里弄建筑綜合更新改造關(guān)鍵技術(shù)

WANG Weimao

0 引言

里弄建筑是上海近代歷史建筑的重要形式，海派文化的重要特征，是應(yīng)繼承和發(fā)展的城市文化遺產(chǎn)。但是，歷經(jīng)近百年的里弄建筑多數(shù)結(jié)構(gòu)老化、功能缺失、設(shè)備落后，已嚴(yán)重不適應(yīng)現(xiàn)代居住生活的需求。隨著上海持續(xù)探索里弄建筑的保護(hù)更新利用，相繼出現(xiàn)了商業(yè)開發(fā)新天地、漸進(jìn)開發(fā)田子坊、保護(hù)性修繕步高里模式。2017年，上海開始以城市有機(jī)更新的“留改拆”并舉全新理念推進(jìn)舊區(qū)改造工作，里弄建筑更新改造不斷地創(chuàng)新思路、模式和方法，出現(xiàn)了以春陽(yáng)里為代表的內(nèi)涵式綜合更新改造。由于本體特色的復(fù)雜性和改造內(nèi)容的多樣性，該類里弄綜合更新改造項(xiàng)目具有一定的特點(diǎn)、難點(diǎn)和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文將通過(guò)總結(jié)相關(guān)內(nèi)容，以期為“十四五”期間里弄建筑保護(hù)更新的新思路、新方向提供技術(shù)支撐和參考。

1 里弄建筑綜合更新改造模式的原則

里弄建筑繼承江南傳統(tǒng)民居，借鑒歐洲毗鄰式住宅，在發(fā)展過(guò)程中歷經(jīng)沉淀形成獨(dú)特地方海派特色，成為相當(dāng)時(shí)期內(nèi)上海住宅主要形式、典型的生活空間[1]。石庫(kù)門里弄、新式里弄、花園里弄和公寓里弄的各式里弄構(gòu)成了城市肌理最重要的建筑特色和風(fēng)貌特征，也是海派文化的重要組成部分[2]。保護(hù)城市文化遺產(chǎn)，就必須保護(hù)好、利用好里弄建筑。但是，里弄的過(guò)度使用、老化嚴(yán)重、設(shè)施設(shè)備不足、居住條件惡劣導(dǎo)致民生問(wèn)題突出、改造呼聲強(qiáng)烈，改善民生也就必須改造里弄建筑。隨著舊區(qū)改造和城市建設(shè)發(fā)展，以往“拆改留”的模式也在一定程度上導(dǎo)致了里弄數(shù)量的不斷減少和城市風(fēng)貌持續(xù)弱化（圖1）[3]。

圖1 上海里弄建筑存量變化情況

“十三五”后，上海確立了城市有機(jī)更新，以保護(hù)保留為主的“留改拆”全新思路。在保護(hù)和改造的雙重需求下，里弄建筑更新改造也從小修小補(bǔ)、大拆大建和“留房不留人”等發(fā)展出一種能夠傳承社會(huì)文化、完善基本功能、提升結(jié)構(gòu)性能、延續(xù)歷史風(fēng)貌、提升環(huán)境品質(zhì)的綜合更新改造模式，相繼出現(xiàn)了春陽(yáng)里、承興里、金城里、長(zhǎng)陽(yáng)路50弄等代表性項(xiàng)目（圖2）[4]。

綜合更新改造模式的主要原則為：

（1）解決民生問(wèn)題，完善基本功能。通過(guò)功能空間模塊重組或功能區(qū)再分配等優(yōu)化組合方式調(diào)整，形成獨(dú)立完善的廚衛(wèi)空間。

（2）以保留保護(hù)為主，傳承歷史風(fēng)貌。延續(xù)原生態(tài)原居民生活場(chǎng)景，原樣保留保護(hù)弄堂格局、外墻、石庫(kù)門等特征，修繕損壞、復(fù)原破壞。

（3）提高結(jié)構(gòu)性能，提升功能品質(zhì)。解決材料老化、超荷服役、規(guī)范“超限”等問(wèn)題，完善滿足現(xiàn)代生活功能需求。

