tǒng)和運(yùn)用適宜的被動式節(jié)能技術(shù)

在許多已經(jīng)運(yùn)營超過25 年的既有高層建筑中，其設(shè)備需要進(jìn)行更新升級以使其達(dá)到應(yīng)有的性能。在更新過程中，通過對暖通系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、智能計量設(shè)備、機(jī)械系統(tǒng)的升級和控制系統(tǒng)的重新調(diào)試，使整個建筑達(dá)到更節(jié)能的評估標(biāo)準(zhǔn)。例如，建成于1976 年悉尼GeorgeSt388 大廈（圖13），2006 年，通過大規(guī)模的包括外立面與室內(nèi)設(shè)備的更新工程，將基建系統(tǒng)整體的溫室氣體C02排放量從141kg 減少至87kg，并獲得了澳大利亞綠色建筑協(xié)會頒布的“5 星”綠色節(jié)能建筑稱號[5]。

圖11 SACAS 電視大樓更新后的SACAS 廣場

圖12 提高垂直交通效率的應(yīng)對策略示意圖

圖13 改造后的悉尼George St 388 大廈

被動式節(jié)能技術(shù)相比于主動式節(jié)能技術(shù)，由于采用非機(jī)械設(shè)備的干預(yù)手段來實(shí)現(xiàn)建筑能耗的降低，大大減少了更新和日常維護(hù)的費(fèi)用和人員成本。在既有高層的更新中，通常被動式節(jié)能技術(shù)有以下幾個方向：①利用節(jié)能玻璃幕墻、雙層幕墻等外維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫和隔熱處理，為建筑節(jié)能和室內(nèi)環(huán)境的舒適性帶來新的可能；②增加邊庭空間、充分利用屋頂采光，促進(jìn)自然采光和通風(fēng)，以減少建筑能耗，增加建筑能效；③增設(shè)太陽能光伏板、種植立面屋頂垂直綠化，通過引入生態(tài)表皮的概念，在不同季節(jié)對溫度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)建筑能耗的降低，并營造健康舒適的工作生活環(huán)境（圖14）。

圖14 降低建筑能耗的被動式急速技術(shù)應(yīng)對策略示意圖

4 結(jié)語

在可持續(xù)發(fā)展成為社會共識的今天，城市更新正成為我國城市可持續(xù)發(fā)展的重要導(dǎo)向，在城市建設(shè)從增量發(fā)展向存量更新的轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，人們也越來越多地將目光投向高層建筑。既有高層建筑的更新必然是未來城市建設(shè)中的趨勢，高層建筑全生命周期的價值正等待著我們?nèi)ゲ粩嚅_發(fā)。