北京中醫(yī)藥大學(xué)和平街校區(qū)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院樓綠色加固改造設(shè)計(jì)

張傳新 李季

中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司

北京中醫(yī)藥大學(xué)和平街校區(qū)位于北京三環(huán)東北角，主體規(guī)劃建設(shè)于1957～1960年間，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院樓位于校園主入口（南校門）正北，原為河北師院理化樓，后作為北京中醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院樓使用?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)院樓從地理位置、校園形象、學(xué)科建設(shè)上來看，是和平街校區(qū)最重要的建筑，名副其實(shí)的校園主樓（后文以主樓代稱基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院樓）。

1 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教學(xué)樓改造設(shè)計(jì)程序

改造項(xiàng)目與新建項(xiàng)目不同，需要在已有條件下分析現(xiàn)存問題，再根據(jù)改造的原則和目標(biāo)提出改造方案（圖1）。主樓現(xiàn)今存在的問題一方面是年久失修帶來的結(jié)構(gòu)隱患和消防隱患，另一方面是作為主樓的形象沒有得到突顯。本次改造試圖從綠色建筑的視角解決這兩方面的問題，并提出平安校園、綠色校園的改造原則。

2 平安校園

2.1 砌體建筑板墻加固：消除結(jié)構(gòu)安全隱患

主樓為磚混結(jié)構(gòu)，在1976年唐山大地震之后曾進(jìn)行過一次結(jié)構(gòu)加固，主要在外立面增加圈梁和構(gòu)造柱進(jìn)行加固，并在1～5層的橫墻和縱墻方向都增加了部分鋼拉桿（圖2）。主樓于2008年使用年限達(dá)到50年，根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行法規(guī)需進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性鑒定，結(jié)構(gòu)鑒定報(bào)告結(jié)論為：綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求，應(yīng)對(duì)房屋采取加固或其他相應(yīng)措施。由于經(jīng)費(fèi)有限，校方一直未能進(jìn)行加固改造。2018年，在國(guó)家弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化、復(fù)興中醫(yī)等特色學(xué)科的大背景下，學(xué)校得以申請(qǐng)教育部改善辦學(xué)條件專項(xiàng)資金，啟動(dòng)了本項(xiàng)目的加固改造工程工作。

根據(jù)結(jié)構(gòu)安全性鑒定報(bào)告和《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ 116—2009），選擇進(jìn)行現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻加固（圖3）。主要包括：1）對(duì)墻體進(jìn)行混凝土板墻加固；2）新增墻洞及原有洞口的改造；3）外墻外側(cè)圈梁已無法繼續(xù)使用，替換原有圈梁構(gòu)造柱，同時(shí)沿橫墻方向設(shè)置鋼拉桿增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性；4）在原空心磚組合板底沿混凝土肋粘貼碳纖維。由于原有外墻為普通粘土磚，本著節(jié)材的設(shè)計(jì)原則，保持原有墻體不變，在其兩側(cè)進(jìn)行鋼筋混凝土板墻加固，并增加外墻保溫設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)施設(shè)備更新：消除歷史遺留消防隱患問題

由于消防規(guī)范的變化，既有機(jī)電系統(tǒng)也需進(jìn)行改造，主要包括消火栓系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)。此外，主體建筑在改造過程中會(huì)帶來原機(jī)電系統(tǒng)的破壞，因而也需對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行更換。

改造拆除了原有采暖系統(tǒng)，更新后樓內(nèi)供暖系統(tǒng)采用垂直單管跨越式系統(tǒng)，供水干管設(shè)置于頂層頂板下，回水干管設(shè)置于一層頂板下。每組散熱器均設(shè)置低阻力三通恒溫控制閥。本項(xiàng)目外墻k=0.4W/（m2·K），外窗k=1.80W/（m2·K），屋面k=0.35W/（m2·K），滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/687—2015）的要求。

1 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教學(xué)樓改造設(shè)計(jì)程序

2 圈梁及構(gòu)造柱

3 混凝土板墻加固墻身大樣

4 設(shè)計(jì)方案夜景

5 設(shè)計(jì)方案日景

6 主樓現(xiàn)狀

7 主樓施工中

8 大臺(tái)階

9 主樓與南門的關(guān)系

消火栓系統(tǒng)采用臨時(shí)高壓制，由消防水池—消火栓泵—高位消防水箱聯(lián)合供水。平時(shí)由高位水箱（與自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)共用）保證火災(zāi)初期滅火用水；火災(zāi)時(shí)，由消防水池吸水供水。

