新科學(xué)觀下的舊建筑改造設(shè)計(jì)分析

劉明依 劉斯穎

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué),江蘇 徐州 221116)

新科學(xué)觀下的舊建筑改造設(shè)計(jì)分析

劉明依 劉斯穎

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué),江蘇 徐州 221116)

通過(guò)研究新科學(xué)背景下衍生的理論方法與技術(shù)分析對(duì)于舊建筑改造設(shè)計(jì)方法和思想的影響，以此來(lái)優(yōu)化舊建筑改造的復(fù)雜設(shè)計(jì)過(guò)程，客觀的探索了科學(xué)技術(shù)手段在設(shè)計(jì)過(guò)程中所起的作用，從而使舊建筑改造設(shè)計(jì)工作的方向性更加明確，使設(shè)計(jì)方法更加完善、合理和有效。

新科學(xué)，舊建筑改造，數(shù)字技術(shù)，設(shè)計(jì)方法

1 新科學(xué)觀影響下的數(shù)字技術(shù)的崛起

新科學(xué)可以解釋為20世紀(jì)以來(lái)的非械論的整體性自然科學(xué)。諸如基礎(chǔ)性學(xué)科的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)及復(fù)雜性科學(xué)、混沌理論、涌現(xiàn)理論等等，這些學(xué)科大多影響著當(dāng)代建筑的轉(zhuǎn)變并推動(dòng)其設(shè)計(jì)方法發(fā)生變革，與90年代末期迅速發(fā)展的電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)，協(xié)同推進(jìn)建筑學(xué)邁入數(shù)字化時(shí)代。

從前期分析、設(shè)計(jì)建構(gòu)、設(shè)計(jì)表達(dá)到建造運(yùn)營(yíng)，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用貫穿設(shè)計(jì)的全程運(yùn)作：物理環(huán)境模擬分析、GIS系統(tǒng)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)，算法設(shè)計(jì)，數(shù)字圖解與虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)控建造，數(shù)字管理等新技術(shù)層出不窮[1]。

建筑學(xué)已經(jīng)掀起了這股數(shù)字化浪潮，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為建筑創(chuàng)作的主要手段。而舊建筑改造實(shí)踐不同于新建筑，其本身所具有的特殊性及其改造過(guò)程中的復(fù)雜性，使得舊建筑改造過(guò)程中的技術(shù)方法選擇及其應(yīng)用也具有了自身的特征。

2 新科學(xué)對(duì)舊建筑改造設(shè)計(jì)的影響

1)數(shù)學(xué)對(duì)舊建筑改造設(shè)計(jì)的啟示。

數(shù)學(xué)，作為新科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，在科學(xué)研究中的應(yīng)用最重要的方面是建構(gòu)數(shù)學(xué)模型?！翱茖W(xué)的數(shù)學(xué)化”已然成為當(dāng)今科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)之一，而舊建筑改造的過(guò)程，是科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)融合重構(gòu)的過(guò)程，其自身的特殊性與復(fù)雜性亟需數(shù)學(xué)方法和科學(xué)技術(shù)的引入。理性的數(shù)學(xué)思維促使我們正確運(yùn)用數(shù)學(xué)理論及方法去梳理、分析舊建筑復(fù)雜系統(tǒng)。數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用使改造過(guò)程更加系統(tǒng)化、科學(xué)化，更具嚴(yán)格性和精確性。也正因?yàn)閿?shù)學(xué)所獨(dú)有的理性思想，被各類學(xué)科所運(yùn)用。馬克思認(rèn)為：一門(mén)科學(xué)只有當(dāng)它能夠成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)的時(shí)候，才達(dá)到了完善的地步。舊建筑改造設(shè)計(jì)作為新建筑設(shè)計(jì)的一種特殊設(shè)計(jì)類型，其改造過(guò)程受到更多條件的限制，它是對(duì)已存在環(huán)境及形態(tài)的變更,其改造處理的問(wèn)題龐雜無(wú)序。在新科學(xué)發(fā)展的背景下，舊建筑改造在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法上存在的問(wèn)題日益嚴(yán)峻，諸如設(shè)計(jì)師僅憑直覺(jué)的方法、主觀的經(jīng)驗(yàn)、簡(jiǎn)單的計(jì)算，已經(jīng)不能很好地面對(duì)如此復(fù)雜的舊建筑系統(tǒng)工程。簡(jiǎn)而言之，舊建筑改造缺少數(shù)學(xué)理性思想的融入。基于舊建筑改造的特殊性及復(fù)雜性，更應(yīng)該引入數(shù)學(xué)方法，作為其改造過(guò)程中的科學(xué)支撐數(shù)據(jù)。數(shù)學(xué)所獨(dú)有的理性思想，改變了人們?cè)刑幚韱?wèn)題的方法，從定性方法轉(zhuǎn)為定量描述，從原有的主觀理解到客觀分析，使得數(shù)學(xué)理性的光輝得以延續(xù)?？茖W(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，迎合了當(dāng)代數(shù)學(xué)新的特點(diǎn)，由此而有了當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代的產(chǎn)生。