2 技術(shù)難點(diǎn)分析

在上述三重要求下，里弄綜合改造模式下的實(shí)現(xiàn)途徑和技術(shù)路線可以總結(jié)為：①以“拆除-新建”的方式置換內(nèi)部的全部或局部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部功能空間布局調(diào)整優(yōu)化；②在改造過(guò)程中，自始至終原樣保留外墻、石庫(kù)門墻等外立面墻體，并進(jìn)行加固、實(shí)現(xiàn)風(fēng)貌保留，加固方式包括植入構(gòu)造措施構(gòu)件（圈梁或構(gòu)造柱）或改為組合磚砌體；③將內(nèi)部置換的新結(jié)構(gòu)和保留加固的老結(jié)構(gòu)建立連接，形成“新-老共同體”的結(jié)構(gòu)體系；④在結(jié)構(gòu)完成后，全面修繕恢復(fù)外立面、屋面和特色內(nèi)裝飾，實(shí)現(xiàn)特色部位保護(hù)；⑤適當(dāng)植入現(xiàn)代功能設(shè)備，增加保溫節(jié)能措施，滿足現(xiàn)代生活功能需求。

圖2 里弄建筑分類及代表性工程項(xiàng)目

在實(shí)施過(guò)程中，還存在以下技術(shù)難點(diǎn)與需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

2.1 結(jié)構(gòu)安全的保證

結(jié)構(gòu)安全包括施工過(guò)程的安全和永久結(jié)構(gòu)的可靠，需要解決以下問(wèn)題。

（1）“加固-拆除-新建”的結(jié)構(gòu)置換加固流程，包括整體和局部?jī)蓚€(gè)方面。其中，整體流程指施工段劃分與流水組織，局部流程是對(duì)分部分項(xiàng)工序安排。流程是由新-老構(gòu)件“碰撞”決定，卻又受到拆除后殘余結(jié)構(gòu)安全的制約，交錯(cuò)復(fù)雜。

（2）對(duì)保留墻體加固“微創(chuàng)”式植入水平構(gòu)件時(shí)，涉及到臨時(shí)施工托換，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）保留墻體施工過(guò)程的安全控制，無(wú)論流程如何設(shè)計(jì)，在特定工況下缺少了原來(lái)橫向中間約束和水平支撐，水平荷載作用下的穩(wěn)定性不容忽視。

（4）新-老結(jié)構(gòu)之間形成可靠連接后，才能形成整體結(jié)構(gòu)協(xié)同受力，“兩張皮”的情況不僅導(dǎo)致外墻依舊缺少側(cè)向支撐而存在安全隱患，還可能導(dǎo)致豎向結(jié)構(gòu)的承載力不足和水平構(gòu)件擱置支座滑移。

2.2 歷史風(fēng)貌的延續(xù)

盡管外墻等重要的特色建筑予以保留，但因多年使用老化損壞或歷經(jīng)改造面目全非；內(nèi)部天花線腳等特色部位也因內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造而不復(fù)存在。在缺乏技術(shù)資料的情況下，恢復(fù)外立面、石庫(kù)門等部位的原有特色風(fēng)貌，成為保留保護(hù)的難點(diǎn)，也是重點(diǎn)內(nèi)容。

2.3 更新改造的實(shí)現(xiàn)

由于保護(hù)與功能、結(jié)構(gòu)需求之間的矛盾性，導(dǎo)致了建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備之間的“碰撞”，加上里弄改造工程往往周邊環(huán)境復(fù)雜、施工條件苛刻，需要解決施工組織、安全防護(hù)、低影響施工和狹小場(chǎng)地施工等問(wèn)題。

3 關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題和難點(diǎn)，筆者總結(jié)歸納了里弄建筑綜合更新改造5個(gè)方面的14項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 保留外墻安全維持與加固技術(shù)

3.1.1 保留墻體安全分析

3.1.1.1 高厚比構(gòu)造分析

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50003—2011），對(duì)7段保留墻體的高厚比進(jìn)行驗(yàn)算（表1）。結(jié)果表明，拆除橫墻后，除石庫(kù)門墻均超過(guò)規(guī)范構(gòu)造要求。

3.1.1.2 保留墻體變形與受力分析

為進(jìn)一步分析保留墻體安全形狀和支撐措施，選取長(zhǎng)陽(yáng)路50弄工程建立Midas GEN模型進(jìn)行數(shù)值分析（圖3～7）。

表1 高厚比β 與規(guī)范允許高厚比［β］的比較情況

圖3 橫墻存在初始狀態(tài)

圖4 拆除橫墻自由狀態(tài)

圖5 基礎(chǔ)加固拆除橫墻狀態(tài)

圖6 有臨時(shí)支撐拆除橫墻狀態(tài)

圖7 有基礎(chǔ)加固臨時(shí)支撐狀態(tài)

