“輕型化”設(shè)計策略在既有建筑改造中的應(yīng)用研究

文／黃雨祺 重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院 碩士研究生

宗德新 重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院 副教授（通訊作者）

蔣瀚超 四川省建筑設(shè)計院

引言

2020 年“十四五規(guī)劃”明確提出實施城市更新行動，即以“增量擴(kuò)張與存量優(yōu)化并重”的發(fā)展新形勢。目前，我國已經(jīng)歷三個改造階段（圖1）：單項改造時期，以危房修繕、抗震加固、保溫節(jié)能等某一項性能提出改造政策，主要包括《關(guān)于抗震加固的幾項規(guī)定》《城市危險房屋管理規(guī)定》等。第二階段在此基礎(chǔ)上開始強(qiáng)調(diào)綠色改造，提升建筑整體性能，落實全國范圍內(nèi)的建筑低碳與生態(tài)化整改，于2012 年頒發(fā)了《“十二五”綠色建筑科技發(fā)展專項規(guī)劃》（國科發(fā)計〔2012〕692 號）等文件。第三階段至今，建筑改造走向綜合指標(biāo)提升，保留城市特色風(fēng)貌、提高建筑水平，在《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》（2016）中指出有序建設(shè)、適度開發(fā)、高效運(yùn)行的建設(shè)目標(biāo)[1]。由此可見，當(dāng)代既有建筑群體改造設(shè)計主要聚焦于安全性、綠色性及綜合性的提升。

圖1 改造階段（圖片來源：作者自繪）

目前，許多國內(nèi)沿海發(fā)達(dá)城市開始提出“二次或多次改造”的更新訴求，引發(fā)了功能設(shè)計“時效性”（Timeliness）的思考。為了平衡“舊現(xiàn)狀”與“新需求”的因素，不同的開發(fā)方式、建造模式條件下，舊建筑需要進(jìn)行專業(yè)的結(jié)構(gòu)鑒定、適修性評估等流程與新規(guī)范核對改進(jìn)等重要環(huán)節(jié)?；诩夹g(shù)使用和空間限制的考量，突出的改造矛盾顯現(xiàn)為：第一，在承重體系中，改擴(kuò)建部分需要應(yīng)對由于既有建筑結(jié)構(gòu)的老化，引發(fā)的改造限制、結(jié)構(gòu)保護(hù)和原地基保護(hù)性接觸問題；第二，在圍護(hù)體系中，伴隨著舊城形象轉(zhuǎn)型，對于文脈保護(hù)、新舊關(guān)系、立面與空間更新的設(shè)計探析等問題，以及在滿足基本功能置換的條件下，拓展空間潛力，回應(yīng)社會高速發(fā)展引發(fā)的多次改造問題；第三，在建造體系中，出現(xiàn)改建效率低、對原住民影響大等時間、效益問題和建筑垃圾產(chǎn)生、建筑資源循環(huán)利用率低等環(huán)境問題。

輕型化改造是在新時代建設(shè)背景與輕型技術(shù)思潮影響下應(yīng)運(yùn)而生的一種改造策略。由于自身的建材特性對于原結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較低負(fù)荷影響，以及快速建造模式綜合作用的成效高，因此對于建筑改造有較大的應(yīng)用前景。

1“輕型化”設(shè)計的研究概況

輕型化設(shè)計最早誕生于游牧?xí)r期，人們?yōu)榱藢づ襁M(jìn)行長距離運(yùn)輸，由此發(fā)現(xiàn)了減輕結(jié)構(gòu)的重要性[2]。以英國物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clark Maxwell）和A·G·米歇爾（A·G·Michell）對建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)輕型優(yōu)化研究為起點，到美國建筑師巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）首次將廉價、輕質(zhì)的工業(yè)部品用于建筑改造設(shè)計中，后有德國建筑師弗雷·奧托與日本建筑師坂茂專注于輕型材料、輕型結(jié)構(gòu)及構(gòu)造的研究，迄今已經(jīng)發(fā)展到伊東豐雄對“銀色小屋”住宅改造等兼顧結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐思考與空間的開放性表達(dá)等。國外對于輕型設(shè)計的研究也從基本的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，升級為對原有功能空間和建筑形式的改良，從單一的物理學(xué)視野發(fā)展到建筑設(shè)計的范疇，主體趨勢呈現(xiàn)更加注重全方面、多層級的綜合性。結(jié)合建筑和城市歷史學(xué)家柯林羅在描述拼貼城市與透明性（Transparency）中所述，輕透創(chuàng)造了疊合，將現(xiàn)代視覺傳達(dá)的“透明性”解釋為一種“形式互相滲透而同時又不會破壞彼此”的狀態(tài)[3]。

