校園既有建筑綠色適應(yīng)性改造研究

■ 金科偉 JIN Kewei 王 薇 WANG Wei

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的綜合實(shí)力得到很大提升，經(jīng)濟(jì)、科技等多個(gè)方面的整體水平已經(jīng)達(dá)到世界前列。但是鑒于我國(guó)人口眾多、資源匱乏、城市膨脹發(fā)展的基本國(guó)情，建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式調(diào)整顯得尤為重要。據(jù)英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，2010 年，我國(guó)向新建筑項(xiàng)目的投入首次超越美國(guó)，成為全球頭號(hào)建筑大國(guó)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，由于建設(shè)量的劇增，在我國(guó)能源消耗占比額度中，建筑產(chǎn)業(yè)的占比額度值近乎50%。隨著大量資源低效利用，環(huán)境污染問(wèn)題日漸加劇。建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略的制定和實(shí)施，已經(jīng)納入到政府的日常事務(wù)中，新的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更是在2014年出臺(tái)，為我國(guó)綠建事業(yè)的發(fā)展制定了新目標(biāo)，提倡建筑產(chǎn)業(yè)向低能耗、低碳、綠色、生態(tài)等方向發(fā)展[1]。既有建筑改造實(shí)踐作為當(dāng)下較為有效的可持續(xù)性建設(shè)活動(dòng)，越來(lái)越為人們所重視。

此次研究所選擇的改造案例是位于安徽建筑大學(xué)北校區(qū)，緊鄰學(xué)校圖書(shū)館的科研樓。相對(duì)于其他既有教育建筑而言，它更容易接觸到，也非常具有當(dāng)下多問(wèn)題既有建筑的代表特征。因此，本文選擇將它作為改造案例，從建筑使用性能和生態(tài)性能入手，進(jìn)行如下的分析和改造。

1 項(xiàng)目概況及現(xiàn)狀問(wèn)題

1.1 概況

在整個(gè)安徽建筑大學(xué)北校區(qū)，科研樓建設(shè)時(shí)間相對(duì)較早，結(jié)構(gòu)形式也以磚混結(jié)構(gòu)為主。該建筑現(xiàn)位于學(xué)校教學(xué)C樓和圖書(shū)館旁的草地之間，背面緊鄰校園的主干道，東側(cè)與風(fēng)雨操場(chǎng)之間隔著一個(gè)矩形小廣場(chǎng)，西面為圖書(shū)館前廣場(chǎng)，與周邊的建筑間距適宜。長(zhǎng)方形建筑形體平行于校園主要規(guī)劃道路設(shè)置，主朝向?yàn)槲髂戏较颍▓D1）。

圖1 項(xiàng)目所在校園總圖

圖2 建筑實(shí)景圖

圖3 相關(guān)現(xiàn)狀問(wèn)題的手繪及實(shí)景圖

建筑分為三層，為單面外走廊（南側(cè)走廊）的空間布局，整體形態(tài)為長(zhǎng)方體，建筑立面開(kāi)窗簡(jiǎn)潔，元素單一。建筑內(nèi)部功能房間主要為建筑、規(guī)劃和景觀研究所。交通系統(tǒng)除每層走廊外，就是作為垂直交通核的中央樓梯，設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)潔（圖2）。

1.2 現(xiàn)狀問(wèn)題

從調(diào)研獲取的照片資料、建設(shè)概況和實(shí)地使用情況分析（圖3），該既有建筑現(xiàn)狀問(wèn)題較多，且呈現(xiàn)的各個(gè)部分又基本上相互關(guān)聯(lián)。例如，前廣場(chǎng)空間的設(shè)計(jì)大小在一定程度上也影響著建筑采光通風(fēng)的情況；建筑造型設(shè)計(jì)也會(huì)直接影響到建筑室內(nèi)空間的品質(zhì)等。現(xiàn)狀問(wèn)題之間相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象在其他既有建筑中也時(shí)有出現(xiàn)，因此，對(duì)于既有建筑的改造而言，單純地從一個(gè)方面入手很難取得較為有效地成果。

針對(duì)科研樓現(xiàn)狀和使用要求，將所有的可改造因素分為待優(yōu)化和急需優(yōu)化問(wèn)題兩部分。其中待優(yōu)化問(wèn)題主要體現(xiàn)在建筑造型、公共空間兩個(gè)方面（表1）。

