既有建筑改造施工技術的研究與應用

吳 躍

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

1 既有建筑的概念

從時間維度來說，通常建成3年以上的建筑都屬于既有建筑。其中，建成30年以上的具有一定歷史、科學價值的，能反映城市歷史風貌和地方特色的建（構）筑物視為歷史建筑。如今，既有建筑改造的工程越來越多，小到舒適性改建、大到整體修繕，每個改造過程都不是從無到有，每個項目都有其獨一無二的問題亟待解決。這決定了既有建筑改造的施工方法、工藝、工序也是相當復雜。

2 上海近代老建筑的歷史及現狀

上海近代建筑發展大致可以分為3個階段，第1個階段是上海開埠之日起至甲午戰爭的1895年，這一時期興建都是2層和3層建筑，磚石結構，形式采用歐洲古典式、文藝復興式。第2階段是從1895年到1919年，出現了鋼筋混凝土結構和5層以上的建筑，在形式上基本保持第1階段的形式，同時出現了一種向近代建筑形式過渡的折中式。第3階段是從20世紀20年代至30年代，歐美各國的近代建筑開始大量傳到中國，結構發展到鋼筋混凝土框架和鋼框架結構，新的近代形式取代了仿古典主義和折中式，出現了十幾層至二十幾層的高層建筑，19世紀末至20世紀20年代初，是上海迅速發展為近代城市的階段，尤其是上海外灘50多幢風格迥異的高層建筑群，就被人們稱為“萬國建筑博覽會”[1]。

3 改造的內容與技術應用

根據既有建筑改造施工要求，尤其是多層舊房的修繕工程、文物保護范圍的建筑整體改造工程，一般都會涉及加固、改造、修繕。適當采用新技術、新材料、新工藝，滿足使用功能調整的需求，也是對歷史風貌的保護與傳承[2]。本次既有建筑改造主要包括以下內容：對原坡屋面、平屋面的改造；對外立面的保護性修繕，如清水墻、水刷石、彩色石屑砂漿；對歷史物件的復原，如水磨石地面、木門、鋼窗。

3.1 外墻的修繕

3.1.1 清水磚墻

清水磚墻一般認為是在建筑外磚墻砌成后，只需要進行勾縫處理，無須任何外墻面裝飾，是很多上海近代老房的外部特征之一。如今常見的問題主要是泛堿、開裂、風化等。

根據以前在上海修繕項目的經驗，通過采用同種材料、相同工藝將殘損、破壞的地方修復，并維持“修舊如舊”的整體面貌。

3.1.2 水刷石

水刷石是通過在水泥中添加不同粒徑、不同成分、不同顏色的石子混合抹到墻面，在水泥固化之前用水沖洗，是一種曾經在上海被普遍使用的材料。

一般的修繕會對墻面所用材料、施工工藝特點進行調查，在采用中性清洗劑清洗外墻表面涂料和污垢后，進行裂縫、空鼓和損壞處的修補，而后采用憎水劑保護。修繕中，既要重視材料配比、施工工藝與傳統做法一致，也要注意新舊材料的區分，兼顧真實性與可識別性的平衡。

3.1.3 彩色石屑砂漿

彩色石屑砂漿是一種人造外墻裝飾材料，其特點在于外觀效果色彩多樣，經久耐用。施工工藝是把水泥、彩色石屑、水進行拌和，涂抹在建筑外墻體表面，待砂漿半凝固后用清水沖洗處理，使彩色石屑半露而形成裝飾面。

3.2 門窗的修繕

3.2.1 鋼窗

鋼窗修繕一般以原窗修理為主，其修繕方法較多。遇損壞嚴重的鋼窗，可采用對損壞嚴重的鋼窗拆拼的方法修復，也可嘗試采用新鋼材進行修補。另外，針對無法修復的鋼窗，通常在拆除后，將非主立面部位的鋼窗調換到主立面，對非主立面鋼窗無法修復的，拆除后按原有鋼窗樣式進行仿制，是目前常見的修繕方法之一。

3.2.2 木門

木門修繕倡導“真實性”和“不改變原狀”，應先對木門進行全面的查看，尤其注意是否有白蟻侵蝕。對保存較好的木門，按原樣進行修繕；對修復難度較大的木門，按照原樣式同材料定制、更換。

3.3 水磨石地坪的修繕

水磨石地面是一種以水泥為主要原材料的復合型地面材料，可隨意拼接，花色、顏色均可自定義配制，被廣泛地運用到各種建筑物中。水磨石地面在長時間使用后會出現一些通病，比如：污垢、局部破損等劣化問題。一般采取裂縫修補、機械磨光、補色處理、涂保護劑等技術措施進行修繕。

