高密度城市中心區既有高層建筑更新設計策略初探

■ 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。據不完全統計，上海市內廢置高層建筑最多時曾達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既有高層建筑更新設計策略，恢復其原有的活力，對創造生態宜居環境具有積極的意義。

基于社會發展需求和專業內容更新，同濟大學研究生團隊參與了和世界高層建筑與都市人居學會（CTBUH）共同發起的“市民摩天樓·重塑高層建筑城市性”專題設計。本文基于本次專題設計的理論思考及優秀成果作品分析，結合其他一些實際案例，對既有高層建筑更新的新趨勢、應有的價值取向和設計策略進行了一些探索。

1 優秀成果介紹

同濟大學建筑與城市規劃學院和世界高層建筑與都市人居學會（CTBUH）共同發起的研究生專題聯合設計每學年定期舉行，以激發學生對高層建筑設計創新的熱情，每年的設計作品中都可以看到當下高層建筑設計的前沿熱點和具有創新性的設計思考。2019 年“市民摩天樓·重塑高層建筑城市性”專題設計，要求學生從對上海的城市背景及高密度城市中心區內的基地研究來進入概念設計階段。每組學生選取一個主題詞，提煉設計概念關鍵詞，進而應用概念草案來回應既有高層建筑所處區域的氣候、社會、文化等情況，并不斷對方案進行深化，包括既有高層建筑的空間體系優化、結構加固、能耗模擬、立面構造節點設計等方面。以下簡要介紹其中優秀作品的思考與設計成果。

1.1 設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的上海圖書館為既有空間載體，從“綠色節能”和“垂直綠化”的關鍵詞出發，探討新時代背景下既有高層建筑更新改造的發展趨勢。結合關鍵詞的共同點，方案將綠色生態樹的概念引入更新設計中，以樹的各部器官對應高層建筑的不同部位，對建筑進行新的定義與改造，形成整個建筑完整的綠色生態體系，并提倡圖書館空間的市民化，將市民與閱讀相聯系，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置的節能溫室。

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的提高，使得單一的辦公或住宅功能不再符合當今社會的需求。傳統的圖書館偏向內向封閉，書庫占據了大量的空間。該方案結合當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結合（圖3）。

1.1.3 提升生態節能效率

方案將生態節能理念融入到既有高層建筑的更新設計中，以達到節約能源、減少碳排放量、經濟高效地改造建筑綜合環境的目標。通過對既有高層建筑結構形式的分析，為了不影響空間利用效率，對塔樓中央進行垂直中庭的設置，起到拔風作用。在中央拔風的基礎上對塔樓的各個方向設置水平的通風空間。選擇在塔樓的東南以及西南兩個方向設置水平通風的邊庭空間，以達到更進一步的節能（圖4）。

該作品從多角度探討了高密度城市中心區既有高層建筑的更新設計該如何開展，但方案作為研究性設計在諸多方面還存在較為理想化的一面，難以形成能夠指導設計實踐的成果。既有高層建筑的更新設計有其自身的特點，在綠色可持續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展的必然趨勢。因此，也引發了筆者對如何找到適用的更新策略，實現這些既有高層建筑全生命周期價值的一些思考。

圖1 設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 結合空間改造進行自然通風效果模擬圖

2 高密度環境下既有高層建筑更新的價值取向

面對城市高密度發展的種種壓力，高層建筑的更新實踐中顯現出一些新的趨勢，以尋求長久立足于城市高密度中心區之路。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去關注。

2.1 既有高層建筑更新的新趨勢

（1）尋求垂直高度的進一步增加。建成于1997 年的33 層藍十字大廈，位于芝加哥城市中心，2006 年決定在現有已運營的建筑基礎上垂直拓展，增加24 層樓，以滿足城市發展和公司日益擴張的需求。

圖5 1970—2017 年間多功能高層建筑從6%增加至19%

（2）復合功能以提升空間效能。依據CTBUH 的數據對比，早期的高層建筑標準層幾乎全部用作辦公功能。近年來，城市中心區域高層建筑內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系，建立起高層建筑內部立體化的步行系統，以接入城市各個基面的交通網絡。

（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境空間的優化。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，為遠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 適應城市發展下社會需求的轉變

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的提高，使得單一的辦公或住宅功能不再符合當今社會的需求，高層建筑的功能結構面臨著更新和調整。以往，辦公型建筑很難改變它的用途，但是現在，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、健康的生活環境顯得尤為重要。早期建成的高層建筑由于材料與技術的限制（如層高沒有預留足夠的設備安裝高度），室內裝飾、物理性能的老化等造成室內空間的不舒適性，急需通過更新以獲得市場的接受與認可[2]。

2.2.2 滿足規范更新的要求

技術的進步與發展，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劃條例或標準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。

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

2.3 追求可持續發展的綠色價值

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、室內保暖與通風等各項設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，是可持續發展對當代高層建筑更新提出的要求。其次，可持續發展還關注既有高層建筑與周邊建成環境的協調與共生關系。對場地生態環境的改善，街區氛圍的重塑成為了更新中適應時代發展需求的社會價值趨向[3]。