3 綠色校園

由于本項(xiàng)目改造后作為多層學(xué)生宿舍使用，機(jī)電系統(tǒng)需求較為簡(jiǎn)單，無需采用常規(guī)的綠建星級(jí)措施，且項(xiàng)目預(yù)算十分緊張，也并不支持在新建筑材料、高大上機(jī)電系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)施路徑上進(jìn)行嘗試。所以在團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的討論和思考后，最終選擇了適用于本項(xiàng)目的綠色改造手段：1）外觀修舊如舊，時(shí)光重現(xiàn)；2）有節(jié)制的設(shè)計(jì)，滿足節(jié)能要求和使用需求即可；3）考慮未來的二次改造。

3.1 修舊如舊，時(shí)光重現(xiàn)

3.1.1 歷史風(fēng)貌重現(xiàn)，立面風(fēng)貌提升

校園主樓原來采用青灰色粘土磚，因此改造設(shè)計(jì)方案采用青灰色陶土劈離磚飾面修舊如舊，重點(diǎn)部位（如門頭、建筑轉(zhuǎn)角、一層外墻面等）用青灰色石材進(jìn)行裝飾，突出表現(xiàn)建筑古樸、富有年代感的學(xué)院派風(fēng)格（圖4，5）。

主樓現(xiàn)有立面破舊老化情況較為嚴(yán)重，加上立面上的構(gòu)造柱和圈梁影響了主樓的形象（圖6）。外立面改造尊重原始創(chuàng)作，保留主要砌筑結(jié)構(gòu)，主要旨在恢復(fù)歷史外觀，并做有限度、有節(jié)制的風(fēng)貌提升，使老校友們一進(jìn)入校園，就能想起往日的親切時(shí)光。本樓建設(shè)于1958年，像當(dāng)時(shí)大部分北京官方建筑一樣，以仿蘇式建筑為主，門廳正對(duì)一分二的大臺(tái)階樓梯、水磨石地面、水磨石壓頂?shù)姆鍪?、小方格木窗，這些經(jīng)典的元素在校園電影、歷史紀(jì)錄片中，一次又一次重現(xiàn)。本次改造盡可能保留和提升室內(nèi)品質(zhì)，保留大臺(tái)階樓梯的空間，同時(shí)考慮到現(xiàn)代工藝現(xiàn)狀，對(duì)水磨石扶手進(jìn)行保留，其他元素則用類似的現(xiàn)代材料進(jìn)行更新替換，以保留對(duì)原有空間的記憶感和熟悉感（圖7，8）。除此之外，改造也充分考慮了主樓的地理位置，將室外環(huán)境設(shè)計(jì)的范圍延伸至南校門，以此營(yíng)造空間的序列感（圖9）。

立面上除了青色陶土劈離磚和青灰色石材，其他設(shè)計(jì)元素還有空調(diào)格柵?，F(xiàn)狀中空調(diào)散落在立面上顯得雜亂無章，很大程度上影響了立面效果，所以在立面設(shè)計(jì)時(shí)將空調(diào)室外機(jī)位也作為一個(gè)重要設(shè)計(jì)元素進(jìn)行考慮（圖10，11）。以鋼龍骨為支撐，3mm不銹鋼穿孔板為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。這種做法輕盈玲瓏，不僅不會(huì)影響立面效果，還能作為主要設(shè)計(jì)元素來提升立面效果。

3.1.2 有節(jié)制的設(shè)計(jì)，滿足節(jié)能要求和使用需求

根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019），節(jié)材及材料資源利用作為綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，其中提到通過優(yōu)化設(shè)計(jì)減少材料的使用以及采用可再利用材料和可再循環(huán)材料[1]。

本次改造秉承節(jié)材的原則，保留原有磚墻。由于現(xiàn)有的圈梁和構(gòu)造柱已無法繼續(xù)使用，因此設(shè)置新的圈梁，并在兩側(cè)添加鋼筋混凝土板墻進(jìn)行加固，再利用外保溫保證外立面的完整和良好的外立面效果。同時(shí)沿用了原有建筑的窗墻體系，由于原有窗戶面積較大，能夠較好地滿足日照環(huán)境及采光通風(fēng)的要求，而日照環(huán)境和采光通風(fēng)會(huì)直接影響學(xué)生和教職員工的身心健康和居住生活質(zhì)量[2]，所以在改造設(shè)計(jì)中對(duì)開啟扇也有重點(diǎn)考量，開啟扇的面積與居室面積比滿足5%的面積要求（圖12）。

