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

改革開放以來，我國的綜合實力得到很大提升，經(jīng)濟、科技等多個方面的整體水平已經(jīng)達到世界前列。但是鑒于我國人口眾多、資源匱乏、城市膨脹發(fā)展的基本國情，建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式調(diào)整顯得尤為重要。據(jù)英國《金融時報》報道，2010 年，我國向新建筑項目的投入首次超越美國，成為全球頭號建筑大國。進入21世紀以來，由于建設(shè)量的劇增，在我國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)境污染問題日漸加劇。建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略的制定和實施，已經(jīng)納入到政府的日常事務(wù)中，新的綠色建筑評價標準更是在2014年出臺，為我國綠建事業(yè)的發(fā)展制定了新目標，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]。既有建筑改造實踐作為當下較為有效的可持續(xù)性建設(shè)活動，越來越為人們所重視。

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)校圖書館的科研樓。相對于其他既有教育建筑而言，它更容易接觸到，也非常具有當下多問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，進行如下的分析和改造。

1 項目概況及現(xiàn)狀問題

1.1 概況

在整個安徽建筑大學(xué)北校區(qū)，科研樓建設(shè)時間相對較早，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)雨操場之間隔著一個矩形小廣場，西面為圖書館前廣場，與周邊的建筑間距適宜。長方形建筑形體平行于校園主要規(guī)劃道路設(shè)置，主朝向為西南方向（圖1）。

圖1 項目所在校園總圖

圖2 建筑實景圖

圖3 相關(guān)現(xiàn)狀問題的手繪及實景圖

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)為長方體，建筑立面開窗簡潔，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)計較為簡潔（圖2）。

1.2 現(xiàn)狀問題

從調(diào)研獲取的照片資料、建設(shè)概況和實地使用情況分析（圖3），該既有建筑現(xiàn)狀問題較多，且呈現(xiàn)的各個部分又基本上相互關(guān)聯(lián)。例如，前廣場空間的設(shè)計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)計也會直接影響到建筑室內(nèi)空間的品質(zhì)等?，F(xiàn)狀問題之間相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象在其他既有建筑中也時有出現(xiàn)，因此，對于既有建筑的改造而言，單純地從一個方面入手很難取得較為有效地成果。

針對科研樓現(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)化問題兩部分。其中待優(yōu)化問題主要體現(xiàn)在建筑造型、公共空間兩個方面（表1）。

而急需優(yōu)化問題主要體現(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

通過整合上述的現(xiàn)狀問題，依據(jù)生態(tài)性和適用性這兩個基本設(shè)計目標，方案從整體到局部，分層次而又彼此照應(yīng)地對該教育建筑進行優(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，擴建部分的立面設(shè)計效仿原有的表皮肌理，實現(xiàn)教育建筑生命的延續(xù)與升華。同時，方案在設(shè)計、建造和施工中，堅持節(jié)約資源，利用可持續(xù)資源，適當降低建造費用，使改造成果達到適應(yīng)我國國情、經(jīng)濟實用、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節(jié)設(shè)計，豐富室內(nèi)外公共空間。

表1 待優(yōu)化問題一覽表

表2 急需優(yōu)化問題一覽表

3 改造措施

整個改造設(shè)計按照從整體到細節(jié)的順序進行，設(shè)計層次與現(xiàn)狀問題和改造措施對應(yīng)明確，有機結(jié)合。首先，從總平面布局出發(fā)，完善外部附屬空間設(shè)計，豐富建筑形體，完成整體改造，適應(yīng)新時代發(fā)展對教育空間的要求；其次，通過對內(nèi)部平面的調(diào)整，使內(nèi)部空間更具靈活性和實用性；最后，對建筑物細部的附屬設(shè)施和結(jié)構(gòu)進行補充強化，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)部空間的細節(jié)設(shè)計，提高師生的使用感受和視覺感受。

3.1 整體改造

建筑的整體改造從“總平面—造型—平面”三個角度進行。

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

科研樓的整個建筑體量相對較小，長條形的分布形態(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一步提升（圖4）。

在增建設(shè)計體塊后，以架空的連廊將兩個部分緊密地聯(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，考慮到圖書館體塊因素的影響，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，同時也活化了建筑造型的視覺感受（圖5）。

除此之外，方案還考慮了對建筑南面阻擋陽光的高大長青類綠植的調(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形象