3.4 坡屋面的修繕

坡屋面的修繕主要內容是木屋架的修繕，并新做防水層、隔熱層。木屋架的損壞主要包括木柱柱根腐爛，柱身劈裂、折斷，檁條彎垂、腐朽，木構架傾斜、拔榫等情況。其原因主要是屋面荷載較大、保護不善等導致。

一般對于腐爛嚴重的梁、柱木頭，在進行更換時，采用與原始材料相同的材料，按與現場實際情況加工后進行安裝。木構件有開裂現象的，根據構件加固部位的不同特點，定制加工U形鐵箍進行加固。

4 實踐應用

4.1 徐匯中學崇思樓

4.1.1 項目概況

徐匯中學位于上海市徐匯區虹橋路68號，其前身為“徐匯公學”，1931年更名為徐匯中學。崇思樓是徐匯公學于1918年建成的，為4層磚木結構，東西向總長約66.14 m，南北向總長約25.14 m，總建筑面積約5 770 m2。該建筑外墻采用清水青、紅磚相間嵌砌而成，屋頂為木屋架坡屋頂“孟莎頂”。徐匯中學于1994年被列為上海市優秀歷史建筑，2004年被列為上海市徐匯區文物保護單位（圖1）。

圖1 徐匯中學崇思樓

4.1.2 孟莎頂的復原

本工藝主要是針對崇思樓木結構屋頂“孟莎頂”。

在20世紀 80 年代大修時，對孟莎頂進行了系統性的結構改造。本次施工根據歷史資料對孟莎頂進行復原施工，由于之前對木屋架的修繕時，多處增設了鋼屋架，多處木屋架的支撐被截斷，局部木屋架加設角鋼或木桿以降低屋面坡度等。這些措施改變了孟莎頂的結構特征，也影響了最終效果，是本次修繕的重點（圖2）。

圖2 孟莎頂木屋架復原

木屋架豎向柱有腐爛嚴重的現象，原有的榫頭與榫頭連接存在拔榫現象。故對腐爛構件采用同木種作為材料，原尺寸加工替換。針對梁柱節點拔榫現象，根據需要加固的構件形狀，采取重新制作榫頭構件或者專門加工U形鋼箍進行加固的方式（圖3、圖4）。

圖3 制作中的榫頭

圖4 新加工的U形鋼箍

木屋架構件有開裂現象，之前雖有加固但部分木支撐被截斷，破壞原有結構。故根據加固部位的形狀、尺寸，在屋架下加等長、等高的同木種木方，用專門加工的U形鋼箍進行加固。

孟莎頂整修期間應對原有瓦片進行妥善保護以作為復原使用。對破損和缺失的瓦塊，采用與原始瓦塊各方面要求均一致的舊瓦或按照舊工藝燒制的新瓦進行替換。

4.1.3 外立面清水墻的修繕

本工藝主要針對清水磚墻的破損、裂縫、風化、泛堿以及粉化。

上海有著炎熱的夏季，以氣溫高、濕度高、雨量大為特點，再加上多年風吹雨淋，磚墻表面有泛堿和生物附著現象，磚縫勾縫出現破損，部分外層磚體出現松動、開裂。修繕應嚴格按照原有的建筑特性、施工工藝進行。

為確保改造后的最終效果，采用內墻拆除后的舊磚，替換缺損、風化十分嚴重的外墻磚，砌筑時統一使用石灰砂漿作為黏結劑。針對風化嚴重的舊磚表層鑿除后，采用內墻拆除后的舊磚切割成一定厚度的磚片，用石灰作為黏結劑粘貼。

對于損壞輕微的磚塊、磚縫，在表面進行清水沖洗、打磨等方法后，采用KES增強劑進行強度增加。對于損壞嚴重的磚塊，采用磚粉等對缺損的磚進行修補，恢復其本來的顏色。根據以前在上海修繕項目的經驗，對墻面貫穿開裂處采用壓力灌漿后，使用碧林BP10修復磚粉對有裂縫的磚體進行修補后，用同品牌的勾縫材料進行勾縫處理，最后在面層刷涂保護劑（圖5、圖6）。

圖5 磚墻勾縫

圖6 磚墻修繕效果

4.2 上海市第三女子中學五四樓

4.2.1 項目概況

上海市第三女子中學位于上海市長寧區江蘇路155號，其五四樓建于1935年，建筑平面為倒“T”字形，4層鋼筋混凝土結構，外立面為彩色石屑砂漿飾面，雙坡硬山瓦屋頂，屋面開有中間3個、兩邊4個三坡老虎鋼窗。

