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校园既有建筑绿色适应性改造
金科伟,王薇
【摘 要】 随着我国建筑科技的发展和对可持续性建筑改造研究的深入,低碳环保的既有建筑改造实践越来越多.以安徽建筑大学科研楼为研究对象,通过对该建筑现状的整理分析和已有改造案例的思考和借鉴,提出了校园既有建筑的适应性改造方案.方案以资源节约和功能适用为出发点,结合了地区经济和校区环境的发展现状,以及适宜的改造技术和方法,完成了改造设计.研究旨在提高建筑的舒适度和使用效率,实现建筑生命的延续,为校园既有建筑的可持续性探索提供依据.
【关键词】校园既有建筑；适应性；资源节约；功能适用
改革开放以来,我国的综合实力得到很大提升,经济、科技等多个方面的整体水平已经达到世界前列.但是鉴于我国人口众多、资源匮乏、城市膨胀发展的基本国情, 建筑产业发展模式调整显得尤为重要. 据英国 《金融时报》报道,2010 年,我国向新建筑项目的投入首次超越美国, 成为全球头号建筑大国. 进入21 世纪以来,由于建设量的剧增,在我国能源消耗占比额度中,建筑产业的占比额度值近乎 50% .随着大量资源低效利用,环境污染问题日渐加剧.建筑行业可持续发展策略的制定和实施,已经纳入到政府的日常事务中,新的绿色建筑评价标准更是在 2014 年出台,为我国绿建事业的发展制定了新目标,提倡建筑产业向低能耗、低碳、绿色、生态等方向发展[ 1] .既有建筑改造实践作为当下较为有效的可持续性建设活动,越来越为人们所重视.
此次研究所选择的改造案例是位于安徽建筑大学北校区,紧邻学校图书馆的科研楼.相对于其他既有教育建筑而言,它更容易接触到,也非常具有当下多问题既有建筑的代表特征.因此,本文选择将它作为改造案例,从建筑使用性能和生态性能入手,进行如下的分析和改造.
1 项目概况及现状问题
1.1 概况
在整个安徽建筑大学北校区,科研楼建设时间相对较早,结构形式也以砖混结构为主.该建筑现位于学校教学C 楼和图书馆旁的草地之间,背面紧邻校园的主干道,东侧与风雨操场之间隔着一个矩形小广场,西面为图书馆前广场,与周边的建筑间距适宜.长方形建筑形体平行于校园主要规划道路设置,主朝向为西南方向（图 1）.
建筑分为三层,为单面外走廊（南侧走廊）的空间布局, 整体形态为长方体, 建筑立面开窗简洁, 元素单一.建筑内部功能房间主要为建筑、规划和景观研究所.交通系统除每层走廊外,就是作为垂直交通核的楼梯,设计较为简洁（图 2）.
1.2 现状问题
从调研获取的照片资料、建设概况和实地使用情况分析（图 3）,该既有建筑现状问题较多,且呈现的各个部分又基本上相互关联.例如,前广场空间的设计大小在一定程度上也影响着建筑采光通风的情况；建筑造型设计也会直接影响到建筑室内空间的品质等.现状问题之间相互关联的现象在其他既有建筑中也时有出现,因此,对于既有建筑的改造而言,单纯地从一个方面入手很难取得较为有效地成果.
针对科研楼现状和使用要求,将所有的可改造因素分为待优化和急需优化问题两部分.其中待优化问题主要体现在建筑造型、公共空间两个方面（表 1）.
而急需优化问题主要体现在平面功能、交通系统、绿化环境、 排水系统、 采光通风、 保温空调等诸多方面 （表2）.
2 改造原则
通过整合上述的现状问题,依据生态性和适用性这两个基本设计目标,方案从整体到局部,分层次而又彼此照应地对该教育建筑进行优化改造.