而急需優(yōu)化問(wèn)題主要體現(xiàn)在平面功能、交通系統(tǒng)、綠化環(huán)境、排水系統(tǒng)、采光通風(fēng)、保溫空調(diào)等諸多方面（表2）。

2 改造原則

通過(guò)整合上述的現(xiàn)狀問(wèn)題，依據(jù)生態(tài)性和適用性這兩個(gè)基本設(shè)計(jì)目標(biāo)，方案從整體到局部，分層次而又彼此照應(yīng)地對(duì)該教育建筑進(jìn)行優(yōu)化改造。

結(jié)合建筑的使用現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)承載程度，該次既有教育建筑改造的設(shè)計(jì)原則為：歷史性原則、生態(tài)性原則、人性化原則、安全性原則和多樣性原則。方案秉承資源節(jié)約和充分利用的指導(dǎo)思想，盡量保證原有建筑的功能性質(zhì)和基本形態(tài)不變，擴(kuò)建部分的立面設(shè)計(jì)效仿原有的表皮肌理，實(shí)現(xiàn)教育建筑生命的延續(xù)與升華。同時(shí)，方案在設(shè)計(jì)、建造和施工中，堅(jiān)持節(jié)約資源，利用可持續(xù)資源，適當(dāng)降低建造費(fèi)用，使改造成果達(dá)到適應(yīng)我國(guó)國(guó)情、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、符合大眾化而易于推廣的要求[2]。另外，在完善使用功能之余，改造方案更注重于細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，豐富室內(nèi)外公共空間。

表1 待優(yōu)化問(wèn)題一覽表

表2 急需優(yōu)化問(wèn)題一覽表

3 改造措施

整個(gè)改造設(shè)計(jì)按照從整體到細(xì)節(jié)的順序進(jìn)行，設(shè)計(jì)層次與現(xiàn)狀問(wèn)題和改造措施對(duì)應(yīng)明確，有機(jī)結(jié)合。首先，從總平面布局出發(fā)，完善外部附屬空間設(shè)計(jì)，豐富建筑形體，完成整體改造，適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展對(duì)教育空間的要求；其次，通過(guò)對(duì)內(nèi)部平面的調(diào)整，使內(nèi)部空間更具靈活性和實(shí)用性；最后，對(duì)建筑物細(xì)部的附屬設(shè)施和結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充強(qiáng)化，改善建筑的隔熱保溫、采光通風(fēng)、排水空調(diào)等使用功能，調(diào)整建筑立面和內(nèi)部空間的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，提高師生的使用感受和視覺(jué)感受。

3.1 整體改造

建筑的整體改造從“總平面—造型—平面”三個(gè)角度進(jìn)行。

圖4 改造總平面圖

3.1.1 總平面——提高校園建筑的用地利用率

科研樓的整個(gè)建筑體量相對(duì)較小，長(zhǎng)條形的分布形態(tài)限制了建筑內(nèi)部功能和空間的多樣性。方案將建筑南面的大面積綠植納入到改造規(guī)劃的范圍，在這片區(qū)域加建了部分建筑，在保證建筑間距的基礎(chǔ)上完善了原有建筑的功能，使建筑的使用效率和舒適度進(jìn)一步提升（圖4）。

在增建設(shè)計(jì)體塊后，以架空的連廊將兩個(gè)部分緊密地聯(lián)系在一起，形成一定面積的入口灰空間，豐富建筑外空間的感受。同時(shí)，考慮到圖書(shū)館體塊因素的影響，在加建部分插入了扭轉(zhuǎn)的和諧體塊，以此呼應(yīng)周邊建筑環(huán)境的既有界面，同時(shí)也活化了建筑造型的視覺(jué)感受（圖5）。

除此之外，方案還考慮了對(duì)建筑南面阻擋陽(yáng)光的高大長(zhǎng)青類綠植的調(diào)整。將原有的近距離大型綠植移植到校園其他區(qū)域，在該區(qū)域進(jìn)行改造加建。加建部分既保證了原有建筑較好的采光和通風(fēng)，又改變了大片高密度綠化區(qū)域的景觀形態(tài)，進(jìn)一步優(yōu)化通風(fēng)效率，充分利用了教育用地資源。