國內(nèi)建筑師華黎在所著《建筑之輕》中談到，建筑所謂“輕”可以源自材料、結(jié)構(gòu)、建造、空間等多個系統(tǒng)，亦可以聯(lián)系到人文、社科等交叉系統(tǒng)中，分別從形式、建造、圖像、環(huán)境四個方面解析了“輕”之于建筑的價值。朱競翔研發(fā)的輕量建筑系統(tǒng)則提出內(nèi)部合理的結(jié)構(gòu)原則統(tǒng)領(lǐng)著這些輕型材料個體，使它能對抗那些試圖威脅、破壞它的自然力，以形成復(fù)雜的系統(tǒng)、實現(xiàn)高級的功能[4]。近年的建筑展中，更是出現(xiàn)了一批以輕型材料、輕型結(jié)構(gòu)改造建筑的實例，且已有學(xué)者認(rèn)為輕型化設(shè)計是回應(yīng)當(dāng)今既有建筑改造矛盾的有效途徑之一。

2“輕型化”改造策略

為了明確“輕型化”設(shè)計在既有建筑改造中的應(yīng)用策略，下文將結(jié)合具體案例進(jìn)行探討，針對現(xiàn)存問題，逐一分析輕型化設(shè)計在建筑改造中的實踐要素。

2.1 承重體系輕型化設(shè)計

2.1.1 選用輕質(zhì)量構(gòu)件材料

結(jié)構(gòu)材料輕型化之于既有建筑改造效益突出，直接關(guān)聯(lián)整體設(shè)計的保護(hù)性。奧托認(rèn)為，對于建筑最輕形式的探尋過程也是一個對于材料本質(zhì)的探尋過程[7]。“材料之輕”更重要是表達(dá)“精確”和“極致”，輕型化設(shè)計以使用輕鋼、膜、木材、紙等輕質(zhì)且再利用率較高的材料為主。根據(jù)不同受損程度，材料可以通過懸挑、懸掛、充氣展開、牽引拉結(jié)等方式自由輕巧地生長在原空間的多個部位。日本建筑師坂茂的詩人圖書館改造，首次嘗試將紙作為工業(yè)材料用于建筑改造中，選用直徑10cm、厚度1.25cm 的紙管分段建造，通過紙管配合獨(dú)特的構(gòu)造做法介入主體中，同樣展現(xiàn)出了穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.1.2 優(yōu)化易加工構(gòu)件截面

由于大部分輕型材料易于加工，可以靈活地掌控材料構(gòu)件的截面、形狀等重要因素。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)截面形式，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。方管、矩管、圓管、H 型鋼、空間網(wǎng)架單元等形狀各異構(gòu)件的截面形式，都各司其職有著特殊的性能優(yōu)勢。其整體發(fā)展也呈現(xiàn)出去重從輕的趨勢，經(jīng)過特殊處理的空心桿件在發(fā)揮應(yīng)有效力時，其表現(xiàn)甚至高于一般的實心構(gòu)件。

2.2 圍護(hù)體系輕型化設(shè)計

2.2.1 采用輕型材料定義空間

在改造設(shè)計中，使用對象多樣的社群關(guān)系與功能需求，可視作對功能可變性的訴求。這種訴求引導(dǎo)設(shè)計者在一定面積的空間內(nèi)，盡可能地預(yù)判使用條件和場景，就可利用非承重的輕型材料劃分和變更空間狀態(tài)。

北京PAGEONE 辦公室與藝文展場的改造理念正是基于“輕”與“彈性”的態(tài)度。由胡同老宅到旅舍，如今又改為小劇場，歷經(jīng)多次修改，初次改造的損壞給二次更新增加了難度。建筑師對入口空間進(jìn)行輕型化處理，在舊鋼梁下置入多層板和歐松板，結(jié)合鋼部品組成彈性的十字型輕質(zhì)活動墻，通過推移重新定義入口空間內(nèi)容，從而適應(yīng)辦公、會議、藝術(shù)展覽等多功能的空間形態(tài)。

用于評估被試參加團(tuán)輔的主觀感受，共包括4個開放式題目，分別是參加團(tuán)輔后情緒變化、對團(tuán)輔內(nèi)容的評價、對自我的認(rèn)識、對本次團(tuán)輔的建議.在團(tuán)輔結(jié)束時進(jìn)行集體施測，當(dāng)場回收.

2.2.2 兼顧功能的多義性設(shè)計

圍護(hù)體系的多義性以及與內(nèi)裝的一體化程度也是輕型化設(shè)計的改造策略之一。譬如當(dāng)置入新體量于原建筑內(nèi)部時，可利用原建筑圍護(hù)系統(tǒng)，實現(xiàn)對新空間的保溫、隔熱等性能需求。抑或，門窗、墻體均是圍護(hù)體系改造的重要部件，承擔(dān)了圍合空間、保溫隔熱、裝飾、儲存收納等多層級用途。四川牛背山志愿者之家將一側(cè)石墻拆除，改為鋼網(wǎng)架和玻璃編制成的多個輕型標(biāo)準(zhǔn)化界面，不僅可以分隔空間、減少自重，還能作為家具收儲木柴等。