進入現場勘察發現，現場歷史遺留部分破損較多，外立面彩色石屑砂漿已完全改變原貌，部分鋼窗已變形等，水磨石地面、木門有不同程度的破損，為了保證施工能如期竣工，針對修復方案進行了分類（修復、復制、保留）并在施工中同步實施。

4.2.2 水磨石地坪修繕

1～3層走廊地面為水磨石地面，保存較好，存在一定的裂縫和少量的破損（圖7），樓梯水磨石踏面陽角處有部分損壞情況，但現場所有裂縫均未空鼓，不影響正常使用。

圖7 水磨石地坪磨損

若進行逐條修補，則勢必因材質、修補方式等原因造成明顯色差。不予修補只是在美觀方面存在一定缺陷，更加能夠顯現建筑物本身的歷史沉淀。通過施工方案匯報、專家協商后，決定此類功能性建筑在不影響使用功能的情況下，不進行實體修復，僅對表面進行打磨、拋光等翻新處理，以下是我們采用的幾種主要修復技術。

1）裂縫修補、磨光。依據裂縫的自然走向，將調合好的水磨石原料進行嵌縫。確認所有裂縫都已經處理完畢且新嵌入的水磨石已經凝結牢固后，采用多種細度模數油石按工藝逐層打磨，著重在后期修補的裂縫處仔細打磨。

2）補色處理。對石材修復過的部位、新加的色差大的石材等，用天然無機顏料進行潤色，以達到自然的效果。地坪清理完畢且無灰塵后，均勻涂刷石材保護劑。

4.2.3 鋼窗的修復

鋼窗從建成之初保留至今，現場勘察發現存在開啟不順暢、變形、配件缺失、玻璃損毀等情況。考慮到本建筑的歷史特點，鋼窗應予以保留，并且保護建筑的屬性并不存在節能規范方面的限制，鋼窗采取現場矯正原樣保留的措施，主要措施如下：

工藝流程為：全數檢查→現場情況分類→窗框表面脫漆→表面除銹→鋼窗矯正→涂刷防銹漆→涂刷面漆→鋼窗矯正→潑水試驗。

1）對現場所有的窗框進行脫漆處理，去漆至材料表面露出鋼材，再檢查鋼窗銹蝕情況，對鋼窗表面出現銹蝕的，使用手動器具對表面進行除銹，將銹處處理至鋼材原顏色。

2）對于面漆涂完的鋼窗進行密閉檢查，如果出現無法正常閉合或者無法緊閉的現象，則應對鋼窗再次進行矯正處理；最后一道工序是對窗戶進行潑水試驗，若出現滲水的現象，則需要再次進行矯正處理，直至不出現滲水的現象。

3）本建筑外窗五金件大多為原物，修繕后確保原件、原位安裝，部分缺失的五金件按照相同部位原五金件進行仿制，并做好資料記錄。

4.2.4 外立面彩色石屑砂漿

五四樓外墻經過多次大修后，現狀外墻面是一層拉毛涂料，無法展現建筑原有的風貌。本次修繕是對老墻面進行逐層剝離后，恢復其彩色石屑砂漿飾面層。

工藝流程：鏟除原拉毛涂料→外墻結構維修→涂刷防水涂料→涂刷界面劑→嵌縫條安裝→粉刷彩色石屑砂漿→半凝后清除浮漿→終凝后起嵌縫條。

根據當時掌握的歷史資料，樣板制作時因沒有彩色石屑砂漿的配比資料，故無法準確確定各色石粒的拌制比例，根據經驗，我們配了幾組彩色石屑樣品（圖8）。

圖8 彩色石屑砂漿樣板

在小樣制作后與歷史照片進行了比對，選出了最接近的色彩，最終確認了圖8中序號為6的樣式，其中以礦渣水泥作為拌和料（石屑和水泥比例為1∶1.5），制作了多塊彩色石屑砂漿樣板。

4.2.5 木門修繕

由于使用年代較久的油漆剝落，故東西立面進門門扇腐蝕嚴重，加上后期墻體改造，部分門扇變形，此外，室內門經過多次上漆，與原貌不符（圖9～圖11）。

圖9 門扇變形

圖10 門扇腐蝕

室內木門修繕前應先進行全面檢查，詳細記錄木門的工藝特點。木門表面油漆大多在后期進行多次涂刷，需作脫漆出白，缺損、翹曲等必須修補處應按照原木質或相似木質修復補齊。

凡榫卯松動的，采用膠結修補，若發現損壞嚴重的，則可采用同質材料和相同工藝更換或接換構件，特別嚴重的按照原樣式重新定制予以更換。木門修繕后，采用同質油漆按傳統油漆工藝要求重新上漆。