3.1.2 造型——提升校園建筑的視覺(jué)形象

圖5 總平面設(shè)計(jì)分析圖

結(jié)合總平面的改造設(shè)計(jì)，建筑形體也進(jìn)行了相應(yīng)的增補(bǔ)，加建部分參照原有建筑也設(shè)計(jì)成三層。中間的連廊底層架空，完成兩個(gè)體塊的串聯(lián)，同時(shí)形成的底層流動(dòng)空間和緩沖空間，提高了整個(gè)建筑的實(shí)用性，為師生提供了更多可供停留和活動(dòng)的公共灰空間，激活了更大范圍的校園空間環(huán)境。新加建部分也是長(zhǎng)方體形態(tài)，延續(xù)既有建筑的風(fēng)格，但長(zhǎng)度略短于原建筑，很好地滿足了建筑物的通風(fēng)和采光。為避免形體單調(diào)，在該體塊中插入了一個(gè)扭轉(zhuǎn)體塊，為建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)大型使用空間提供了可能，同時(shí)建筑外界面與圖書(shū)館相呼應(yīng)（圖6）。

建筑主體立面材質(zhì)、窗戶等設(shè)計(jì)元素依然延續(xù)原有建筑的形式，但是增加了部分虛實(shí)對(duì)比的現(xiàn)代設(shè)計(jì)手法。斜向交叉的體塊則使用了淡灰調(diào)的淺藍(lán)作為主要表皮色彩，與整體造型形成視覺(jué)對(duì)比，同時(shí)映襯了相鄰圖書(shū)館的立面元素。

3.1.3 平面——優(yōu)化校園建筑的功能配置

因?yàn)樵薪ㄖ幕竟δ苌伲臻g面積有限，且整體結(jié)構(gòu)性能不突出，所以原有部分的平面布局幾乎沒(méi)有做任何改變，平面功能的變化主要體現(xiàn)在加建部分。新建部分通過(guò)連廊與原建筑貫通，兩者之間設(shè)置分隔縫以滿足國(guó)家規(guī)范和使用需求。連廊除了形成灰空間和聯(lián)系兩建筑體塊的功能外，還解決了原有建筑無(wú)雨棚的問(wèn)題。在連廊的下面，拓寬了部分硬化地面，形成入口廣場(chǎng)，原有的一步入口臺(tái)階也改為坡道形式，提高了使用舒適度。加建部分承載的功能房間包括衛(wèi)生間、閱讀與展覽等大尺度共享空間、管理辦公室等，主要用作B號(hào)科研樓的輔助性空間（圖7）。

圖6 改造形體圖

圖7 改造平面圖

3.2 細(xì)部改造——彰顯校園建筑的人文關(guān)懷

整體建筑改造設(shè)計(jì)基本完成，然而還有部分附屬組織和細(xì)節(jié)需要調(diào)整處理。

3.2.1 空調(diào)系統(tǒng)

原有建筑的空調(diào)系統(tǒng)較為傳統(tǒng)，設(shè)計(jì)外觀、節(jié)能效率和使用效率均存在較大問(wèn)題。鑒于既有建筑的層高較高，且使用較為頻繁，因此，改造設(shè)計(jì)時(shí)，積極引入中央空調(diào)系統(tǒng)，提高整棟建筑空調(diào)系統(tǒng)的性能，同時(shí)美化建筑外觀。

3.2.2 排水系統(tǒng)

正如開(kāi)篇分析的那樣，排水問(wèn)題集中體現(xiàn)在建筑的雨水管裝置。僅僅幾根孤立的雨水管從屋頂懸下，在下雨時(shí)管內(nèi)大量雨水直接涌到人行地面上，影響正常使用。改造方案將建筑背面的集水排水設(shè)施復(fù)制到前面，合理組織雨水排放，同時(shí)形成小范圍水域空間，利于調(diào)節(jié)和改善建筑外部空間環(huán)境（圖 8）。

3.2.3 室內(nèi)綠植

原有建筑內(nèi)部空間單調(diào)，面積相對(duì)較小，沒(méi)有富足的公共空間，導(dǎo)致了整個(gè)室內(nèi)環(huán)境綠色植物的缺失。在改造之后，整個(gè)建筑的使用功能和面積增加，公共空間相應(yīng)增多，綠色植物可陳設(shè)點(diǎn)也將更多。綠植的增設(shè)對(duì)提高室內(nèi)負(fù)離子濃度，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量有較大幫助，更利于調(diào)節(jié)該環(huán)境下工作和學(xué)習(xí)的師生情緒。