2.2.3 建立半開放的滲透界面

輕型圍護(hù)材料在立面改造中，可以削弱原建筑體量感、增強(qiáng)新舊的滲透表現(xiàn)力與空間層級等?？陀^物質(zhì)上，建筑師Riley 與Terence 在《Light Construction》中談及“輕”與“透”的形態(tài)趨勢，以及對于工業(yè)生產(chǎn)前提的重要性[8]。主觀感知上，意大利文學(xué)家卡爾維諾（Italo Calvino）認(rèn)為“輕透”作為一種價值取向、審美標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)在含義是“對沉重現(xiàn)實的減負(fù)”[9]。這種風(fēng)格形式也呈現(xiàn)出一種時代對空間審美的轉(zhuǎn)型，使得原本失去主流外觀的舊建筑重獲新生。具體手法可考慮適當(dāng)提升界面透明度，比如加入格柵、玻璃、網(wǎng)格等，形成文脈之間的滲透關(guān)系（圖2）。在烏鎮(zhèn)北柵糧倉擴(kuò)建中，利用金屬網(wǎng)格與既有建筑形成半戶外空間（圖3），通過空隙處理提高了視線與新舊信息之間的聯(lián)系，同時產(chǎn)生了微妙的光影層次。

圖2 新舊滲透示意圖（圖片來源：作者自繪）

圖3 烏鎮(zhèn)北柵糧倉（圖片來源：作者自攝）

2.3 建造體系輕型化設(shè)計

2.3.1 改建部分減少與原結(jié)構(gòu)接觸

改造施工通常受原建筑的極大制約，改建部分的動土處理極易對原結(jié)構(gòu)造成消極影響，容易在梅雨季節(jié)引發(fā)毛細(xì)吸水、室內(nèi)返潮等問題。輕型化設(shè)計采用局部界面上添加點式基礎(chǔ)的“輕接觸”做法，一方面材料自重較輕能有效減少結(jié)構(gòu)破壞；另一方面能有效減少施工量與改建周期，并提高風(fēng)貌改建的“可逆性”。此處描述的輕接觸指地基與地表關(guān)系的脫開，不做填埋，其常規(guī)做法有：使用木樁、混凝土/鋼墊片等材料。

2.3.2 簡化構(gòu)造做法

原建筑結(jié)構(gòu)由于老化導(dǎo)致穩(wěn)定性減弱時，常輔以輕型構(gòu)造加固，使其恢復(fù)原結(jié)構(gòu)發(fā)揮應(yīng)有效力。鋼結(jié)構(gòu)為例，做法有：外加預(yù)應(yīng)力加固、外包型鋼加固、外粘鋼板加固等。相較傳統(tǒng)的支模、拌制、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)的做法，輕型構(gòu)造做法常采用焊接、螺栓錨固、榫卯、綁扎、拉結(jié)等形式可以更便捷地完成改建過程。

2.3.3 裝配式建造

輕型化材料與生俱來的高裝配特征，不僅在節(jié)能綠色表現(xiàn)上具有重要優(yōu)勢，而且相比傳統(tǒng)改造有著更加安全的結(jié)構(gòu)特性。輕型化獨(dú)特的建造邏輯和材料性能均展現(xiàn)出可持續(xù)的設(shè)計理念，可有效減少不必要的構(gòu)件、加快改建速度，輕型化材料也能提升部件運(yùn)輸高效性。再改造的失效回收后，通過簡單的運(yùn)輸，又能投入其他地區(qū)繼續(xù)使用。

結(jié)語

輕型化設(shè)計從承重、圍護(hù)和建造三種體系的不同層面擴(kuò)展了既有建筑的改造維度。在承重體系中，作為擴(kuò)建或加固構(gòu)件構(gòu)造時，面對已經(jīng)老舊受損的結(jié)構(gòu)，輕型材料能有效減輕介入部分的荷載，自由地附屬于各個部位。

在圍護(hù)體系中，輕型化設(shè)計作為半介入的交互空間，對舊場所進(jìn)行平行重塑。此外，功能的靈活性、多義性策略，減輕了整體復(fù)合需求下的改造負(fù)擔(dān)。因此，對于建筑改造不僅要著眼于此時，還應(yīng)剖析社會趨勢對未來的人群訴求做出預(yù)判和系統(tǒng)性的規(guī)劃。

在建造體系中，由于其天然的裝配式建造特性，還能在“搬遷后”繼續(xù)服務(wù)新區(qū)域，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了高效、綠色且環(huán)境友好的改造策略，也意味著，建筑師更應(yīng)培養(yǎng)從改建探勘、項目策劃、規(guī)范設(shè)計、施工建造及后期維護(hù)等多階段、多方位的全局掌控能力。

總的來說，輕型化設(shè)計較好地適應(yīng)了改造實踐中的社會需求與技術(shù)問題。伴隨社會的更快發(fā)展，存量優(yōu)化設(shè)計必定面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，期待更多的輕型化改造實踐在我國得到深入發(fā)展。