（1）材料：按各向異性、砌體塑性。

（2）邊界條件：橫墻和山墻為外墻一般支承，地基土用基床系數(shù)模擬為彈性支承。

（3）荷載：自重和風(fēng)荷載，基本風(fēng)壓 按10年重現(xiàn)周期取0.40 kN/m2，按獨(dú)立墻壁取1.3。按外側(cè)來(lái)風(fēng)考慮計(jì)算5種典型狀態(tài)的外墻水平位移情況。

結(jié)果表明：①拆除橫墻后保留外墻變形特別明顯，達(dá)到初始狀態(tài)900倍；②采取腳手架鋼管支撐體系對(duì)墻體施工過(guò)程保護(hù)非常有效，在無(wú)/有基礎(chǔ)加固時(shí)，墻體最大變形減小至無(wú)支撐狀態(tài)的1.33%和2.62%；③考慮基礎(chǔ)加固后，外墻變形有所減小，在無(wú)/有臨時(shí)支撐情況下，最大變形減小至40%和80%。

3.1.2 保留墻體臨時(shí)支撐方案設(shè)計(jì)

根據(jù)分析結(jié)果，臨時(shí)支撐體系方案如下：

3.1.2.1 體系構(gòu)成

采用Ф48×3.5腳手架鋼管搭設(shè)，立桿步距1.8 m，縱距、橫距均按1.5 m，并按縱距節(jié)點(diǎn)設(shè)置60°拋撐。

3.1.2.2 支座與連接

立桿、拋撐底部設(shè)剛性支座，可埋置于墻體加固的抬墻梁、扁擔(dān)梁延長(zhǎng)段或另澆臥地梁。支撐與墻體內(nèi)外設(shè)置雙拼Ф48通長(zhǎng)橫桿、1點(diǎn)/ m2梅花對(duì)拉螺桿和山形卡固定。

3.1.2.3 附加措施

拆除內(nèi)部橫墻時(shí)，在縱橫墻交接處橫墻余1磚以上，形成局部壁柱效果。如有基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)，優(yōu)先考慮完成基礎(chǔ)加固施工。

3.1.3 保留墻體加固技術(shù)

3.1.3.1 基礎(chǔ)加固置換

主要為擴(kuò)大截面法、抬墻梁法、組合基礎(chǔ)法（筏板、錨桿靜壓樁）等形式（表2）。

3.1.3.2 上部墻體加固技術(shù)

一般有鋼筋網(wǎng)片+砂漿或混凝土形成組合磚砌體、植入圈梁（避潮層）或構(gòu)造柱構(gòu)件兩種方式。為解決水平構(gòu)件植入，形成掏拆墻洞、短柱支撐、分段置換的工法，以分段、間隔、間歇作業(yè)進(jìn)行置換（圖11）。隨掏拆洞口置入鋼板凳，確保“超掏”時(shí)，填充微膨脹型高強(qiáng)度自密實(shí)砂漿；單元段完全支頂后方可拆墻，并在1 d內(nèi)完成后續(xù)施工內(nèi)容，澆搗微膨脹型自密實(shí)混凝土。

表2 基礎(chǔ)加固置換形式分類統(tǒng)計(jì)情況

圖8 擴(kuò)大截面法基礎(chǔ)加固

圖10 抬墻梁法基礎(chǔ)加固

3.2 結(jié)構(gòu)體系安全性能提高技術(shù)

新-老結(jié)構(gòu)可靠連接是重點(diǎn)內(nèi)容，鋼柱-保留墻、鋼筋混凝土柱-保留墻連接節(jié)點(diǎn)及其施工是重中之重。

3.2.1 鋼柱與墻連接節(jié)點(diǎn)

通過(guò)設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱與墻體單側(cè)加固，實(shí)現(xiàn)連接。施工流程為：①分層施工鋼柱，上焊栓釘；②墻內(nèi)加固拉結(jié)筋與鋼筋網(wǎng)片、構(gòu)造柱鋼筋；③墻體M15砂漿加固，初凝后鑿除構(gòu)造柱外50 mm、界面鑿毛，澆搗構(gòu)造柱C30混凝土（圖12）。

3.2.2 混凝土柱與保留墻連接節(jié)點(diǎn)

混凝土柱與墻體連接節(jié)點(diǎn)的施工相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)保留墻體剔拆半墻或掏拆墻整墻局部，隨柱鋼筋綁扎節(jié)點(diǎn)拉結(jié)筋或拉結(jié)鋼筋籠，同步澆搗混凝土或后用灌漿料填實(shí)（圖13）。

3.3 特色部位保護(hù)修繕技術(shù)