3.2.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

原有建筑的整體外墻均采用較早的結(jié)構(gòu)體系，保溫隔熱性能較弱，但由于墻體條件和施工技術(shù)等問(wèn)題，改造性價(jià)比并不高。對(duì)于建筑外墻，方案主張僅在受西曬影響較大的西墻面邊緣種植可攀爬類藤蔓植物，在墻面表層形成綠植隔熱層，減少室內(nèi)空調(diào)能耗。建筑的屋頂結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)陋，傳統(tǒng)樓板為承重結(jié)構(gòu)，上面簡(jiǎn)單鋪設(shè)結(jié)合層、防水層等結(jié)構(gòu)層次。

圖8 排水節(jié)點(diǎn)圖

改造時(shí)考慮到負(fù)重能力和經(jīng)濟(jì)效益，沒(méi)有選擇覆土或蓄水種植屋面，而是采用雙隔熱層節(jié)能屋頂來(lái)升級(jí)屋頂?shù)谋馗魺狍w系（圖9）。這種改造方法使得屋頂隔熱效果比傳統(tǒng)屋頂效果更為顯著，且防水效果更好。從經(jīng)濟(jì)效益上看，比傳統(tǒng)屋頂建造和使用更節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、省時(shí)、省工[3]。

3.2.5 窗戶——升級(jí)教育建筑的采光結(jié)構(gòu)

建筑的保溫隔熱體系除了墻體部分，還包括門(mén)窗結(jié)構(gòu)等。在國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能激勵(lì)政策的推動(dòng)下，建筑節(jié)能材料從傳統(tǒng)的建材系統(tǒng)衍生出來(lái)，越來(lái)越多的新型節(jié)能材料涌入市場(chǎng)，更增加了節(jié)能改造的靈活性和高效性。該項(xiàng)目窗戶均采用傳統(tǒng)的普通單層玻璃，改造方案選取高透低輻射玻璃這一新型節(jié)能材料作為替代品。高透低輻射玻璃作為鍍膜玻璃的一種，具有傳熱系數(shù)低和反射紅外線的特點(diǎn)，它既能反射部分太陽(yáng)能輻射，也能降低

室內(nèi)外熱輻射能量的傳遞[4]。應(yīng)用這種新型材料的窗戶，不僅能夠改善建筑的隔熱保溫體系，也進(jìn)一步提高了建筑隔聲性能。

3.2.6 樓梯扶手——提升教育建筑的交通安全性能

既有建筑的垂直交通通過(guò)中央樓梯來(lái)解決，疏散功

能基本滿足，但是樓梯的扶手卻存在一定問(wèn)題。經(jīng)測(cè)量，扶手凈高度大致為600mm，距國(guó)家規(guī)范要求相差甚大。對(duì)于扶手的改造策略是提高凈高度，通過(guò)增設(shè)300mm的圍欄，使得其凈高滿足規(guī)范和使用要求，減少不必要

的且源自于設(shè)計(jì)的校園危險(xiǎn)發(fā)生（圖 10）。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展背景下，既有建筑的改造實(shí)踐越來(lái)越為人們所關(guān)注和推崇，同時(shí)也滿足當(dāng)下國(guó)家關(guān)于綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，發(fā)展價(jià)值較大。在此次選擇的改造項(xiàng)目中，原有科研樓中并沒(méi)有被植入太多的設(shè)計(jì)手法，避免了與整個(gè)校園的建筑環(huán)境產(chǎn)生矛盾。在滿足與周邊環(huán)境基本元素相互協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，對(duì)既有建筑的現(xiàn)存問(wèn)題也進(jìn)行了剖析、解讀和改造優(yōu)化。首先，不同于社會(huì)上多數(shù)的公共建筑，校園建筑本身在功能設(shè)計(jì)和建設(shè)背景上具有一定的特殊性，而相應(yīng)的改造策略也需要很好地切合項(xiàng)目現(xiàn)狀，因地制宜因時(shí)制宜。其次，在具體的改造措施中，將新型的綠色材料和技術(shù)充分應(yīng)用，最終達(dá)到了節(jié)約資源、改善細(xì)節(jié)與優(yōu)化空間的三大目標(biāo)。校園既有建筑的特殊性，決定了它在改造設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于經(jīng)濟(jì)性和適用性的追求，結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)狀和綠色技術(shù)的改造策略具有深遠(yuǎn)的研究?jī)r(jià)值。

圖9 屋頂改造示意圖

圖10 樓梯改造示意圖