2)新科學(xué)與舊建筑改造設(shè)計(jì)之間的媒介——數(shù)字技術(shù)。

從技術(shù)層面上理解，建筑數(shù)字技術(shù)是在最新科學(xué)成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。新科學(xué)觀影響下的理念與數(shù)字技術(shù)，作為建筑變革過(guò)程中的催化劑，加快推進(jìn)建筑觀的進(jìn)程。新科學(xué)觀念和數(shù)字技術(shù)的結(jié)合將會(huì)為舊建筑改造提供新的設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)方式及方法?？傊驴茖W(xué)觀影響下的理念與數(shù)字技術(shù)的結(jié)合將更新舊建筑改造的設(shè)計(jì)、建造與管理。眾所周知，CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用被視為建筑工程領(lǐng)域的第一次變革，而B(niǎo)IM技術(shù)的出現(xiàn)也將引發(fā)建筑行業(yè)領(lǐng)域的第二次革命。隨著數(shù)字化時(shí)代的進(jìn)程，BIM技術(shù)的出現(xiàn)，改變了原有的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)理念。BIM是一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈的概念，對(duì)設(shè)施的物理和功能特性及其相關(guān)的項(xiàng)目生命周期信息進(jìn)行數(shù)字化形式的表現(xiàn)，從而為項(xiàng)目決策提供支持，有利于更好地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的價(jià)值。

3 基于數(shù)字化技術(shù)的舊建筑改造設(shè)計(jì)方法

1)數(shù)字化技術(shù)在改造前期測(cè)繪中的應(yīng)用。

新建筑設(shè)計(jì)前期的調(diào)研工作相對(duì)簡(jiǎn)單，可謂“平地起高樓”，簡(jiǎn)單的掌握?qǐng)龅氐幕厩闆r即可，諸如場(chǎng)地高差及面積、基礎(chǔ)設(shè)施狀況、法規(guī)限制等等。然而，相同的調(diào)研方法用于舊建筑改造上，是萬(wàn)萬(wàn)行不通的，基于其本身的特殊性及復(fù)雜性，設(shè)計(jì)者必須對(duì)原有建筑作更加深入的調(diào)研分析，如建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造狀況，美學(xué)特征、周圍環(huán)境特點(diǎn)，功能預(yù)測(cè)等內(nèi)容。然而由于舊建筑的建造年代久遠(yuǎn)，所獲得的原始設(shè)計(jì)圖紙深度較為粗糙不全，有的甚至沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙，只能依賴現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量獲取資料。前期測(cè)繪的難點(diǎn)是對(duì)于關(guān)鍵性的隱蔽工程如結(jié)構(gòu)體系、管線走向從表現(xiàn)上難以全面掌握，特別是內(nèi)在的裂縫、滲漏等隱蔽的缺陷容易被忽略。并且傳統(tǒng)的測(cè)繪方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易產(chǎn)生較大的誤差。在新科學(xué)背景下，將數(shù)字化技術(shù)介入舊建筑改造復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以使改造更加客觀化、科學(xué)化。為此，上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)建設(shè)工程有限公司利用BIM技術(shù)在思南路舊建筑改造項(xiàng)目中作了一個(gè)大膽的嘗試，創(chuàng)新總結(jié)了一套多維技術(shù)，此技術(shù)融合了多項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)，包含三維掃描技術(shù)、BIM技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云應(yīng)用等。貫穿舊建筑改造設(shè)計(jì)過(guò)程的始終，提高了改造設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)工期。首先，通過(guò)三維激光掃描把原來(lái)建筑的數(shù)據(jù)在電腦當(dāng)中儲(chǔ)存保留，并在改造過(guò)程當(dāng)中時(shí)刻拿其與設(shè)計(jì)進(jìn)行逆向?qū)Ρ?，與掃描圖像進(jìn)行比對(duì)推敲。通過(guò)三維掃描儀記錄歷史建筑三維信息，并借助逆向工程手段生成模型，比傳統(tǒng)測(cè)繪手段更加方便、快捷。此項(xiàng)目中多維技術(shù)的應(yīng)用，為古舊建筑改造提出了嶄新的思路和解決方案，實(shí)現(xiàn)了從前期測(cè)繪到后期展示的全數(shù)字化應(yīng)用，取得了積極的成果[2]。