圖5 總平面設(shè)計分析圖

結(jié)合總平面的改造設(shè)計，建筑形體也進行了相應(yīng)的增補，加建部分參照原有建筑也設(shè)計成三層。中間的連廊底層架空，完成兩個體塊的串聯(lián)，同時形成的底層流動空間和緩沖空間，提高了整個建筑的實用性，為師生提供了更多可供停留和活動的公共灰空間，激活了更大范圍的校園空間環(huán)境。新加建部分也是長方體形態(tài)，延續(xù)既有建筑的風(fēng)格，但長度略短于原建筑，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扭轉(zhuǎn)體塊，為建筑內(nèi)部設(shè)計大型使用空間提供了可能，同時建筑外界面與圖書館相呼應(yīng)（圖6）。

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

3.1.3 平面——優(yōu)化校園建筑的功能配置

因為原有建筑的基本功能少，空間面積有限，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。新建部分通過連廊與原建筑貫通，兩者之間設(shè)置分隔縫以滿足國家規(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雨棚的問題。在連廊的下面，拓寬了部分硬化地面，形成入口廣場，原有的一步入口臺階也改為坡道形式，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 細部改造——彰顯校園建筑的人文關(guān)懷

整體建筑改造設(shè)計基本完成，然而還有部分附屬組織和細節(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)計外觀、節(jié)能效率和使用效率均存在較大問題。鑒于既有建筑的層高較高，且使用較為頻繁，因此，改造設(shè)計時，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，同時美化建筑外觀。

3.2.2 排水系統(tǒng)

正如開篇分析的那樣，排水問題集中體現(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)，面積相對較小，沒有富足的公共空間，導(dǎo)致了整個室內(nèi)環(huán)境綠色植物的缺失。在改造之后，整個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)點也將更多。綠植的增設(shè)對提高室內(nèi)負離子濃度，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)等問題，改造性價比并不高。對于建筑外墻，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)也相對簡陋，傳統(tǒng)樓板為承重結(jié)構(gòu)，上面簡單鋪設(shè)結(jié)合層、防水層等結(jié)構(gòu)層次。

圖8 排水節(jié)點圖

改造時考慮到負重能力和經(jīng)濟效益，沒有選擇覆土或蓄水種植屋面，而是采用雙隔熱層節(jié)能屋頂來升級屋頂?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)濟效益上看，比傳統(tǒng)屋頂建造和使用更節(jié)能、經(jīng)濟、省時、省工[3]。

3.2.5 窗戶——升級教育建筑的采光結(jié)構(gòu)

建筑的保溫隔熱體系除了墻體部分，還包括門窗結(jié)構(gòu)等。在國家對建筑節(jié)能激勵政策的推動下，建筑節(jié)能材料從傳統(tǒng)的建材系統(tǒng)衍生出來，越來越多的新型節(jié)能材料涌入市場，更增加了節(jié)能改造的靈活性和高效性。該項目窗戶均采用傳統(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，它既能反射部分太陽能輻射，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中央樓梯來解決，疏散功

能基本滿足，但是樓梯的扶手卻存在一定問題。經(jīng)測量，扶手凈高度大致為600mm，距國家規(guī)范要求相差甚大。對于扶手的改造策略是提高凈高度，通過增設(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)計的校園危險發(fā)生（圖 10）。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代社會發(fā)展背景下，既有建筑的改造實踐越來越為人們所關(guān)注和推崇，同時也滿足當下國家關(guān)于綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，發(fā)展價值較大。在此次選擇的改造項目中，原有科研樓中并沒有被植入太多的設(shè)計手法，避免了與整個校園的建筑環(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，對既有建筑的現(xiàn)存問題也進行了剖析、解讀和改造優(yōu)化。首先，不同于社會上多數(shù)的公共建筑，校園建筑本身在功能設(shè)計和建設(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目現(xiàn)狀，因地制宜因時制宜。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，最終達到了節(jié)約資源、改善細節(jié)與優(yōu)化空間的三大目標。校園既有建筑的特殊性，決定了它在改造設(shè)計時對于經(jīng)濟性和適用性的追求，結(jié)合項目現(xiàn)狀和綠色技術(shù)的改造策略具有深遠的研究價值。

圖9 屋頂改造示意圖

圖10 樓梯改造示意圖