结合建筑的使用现状和结构承载程度,该次既有教育建筑改造的设计原则为：历史性原则、生态性原则、人性化原则、安全性原则和多样性原则.方案秉承资源节约和充分利用的指导思想,尽量保证原有建筑的功能性质和基本形态不变,扩建部分的立面设计效仿原有的表皮肌理,实现教育建筑生命的延续与升华.同时,方案在设计、建造和施工中,坚持节约资源,利用可持续资源,适当降低建造费用,使改造成果达到适应我国国情、经济实用、符合大众化而易于推广的要求[ 2] .另外,在完善使用功能之余,改造方案更注重于细节设计,丰富室内外公共空间.
3 改造措施
整个改造设计按照从整体到细节的顺序进行,设计层次与现状问题和改造措施对应明确,有机结合.首先,从总平面布局出发,完善外部附属空间设计,丰富建筑形体,完成整体改造,适应新时展对教育空间的要求；其次,通过对内部平面的调整,使内部空间更具灵活性和实用性；最后,对建筑物细部的附属设施和结构进行补充强化,改善建筑的隔热保温、采光通风、排水空调等使用功能,调整建筑立面和内部空间的细节设计,提高师生的使用感受和视觉感受.
3.1 整体改造
建筑的整体改造从“总平面—造型—平面”三个度进行.
3.1.1 总平面——提高校园建筑的用地利用率
科研楼的整个建筑体量相对较小,长条形的分布形态限制了建筑内部功能和空间的多样性.方案将建筑南面的大面积绿植纳入到改造规划的范围,在这片区域加建了部分建筑,在保证建筑间距的基础上完善了原有建筑的功能,使建筑的使用效率和舒适度进一步提升（图 4）.
在增建设计体块后,以架空的连廊将两个部分紧密地联系在一起,形成一定面积的入口灰空间,丰富建筑外空间的感受.同时,考虑到图书馆体块因素的影响,在加建部分插入了扭转的和谐体块,以此呼应周边建筑环境的既有界面,同时也活化了建筑造型的视觉感受（图 5）.
除此之外,方案还考虑了对建筑南面阻挡阳光的高大长青类绿植的调整.将原有的近距离大型绿植移植到校园其他区域,在该区域进行改造加建.加建部分既保证了原有建筑较好的采光和通风,又改变了大片高密度绿化区域的景观形态,进一步优化通风效率,充分利用了教育用地资源.
3.1.2 造型——提升校园建筑的视觉形象
结合总平面的改造设计,建筑形体也进行了相应的增补,加建部分参照原有建筑也设计成三层.中间的连廊底层架空,完成两个体块的串联,同时形成的底层流动空间和缓冲空间,提高了整个建筑的实用性,为师生提供了更多可供停留和活动的公共灰空间,激活了更大范围的校园空间环境.新加建部分也是长方体形态,延续既有建筑的风格,但长度略短于原建筑,很好地满足了建筑物的通风和采光.为避免形体单调,在该体块中插入了一个扭转体块,为建筑内部设计大型使用空间提供了可能,同时建筑外界面与图书馆相呼应（图 6）.
建筑主体立面材质、窗户等设计元素依然延续原有建筑的形式,但是增加了部分虚实对比的现代设计手法.斜向交叉的体块则使用了淡灰调的浅蓝作为主要表皮色彩,与整体造型形成视觉对比,同时映衬了相邻图书馆的立面元素.
3.1.3 平面——优化校园建筑的功能配置
因为原有建筑的基本功能少,空间面积有限,且整体结构性能不突出,所以原有部分的平面布局几乎没有做任何改变,平面功能的变化主要体现在加建部分.新建部分通过连廊与原建筑贯通,两者之间设置分隔缝以满足国家规范和使用需求.连廊除了形成灰空间和联系两建筑体块的功能外,还解决了原有建筑无雨棚的问题.在连廊的下面,拓宽了部分硬化地面,形成入口广场,原有的一步入口台阶也改为坡道形式,提高了使用舒适度.加建部分承载的功能房间包括卫生间、阅读与展览等大尺度共享空间、管理办公室等,主要用作 B 号科研楼的辅助性空间（图 7）.
3.2 细部改造——彰显校园建筑的人文关怀整体建筑改造设计基本完成,然而还有部分附属组织和细节需要调整处理.