各類里弄特色明顯、特征突出，特色部位修繕技術(shù)包括傳統(tǒng)材料工藝傳承、新材料和新技術(shù)應(yīng)用（表3）。

圖11 保留外墻增設(shè)水平鋼筋混凝土構(gòu)件

3.3.1 特征元素識(shí)別提取

針對(duì)缺少圖紙資料且傳統(tǒng)二維圖紙無(wú)法清晰描繪的難題，采用三維激光掃描和傾斜攝影技術(shù)提取石庫(kù)門、天花線腳等特征部位的幾何物理信息（圖14、15），精確實(shí)施翻樣制作或指導(dǎo)施工。

圖12 鋼柱與保留墻體連接節(jié)點(diǎn)施工工序

圖13 鋼筋混凝土與保留墻節(jié)點(diǎn)施工

3.3.2 特色部位損傷精準(zhǔn)查勘

針對(duì)抹灰類外飾面的空鼓滲漏問(wèn)題，采用紅外成像法精準(zhǔn)定位損傷的部位和范圍（圖16），提高挖補(bǔ)修復(fù)的施工效率和質(zhì)量。

3.3.3 傳統(tǒng)材料與典型構(gòu)造的分析應(yīng)用

針對(duì)規(guī)制不清的問(wèn)題，根據(jù)相關(guān)工程和文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，形成傳統(tǒng)材料與典型構(gòu)造統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)（表4、圖17）。

3.3.4 傳統(tǒng)工藝?yán)^承發(fā)展與新技術(shù)應(yīng)用

（1）清洗施工采用5 MPa低壓水或中性活性酶清洗，局部污損嚴(yán)重的采用涂膜剝離脫漆劑；有反堿及潮濕部位則采用排鹽灰漿進(jìn)行排鹽處理。

圖14 三維激光掃描石庫(kù)門與點(diǎn)云模型

圖15 三維激光掃描測(cè)繪天花線腳斷面

圖16 紅外熱像法檢測(cè)外飾面情況

表3 各類里弄分類特征與特色部位

（2）新式石庫(kù)門斬假石門框按傳統(tǒng)工藝修復(fù)，白水泥粉刷石渣面層3 d內(nèi)試剁，里側(cè)為橫紋、外側(cè)為順紋，先橫后順，剁掉石渣1/3。

（3）清水墻磚根據(jù)損壞情況分別以磚粉、磚片（塊）手工修補(bǔ)?；铱p按底縫、面縫兩次進(jìn)行，高強(qiáng)勾縫劑從上至下先水平縫、后立縫，元寶縫平、立縫確保形成45°半圓交角。

（4）水刷石墻面裂縫采用開槽法填補(bǔ)，空鼓損傷挖補(bǔ)法修復(fù)。修復(fù)前，用水泥石子漿料逐級(jí)試配、小樣比較方式確定，并在初凝前自上而下洗刷。

（5）中瓦屋面按出楞做脊、樽楞鋪瓦、壓頂出線粉刷等傳統(tǒng)構(gòu)造恢復(fù)。平瓦屋面均采用18#銅絲全扎綁扎鋪瓦，各類泛水先建三維模型，生成展開圖后再放樣制作，以確保安裝精度。

3.4 功能環(huán)境品質(zhì)提升

（1）在功能空間拓展上，引入整體衛(wèi)浴部品，提高施工效率與綠色施工水平。

（2）應(yīng)用新型門窗材料、保溫材質(zhì)并優(yōu)化屋面保溫構(gòu)造，在順?biāo)畻l之間逐倉(cāng)鑲嵌保溫模塊，避免了風(fēng)貌破壞。

3.5 施工組織與實(shí)現(xiàn)

3.5.1 施工流程設(shè)計(jì)

3.5.1.1 一般總體思路

施工組織的總體思路為：地基基礎(chǔ)加固→保留墻體支撐→相應(yīng)部位拆除、內(nèi)部基礎(chǔ)施工→新建結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)加固→新老結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)處理→特色部位修繕。

3.5.1.2 結(jié)構(gòu)置換流程

根據(jù)施工安全的需要，選取正向或逆向置換。

（1）正向置換，即先拆除水平結(jié)構(gòu)和橫墻，再自下而上依次完成新建結(jié)構(gòu)。

（2）逆向置換，即拆除水平結(jié)構(gòu)但暫留橫墻，自下而上完成新建結(jié)構(gòu)并與保留墻體形成連接，橫墻處斷開并預(yù)留連接鋼筋；再自上而下拆除橫墻并補(bǔ)齊新結(jié)構(gòu)。逆向置換對(duì)保留墻體的安全有一定作用，但施工效率會(huì)收到影響。