現(xiàn)有的建筑外墻沒有設(shè)置保溫，無法滿足現(xiàn)行《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50176—2016）的要求，會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生及教職工使用的舒適度。所以在此次改造中，選擇了外墻外保溫的做法，同時(shí)也設(shè)計(jì)了屋頂保溫來降低建筑能耗。外保溫的保溫隔熱效果好，能基本杜絕熱橋，特別是對(duì)于外立面需要改造的既有建筑，外墻節(jié)能改造宜以外保溫為主。節(jié)能改造的另一方面體現(xiàn)在門窗上，將原有的金屬窗戶換成了鋁合金斷熱窗（6+12A+6Low-E）。

平面上，盡可能保留原有的空間形態(tài)，用最小的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)平面功能的需求，同時(shí)充分考慮后期二次改造可能的代價(jià)，提出相應(yīng)的對(duì)策。

3.2 考慮未來二次改造

校園主樓經(jīng)改造后將作為學(xué)生宿舍使用，主要為解決北京中醫(yī)藥大學(xué)臨床學(xué)生迫在眉睫的居住問題，同時(shí)根據(jù)學(xué)校的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，本樓是一系列房齡超過50年的老建筑改造加固工程的開始，很多其他老建筑此后將陸續(xù)展開改造工作。未來隨著學(xué)校辦學(xué)條件的逐步改善和學(xué)科發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施，可能在8～10年后會(huì)恢復(fù)原主樓的功能，重新改造為和平街校區(qū)行政樓或中醫(yī)歷史展覽館。為了減小二次改造的難度和避免浪費(fèi)，本次改造加裝了兩部電梯，以適應(yīng)無障礙需求和未來不確定的使用需求。內(nèi)部隔墻全部采用雙層石膏板隔墻，以降低未來內(nèi)部空間二次修改時(shí)拆除破壞和修補(bǔ)的難度。通過提前的設(shè)計(jì)考慮使得建筑可以不斷適應(yīng)變化的需求，從而達(dá)到延長(zhǎng)建筑壽命的目的（圖13～15）。這是從宏觀方面預(yù)留二次改造的彈性度，也是影響最大的一個(gè)方面。除此之外還有為設(shè)備管道留有空間，以及在微觀層面上對(duì)材料的變形設(shè)計(jì)提前考量。

10 空調(diào)機(jī)位模型

11 空調(diào)機(jī)位參考

12 開啟扇較多的立面

13 改造后作為辦公功能平面圖

14 改造后作為住宿功能平面圖

15 七人套間模型

16 改造后效果圖

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。既有建筑綠色化改造設(shè)計(jì)就是指通過對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地以及室內(nèi)環(huán)境改善和室外資源優(yōu)化整合等方面的綜合性改造，使既有建筑具備綠色品質(zhì)，達(dá)到綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)過程[3]。而綠色化改造設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)與周邊環(huán)境相融合，充分利用場(chǎng)地周邊的自然條件，保留和利用地形、地貌、植被與自然水系，做到保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境。同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)并選擇適用的綠色建筑技術(shù)、材料和產(chǎn)品，合理利用并考慮資源的配置，為學(xué)生提供舒適的室內(nèi)物理環(huán)境，減少使用過程中的能耗。在節(jié)約能源的同時(shí)充分利用可再生能源，如風(fēng)能、太陽能等[4]。

本次主樓加固改造項(xiàng)目盡可能利用建筑設(shè)計(jì)本身來達(dá)到節(jié)約資源的目的，特別是在節(jié)地和節(jié)材方面，比如保留原有磚墻的做法達(dá)到了節(jié)材的目的；保留原有的窗墻體系，使用最小的代價(jià)獲得很好的采光通風(fēng)，達(dá)到建筑自身被動(dòng)式節(jié)能的效果。在保護(hù)環(huán)境方面，此次改造項(xiàng)目在最大程度上降低對(duì)周邊場(chǎng)地的影響，保留周邊樹木，并強(qiáng)調(diào)主樓到南門的景觀設(shè)計(jì)，使主樓與周邊環(huán)境相融合（圖16）。