3.2.1 空调系统
原有建筑的空调系统较为传统,设计外观、节能效率和使用效率均存在较大问题.鉴于既有建筑的层高较高,且使用较为频繁,因此,改造设计时,积极引入空调系统,提高整栋建筑空调系统的性能,同时美化建筑外观.
3.2.2 排水系统
正如开篇分析的那样,排水问题集中体现在建筑的雨水管装置.仅仅几根孤立的雨水管从屋顶悬下,在下雨时管内大量雨水直接涌到人行地面上,影响正常使用.改造方案将建筑背面的集水排水设施复制到前面,合理组织雨水排放,同时形成小范围水域空间,利于调节和改善建筑外部空间环境（图 8）.
3.2.3 室内绿植
原有建筑内部空间单调,面积相对较小,没有富足的公共空间,导致了整个室内环境绿色植物的缺失.在改造之后,整个建筑的使用功能和面积增加,公共空间相应增多,绿色植物可陈设点也将更多.绿植的增设对提高室内负离子浓度,改善室内空气质量有较大帮助,更利于调节该环境下工作和学习的师生情绪.
3.2.4 围护结构
原有建筑的整体外墙均采用较早的结构体系,保温隔热性能较弱,但由于墙体条件和施工技术等问题,改造性价比并不高.对于建筑外墙,方案主张仅在受西晒影响较大的西墙面边缘种植可攀爬类藤蔓植物,在墙面表层形成绿植隔热层,减少室内空调能耗.建筑的屋顶结构也相对简陋,传统楼板为承重结构,上面简单铺设结合层、防水层等结构层次.
改造时考虑到负重能力和经济效益,没有选择覆土或蓄水种植屋面,而是采用双隔热层节能屋顶来升级屋顶的保温隔热体系（图 9）.这种改造方法使得屋顶隔热效果比传统屋顶效果更为显著,且防水效果更好.从经济效益上看,比传统屋顶建造和使用更节能、经济、省时、省工[ 3] .
3.2.5 窗户——升级教育建筑的采光结构
建筑的保温隔热体系除了墙体部分,还包括门窗结构等.在国家对建筑节能激励政策的推动下,建筑节能材料从传统的建材系统衍生出来,越来越多的新型节能材料涌入市场,更增加了节能改造的灵活性和高效性.该项目窗户均采用传统的普通单层玻璃,改造方案选取高透低辐射玻璃这一新型节能材料作为替代品.高透低辐射玻璃作为镀膜玻璃的一种,具有传热系数低和反射红外线的特点,它既能反射部分太阳能辐射,也能降低室内外热辐射能量的传递[ 4] .应用这种新型材料的窗户,不仅能够改善建筑的隔热保温体系,也进一步提高了建筑隔声性能.
3.2.6 楼梯扶手——提升教育建筑的交通安全性能
既有建筑的垂直交通通过楼梯来解决,疏散功能基本满足,但是楼梯的扶手却存在一定问题.经测量,扶手净高度大致为600m m , 距国家规范要求相差甚大.对于扶手的改造策略是提高净高度,通过增设 300m m的围栏,使得其净高满足规范和使用要求,减少不必要的且源自于设计的校园危险发生（图 10）.
4 结语
在现代社会发展背景下,既有建筑的改造实践越来越为人们所关注和推崇,同时也满足当下国家关于绿色可持续发展战略的要求,发展价值较大.在此次选择的改造项目中,原有科研楼中并没有被植入太多的设计手法,避免了与整个校园的建筑环境产生矛盾.在满足与周边环境基本元素相互协调的基础上,对既有建筑的现存问题也进行了剖析、解读和改造优化.首先,不同于社会上多数的公共建筑,校园建筑本身在功能设计和建设背景上具有一定的特殊性,而相应的改造策略也需要很好地切合项目现状,因地制宜因时制宜.其次,在具体的改造措施中,将新型的绿色材料和技术充分应用,最终达到了节约资源、改善细节与优化空间的三大目标.校园既有建筑的特殊性,决定了它在改造设计时对于经济性和适用性的追求,结合项目现状和绿色技术的改造策略具有深远的研究价值.
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