張福佳

(大連理工大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院， 大連 116023)

老舊小區(qū)是指在城市發(fā)展早期建造的，且在使用功能和居住安全等方面已不能滿足居民現(xiàn)代化生活需求的住宅小區(qū)。隨著中國經(jīng)濟的可持續(xù)快速發(fā)展，城市管理進入存量建設(shè)時代，老舊小區(qū)中大量存量住宅面臨更新改造問題，老舊小區(qū)的改造屬于微改造的城市更新模式[1]，較少進行大拆大建，以不影響居民日常生活為前提，小區(qū)的改造內(nèi)容主要涉及?；镜呐涮自O(shè)施、提升類的基礎(chǔ)設(shè)施和完善公共服務(wù)類的內(nèi)容[1-2]。從技術(shù)經(jīng)濟層面來看，老舊小區(qū)微改造是一種高效的城市更新手段。伴隨著城市化率的逐步提升，城市建設(shè)的主要方向由增量建設(shè)轉(zhuǎn)為存量提質(zhì)是一個必須要面對的過程。比中國更早步入城市化進程的歐洲國家在20世紀(jì)60—90年代經(jīng)歷了這個階段，其中英國、德國、法國等國都曾推出旨在改良既有住區(qū)，重新賦予住區(qū)活力，優(yōu)化居住體驗的相關(guān)法案。而在國內(nèi)外既有老舊小區(qū)改造的實踐中，對于高空墜物引發(fā)的人居安全問題尚未引起足夠的關(guān)注，也未對高空墜物的防范進行深入的研究。為化解高空墜物所帶來的風(fēng)險，在遵循老舊小區(qū)微改造原則的前提下，從人居安全的角度出發(fā)，現(xiàn)提出在住宅建筑外墻四周加裝外延防護裝置的解決方案，對高空墜物進行攔截以阻斷墜物傷人途徑，以期為解決高空墜物這一難題及老舊小區(qū)微改造提供借鑒。

1 老舊小區(qū)微改造的研究背景

2017年末，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部宣布在廣州等15個城市開展老舊小區(qū)改造試點，以探索城市老舊小區(qū)改造新模式，為推進全國老舊小區(qū)改造，提供可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗[1]。2019年中國城市老舊小區(qū)改造的大規(guī)模啟動，標(biāo)志著中國建筑業(yè)邁入新建與加固改造并重的階段[3]。對于現(xiàn)有老舊小區(qū)的改造不僅有助于改善居住質(zhì)量和減低居住風(fēng)險，而且可使城市的存量住宅得以有效的利用[4]。2020年計劃新開工改造城鎮(zhèn)老舊小區(qū)3.9萬個[2]。與棚戶區(qū)居住環(huán)境改造[5]進行對比，老舊小區(qū)改造是在基本保持老舊小區(qū)現(xiàn)有建筑格局原貌前提下的一種微改造，通過局部整治、拆建與修繕，使老舊小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施、公共環(huán)境、各項功能、居住舒適度不斷完善的一種漸進式改造模式[6]。

中國城市更新的發(fā)展空間存在著巨大潛力[7]，老舊小區(qū)的改造作為城市更新的環(huán)節(jié)，是提升居住質(zhì)量的實用手段，可為城市更新提供有價值的可持續(xù)發(fā)展機遇[8]。對于居住質(zhì)量的影響要素除居住環(huán)境和居住面積之外，所居住的樓層也是不可忽視的?？v觀世界各國的住宅發(fā)展，特別是發(fā)展中國家，住宅不斷增高似乎是帶有共性的[9]。根據(jù)2011年修訂的《住宅設(shè)計規(guī)范》(GB 50096—2011)規(guī)定，住宅按層數(shù)劃分為低層住宅、多層住宅、中高層住宅和高層住宅。其中低層住宅為一層至三層；多層住宅為四層至六層；中高層住宅為七層至九層；高層住宅為十層及以上[10]。近年來，中國的住宅建筑發(fā)展迅速，城市多層住宅的層數(shù)以四至六層居多，高層住宅的層數(shù)以十層以上為主。在城市現(xiàn)代化的進程中，傳統(tǒng)的住宅模式也隨之發(fā)生著改變，中國城市住宅也經(jīng)歷由低到高的發(fā)展歷程。隨著生活質(zhì)量的提高和人口數(shù)量的增長，人們對住宅的需求量也日益增加，住宅的高層化趨勢開始出現(xiàn)，這一趨勢尤其是在發(fā)展中國家更加明顯[9,11]，而住宅的高層化就更加突顯出對于高空墜物安全防范的重要性和緊迫性。