2)數(shù)字化技術(shù)在建筑性能改造中的應(yīng)用。

當(dāng)前舊建筑改造設(shè)計(jì)方法缺乏科學(xué)性、系統(tǒng)的思想，沒(méi)有邏輯的反饋，其設(shè)計(jì)結(jié)果也難免出現(xiàn)種種失誤。諸如設(shè)計(jì)師僅憑主觀經(jīng)驗(yàn)或簡(jiǎn)單的計(jì)算無(wú)法準(zhǔn)確判斷建筑改造的性能與優(yōu)劣；如果在設(shè)計(jì)之初，就能夠充分利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)如通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬取得的科學(xué)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)構(gòu)思的依據(jù)，設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)，即可提高設(shè)計(jì)的客觀性和科學(xué)性。建筑性能的模擬可以借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行定量評(píng)估，例如照明環(huán)境分析、太陽(yáng)能輻射分析、熱環(huán)境分析、風(fēng)環(huán)境及能耗模擬分析等等，可以滿足日常建筑的基本功效。然而，由于舊建筑改造設(shè)計(jì)前，缺少合適的技術(shù)手段，一般的改造項(xiàng)目很難有時(shí)間和能力對(duì)日照、風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境等性能指標(biāo)進(jìn)行多方案闡明模擬，而B(niǎo)IM技術(shù)為建筑性能的闡明普及及應(yīng)用提供了可能?；贐IM技術(shù)的特性，建筑師在設(shè)計(jì)過(guò)程中創(chuàng)建的虛擬建筑模型已經(jīng)包含了大量的設(shè)計(jì)信息，只要將模型導(dǎo)入相關(guān)的性能化分析軟件，例如Ecotect，GBS(Green Building Studio)，VE(Virtual Environment)，就可以得到相應(yīng)的分析結(jié)果，通過(guò)BIM模型結(jié)合Ecotect軟件即可以進(jìn)行建筑方案熱性能、日照、天然光、經(jīng)濟(jì)性以及建筑對(duì)環(huán)境的影響等分析，可以將建筑性能定量化，從而幫助設(shè)計(jì)師在改造前期可以選擇更為高效、節(jié)能的方案。原本需要各專業(yè)人士花費(fèi)大量時(shí)間輸入性能模擬分析的過(guò)程，現(xiàn)如今可以自動(dòng)完成，縮短了性能化分析的周期，提高了設(shè)計(jì)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步必然為舊建筑改造設(shè)計(jì)帶來(lái)技術(shù)及工具上的更新，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法正在逐漸轉(zhuǎn)變，舊建筑改造設(shè)計(jì)方法迎來(lái)了技術(shù)變革，以數(shù)字技術(shù)為代表的當(dāng)代科技深刻影響著設(shè)計(jì)師們的思維方式和工作方法。

[1] 任 軍.當(dāng)代建筑的科學(xué)之維[M].南京：東南大學(xué)出版社，2009.

[2] 呂 芳.思南路舊房——多維技術(shù)在古建筑群改造中的應(yīng)用[J].工程質(zhì)量，2013,31(2)：26.

[3] 劉 爽.建筑信息系統(tǒng)(BIM)技術(shù)的應(yīng)用[J].建筑學(xué)報(bào),2008(2)：41.

Analysis on old buildings transformation and design under new science view

Liu Mingyi Liu Siying

(ChinaMiningandTechnologyUniversity,Xuzhou221116,China)

Through the research on the influence of theory method and technology analysis under new science background to old buildings transformation and design, to optimize the complex design process of old buildings transformation, objectively explored the role of technology ways in design process, so that the direction of old buildings transformation and design more clear, made the design method more perfect, reasonable and effective.

new science, old building renovation, digital technology, design method

2014-11-20

劉明依(1989- ),女，在讀碩士； 劉斯穎(1989- ),女，在讀碩士

1009-6825(2015)04-0003-02

TU746.3

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