4.3 四行倉庫

4.3.1 項目概況

四行倉庫（圖12）位于上海市靜安區光復路1號、21號，始建于1931—1935年，結構形式為無梁樓蓋體系，修繕后建筑層數為地上6層，建筑面積為25 550 m2。四行倉庫是1937年淞滬會戰中著名的“四行倉庫保衛戰”的發生地，1985年四行倉庫被列為抗日戰爭紀念地，1994年被列為第二批上海市優秀歷史建筑，2014年調整為上海市文物保護單位，目前是上海唯一的戰爭遺址類愛國主義教育基地。

圖12 四行倉庫

4.3.2 外立面清水墻的復原

四行倉庫中大陸銀行倉庫南北立面原本為清水磚墻面，經過歷年多次的維修，四行倉庫外墻被白色涂料覆蓋。外墻存在的污染主要有歷次修繕后留下的涂料、修補殘留物，空調水管造成的水漬，以及潮濕引起的泛堿現象等。

為恢復南北立面清水墻，原修復方案計劃是將原南北立面拆除后保存完整的磚塊進行清洗并按歷史原樣重新砌筑至大陸銀行南北立面1～2層外墻的清水磚墻中（圖13），2層以上外墻采用相同尺寸的青紅磚砌筑，后經現場勘探檢測后發現磚塊破損程度較大，修繕方案決定根據紅磚、青磚的尺寸在4家生產廠家供應商中進行比選，根據尺寸、質量最優原則最后確定生產廠家。

圖13 清水磚墻效果

4.4 長壽街道社區衛生服務中心

4.4.1 項目概況

本項目位于上海市普陀區長壽路170號，前身是上海國際和平婦幼保健院，房屋由門診樓、行政綜合樓及病房樓等數棟樓組成。

其中1#樓門診樓（圖14）為第二批普陀區不可移動文物，建造于1927年，距今逾90年。1#樓門診樓采用了疊梁式磚木混合結構，經歷多次改造和擴建，形成目前的磚木混合結構，結構狀況較為復雜。

圖14 1#樓門診樓

4.4.2 外立面水刷石的修繕

1#樓建筑外墻原本為水刷石墻面，現今多處墻面已出現起殼開裂、殘缺等現象。東、南立面的外墻水刷石在之前的多次維修中被涂料覆蓋，多處墻面產生了裂隙，出現水刷石面層起殼及窗臺、窗檐殘缺等情況。故在此情況下對東、南立面進行修繕，采用了以下技術措施。

1）外墻立面清洗施工。此方案是清除浮灰后，選用專門的脫漆膏在外墻水刷石的涂料面上涂刷，約2 h后對軟化的漆膜用涂料刮刀或扁鏟進行清除，最后用80～100 Pa的水壓沖刷殘留的漆膜及脫漆膏并清洗干凈墻面（圖15、圖16）。所有的清洗都先進行小范圍試驗，試驗選取外墻污染較嚴重且隱蔽部位進行，根據試樣確定清洗劑種類、稀釋比例等，并經專家、設計、業主確認后再進行大面積清洗。

2）外墻水刷石的修繕。此方案是在原外墻面用敲擊法查找空鼓部位后，墻面打眼并清除孔眼里的灰塵，在孔眼中插入注射管，深度約10mm，再用特殊膩子將注射管四周進行封護，向孔眼內先行注射KSE增強劑，隨后在同一孔眼低壓注射清漿進行封孔。24 h后拔除注射管，清除膩子和多余砂漿，針孔部位用調配的水刷石配方修補（圖17）。

圖15 涂刷專用脫漆膏

圖16 水槍沖洗

圖17 對空鼓間隙清水清洗

5 結語

歷史建筑是城市發展的見證，更是城市文明的沉淀，隨著時間的推移，具有保留價值的歷史建筑改建將逐漸增多，這類工程在施工工藝要求方面勢必具有一定的特殊性，沒有固定的標準可循。本文描述的4個實例并未涉及全部改造技術的研究與應用，對于既有建筑改造技術的研究也不僅僅局限于木結構、外墻、門窗、屋面等領域[3-5]。

既有建筑改造過程中會發現諸多細節問題需要進行研討，施工單位對建筑的理解、對修繕的理念會直接影響工程成敗。無論是何種的修繕工程，修繕期間所花費的時間和人力是無法與一般施工裝飾所相比的，正所謂慢工出細活，細節決定成敗，只有在施工中對細節部分仔細對待，才能修繕出一件精美的建筑作品。