3.5.1.3 構(gòu)件加固置換施工流程

以基礎(chǔ)加固為例，按里弄建筑單元分幅、分階段施工（圖18）。為將土體開挖、墻體開洞對(duì)墻體的安全影響降至最低，擴(kuò)大截面法與抬梁法采取區(qū)塊與軸線“雙跳倉(cāng)法”施工，以避免造成墻體內(nèi)外土壓力差異過(guò)大；筏板組合基礎(chǔ)先完成內(nèi)、外暗梁及銷鍵施工、預(yù)留鋼筋接頭，再分區(qū)拆除內(nèi)部結(jié)構(gòu)，澆搗內(nèi)部筏板基礎(chǔ)。

3.5.2 施工圖深化

為了保證施工的順利實(shí)施，需要對(duì)關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工序和關(guān)鍵工藝的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行深化。

（1）設(shè)計(jì)原則性內(nèi)容的深化主要為：對(duì)均布加固構(gòu)件（如基礎(chǔ)銷鍵）的具體位置排版深化、細(xì)部特色部位具體構(gòu)造尺寸深化、清水磚墻面排版等。

表4 里弄建筑常用磚規(guī)格統(tǒng)計(jì)表

圖17 里弄墻柱砌筑排版方式統(tǒng)計(jì)圖

（2）對(duì)設(shè)計(jì)特殊部位進(jìn)行優(yōu)化，主要是對(duì)墻體轉(zhuǎn)角等特殊位置的精細(xì)化處理。對(duì)“碰撞”位置的優(yōu)化調(diào)整，考慮到現(xiàn)狀情況、后續(xù)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，對(duì)存在矛盾和施工碰撞的部位進(jìn)行局部調(diào)整，如基礎(chǔ)加固銷鍵與橫墻位置（圖19、20）、避潮層鋼板凳與結(jié)構(gòu)柱的“碰撞”等。

（3）為保證風(fēng)貌效果，采用三維SU模擬方式進(jìn)行清水墻砌筑施工三維排版深化（圖21），以更精確地控制外立面修繕效果，確保法式特征的保留。

3.5.3 數(shù)字化施工

考慮到新-老結(jié)構(gòu)構(gòu)件、保護(hù)與結(jié)構(gòu)、設(shè)備植入與風(fēng)貌保護(hù)等矛盾問(wèn)題，建立BIM模型進(jìn)行事前“碰撞”分析與施工過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)了新老結(jié)構(gòu)、特色部位與功能設(shè)備相融?？紤]保留與置換的區(qū)別，建筑內(nèi)部依設(shè)計(jì)圖紙建模，外部特征則主要結(jié)合無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量和三維激光掃描獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行精細(xì)化逆向建模（圖22）。

圖18 施工單元?jiǎng)澐质疽鈭D（典型二開間里弄）

圖19 基礎(chǔ)加固銷鍵位置深化排版圖

圖20 轉(zhuǎn)角處基礎(chǔ)銷鍵設(shè)計(jì)圖與施工深化圖

4 結(jié)論與展望

上海成片里弄構(gòu)成了海派特色景觀的“底板”，是城市更新、歷史建筑保護(hù)利用的重要內(nèi)容。在“留改拆”的新思路下，本文主要探討了在當(dāng)前綜合更新改造模式下關(guān)鍵技術(shù)。

圖22 承興里新里BIM模型（建筑、設(shè)備）

（1）通過(guò)不同階段、不同條件的安全評(píng)估分析，形成了保留墻體的臨時(shí)支撐技術(shù)、基礎(chǔ)加固置換施工技術(shù)、上部結(jié)構(gòu)置換后與墻體連接節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)。

（2）針對(duì)石庫(kù)門、外立面和屋面等特色部位，形成保護(hù)修繕關(guān)鍵施工技術(shù)，包括相關(guān)傳統(tǒng)工藝、傳統(tǒng)構(gòu)造的規(guī)格、形式和尺寸。

（3）在風(fēng)貌保護(hù)的要求下，形成了三維激光掃描、紅外熱像法檢測(cè)及施工三維排版深化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了特色部位保護(hù)與特征元素繼承。

隨著城市有機(jī)更新的深化，里弄建筑綜合改造的需求和模式會(huì)有更大突破，城市設(shè)計(jì)、地下空間、施工裝備、新型材料和智慧社區(qū)方面也將會(huì)出現(xiàn)更高的技術(shù)需求和發(fā)展。