3 既有高層建筑的更新設計應對策略

本次研究性設計通過對大量既有高層建筑案例進行調研與分析，總結了不同設計方法的實際應用和更新效果，為國內既有高層建筑的建設實踐提供區別于低層、多層建筑，針對性強、可操作性佳的策略參考與借鑒。

3.1 轉換室內功能組合

建筑功能組合進行轉換大致可分為兩類：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。用途轉換過程中，通過設置獨立的上下水系統，提高墻體和樓面的隔音性能、拆除吊頂提升層高，增設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合型功能的轉變，往往通過標準層平面布局的優化和豎向不同功能分布的特點，或是裙房服務功能的轉變從而達到整座高層建筑的空間品質提升和功能的高效利用。巴黎TourFirst 電視大樓的更新項目中，對原先全部用作辦公功能的運營模式進行了優化，標準層其中一層作為休息用的空間，一層擴建為視聽演示空間，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展樓面水平面積、加建主樓垂直生長的方式來為室內功能組合的優化提供空間彈性（圖8）。同時，結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、恰當的流線規劃，以完成室內空間品質的改善。

3.2 嵌入富有活力的室內公共空間

圖7 改造后的青山Lattice 大樓

圖8 為功能組合優化提供空間彈性的應對策略示意圖

圖9 為嵌入室內公共空間提供空間彈性的應對策略示意圖

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雜的環境和社會功能。然而對于早期功能平面重復疊加的一類高層建筑，卻往往嚴重缺乏可供人交往、可營造舒適工作生活環境的公共空間。在一些更新項目中，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行優化，來提升既有高層建筑空間的品質。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的極大提升。新的中庭空間作為迎賓大廳，在為大樓創造共享空間的同時，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境

當既有高層建筑與城市環境發生沖突，對近地層面城市空間產生不良影響時，可以通過室外廣場的設立、城市天際線塑造、建筑形態的調整來完成城市外部公共空間的重塑。例如，布魯塞爾中環廣場的更新項目，該項目原23 層塔樓毗鄰歷史悠久的中世紀市政廳，通過在大廈前創造真正的入口廣場區域，與周圍多層建筑連接，營造與城市環境一體化的空間形態。

在室外空間的營造中，外部自然景觀環境的優化同樣能夠提高高層建筑近地層面的公共開放性和街區活力，使高層建筑更好地與城市環境融為一體。在2000 年赤坂SACAS 的更新工程中，為了使大樓融入綠化環境優美的歷史街區，設計團隊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，已成為眾人關注的新生賞櫻勝地。此外，這里還具備劇場和現場音樂廳等娛樂設施。1800m2的多功能“SACAS廣場”也成為TBS 錄制節目的現場（圖11）。

3.4 挖掘核心筒潛力提高垂直交通效率

垂直交通系統是高層建筑區別于其它建筑類型的特點之一。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的更新是由于大樓用戶的變更而引發的，最復雜的情況莫過于高層建筑內部功能的改變。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，需要更復雜的措施對垂直交通系統進行完全更新，且這項更新很可能會對建筑平面布局產生影響。通常可以通過應用一井雙梯技術、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行提升（圖12）。

3.5 改良設備系統和運用適宜的被動式節能技術

在許多已經運營超過25 年的既有高層建筑中，其設備需要進行更新升級以使其達到應有的性能。在更新過程中，通過對暖通系統、電氣系統、智能計量設備、機械系統的升級和控制系統的重新調試，使整個建筑達到更節能的評估標準。例如，建成于1976 年悉尼GeorgeSt388 大廈（圖13），2006 年，通過大規模的包括外立面與室內設備的更新工程，將基建系統整體的溫室氣體C02排放量從141kg 減少至87kg，并獲得了澳大利亞綠色建筑協會頒布的“5 星”綠色節能建筑稱號[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對策略示意圖

圖13 改造后的悉尼George St 388 大廈

被動式節能技術相比于主動式節能技術，由于采用非機械設備的干預手段來實現建筑能耗的降低，大大減少了更新和日常維護的費用和人員成本。在既有高層的更新中，通常被動式節能技術有以下幾個方向：①利用節能玻璃幕墻、雙層幕墻等外維護結構的保溫和隔熱處理，為建筑節能和室內環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，促進自然采光和通風，以減少建筑能耗，增加建筑能效；③增設太陽能光伏板、種植立面屋頂垂直綠化，通過引入生態表皮的概念，在不同季節對溫度的調節實現建筑能耗的降低，并營造健康舒適的工作生活環境（圖14）。

圖14 降低建筑能耗的被動式急速技術應對策略示意圖

4 結語

在可持續發展成為社會共識的今天，城市更新正成為我國城市可持續發展的重要導向，在城市建設從增量發展向存量更新的轉型進程中，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中的趨勢，高層建筑全生命周期的價值正等待著我們去不斷開發。