2 高空墜物引發(fā)的人居安全問題

從世界范圍來看，由于西方國家人少地多的情況較為普遍[9]，所以在防止住宅高空墜物方面的研究并不多見。而在中國城市化高速發(fā)展和人口密度不斷增長的情況下，無論是多層住宅還是高層住宅，一旦發(fā)生高空物體墜落事故，會危及人身生命以及財產(chǎn)安全，其后果不堪設(shè)想。物體從空中下落的高度越高，對樓下行人造成的危險和傷害程度越大。因此，防范高空墜物對人身造成的傷害已迫在眉睫，是營造安全舒適的住區(qū)戶外活動空間的必要因素。

在現(xiàn)實生活中，高空墜物的主要原因有人為因素和非人為因素兩種。人為因素主要指從樓上拋物引發(fā)的事故，多數(shù)屬于故意為之。非人為因素一方面是由于大自然的風(fēng)災(zāi)導(dǎo)致建筑的戶外設(shè)施墜落，包括門窗及玻璃、戶外照明燈具、戶外空調(diào)以及固定金屬架、戶外廣告金屬架以及施工過程中的攀爬吊裝設(shè)施等。另一方面，由于老舊小區(qū)住宅內(nèi)部功能設(shè)計不夠完善，尤其是一些小戶型住宅內(nèi)部的使用空間不足以滿足使用要求，導(dǎo)致居民的居住行為通過陽臺、窗戶等延伸至室外，在很大程度上增加了高空墜物的可能性，是高空墜物事故的潛在隱患[12-13]。

近年來高空墜物事件頻繁發(fā)生,在2015—2019年期間，僅情況較為嚴(yán)重進入訴訟流程的案件就超過1 700件，高空墜落的物體主要包括外墻面磚、生活垃圾、木制品、磚石及建筑垃圾、鋼制品、玻璃制品和其他物品等幾大類。從中國裁判文書網(wǎng)中2015—2019年期間立案的高空墜物案件數(shù)量不難看出，高空墜物案件數(shù)量呈現(xiàn)逐年上升趨勢，如圖1所示。2019年6月13日，廣東省深圳市5歲男童被高墜玻璃砸中，最終搶救無效離世。2019年7月6日，深圳市某兒童被高空墜下的瓶子砸傷[14]。2020年7月15日，重慶市一租戶安裝空調(diào)時，空調(diào)室外機從19樓高空意外墜落，砸中樓下過路行人，傷者送醫(yī)后因搶救無效死亡。全國各地高空墜物傷人事件日益引起社會各界關(guān)注，相關(guān)部門也結(jié)合具體情況采取一定防治措施，常見措施包括：安裝電子眼等監(jiān)控設(shè)備以監(jiān)督樓層住戶向外拋物；制定相應(yīng)的法律法規(guī)以規(guī)范市民的行為等[12]。監(jiān)控設(shè)備主要是傾向于協(xié)助事后調(diào)查墜物原因，對于當(dāng)事者的保護作用偏弱。由于高空墜物問題涉及城市居住環(huán)境的安全性，為了有效防范高空墜物對人身造成的傷害，有必要從建筑設(shè)計安全的角度出發(fā)，對于現(xiàn)有住宅建筑采取防止高空墜物的改造措施，并將其納入老舊小區(qū)微改造的總體設(shè)計規(guī)劃，以便于最大限度地消除此類安全隱患。因此，一種傾向于保護人身安全的防護裝置是解決防墜物問題的更優(yōu)解。

(數(shù)據(jù)來源：中國裁判文書網(wǎng))圖1 2015—2019年期間高空墜物案件數(shù)量 Fig.1 Number of falling objects cases in 2015—2019

3 防止高空墜物的微改造方案

老舊小區(qū)住宅在建造時并未充分考慮到高空墜物的安全防范，普遍缺乏阻攔高空墜物的功能構(gòu)件，不能滿足防墜的安全要求。為提高人居環(huán)境的安全性，結(jié)合老舊小區(qū)微改造項目的推廣，本方案是在現(xiàn)有住宅建筑外墻四周增設(shè)一種防止高空墜物的防護裝置，以達(dá)到更好地保障居民和行人安全的效果。

3.1 設(shè)計原則

一般來說，老舊小區(qū)微改造的投資行為不僅要滿足技術(shù)經(jīng)濟的條件，而且在對老舊小區(qū)加裝高空墜物防護裝置的過程中，應(yīng)遵循以下設(shè)計原則。

3.1.1 經(jīng)濟適用性原則

老舊小區(qū)微改造不能通過簡單的拆除重建引入開發(fā)商出資建設(shè)，市場介入老舊小區(qū)微改造較為困難，老舊小區(qū)微改造資金主要來源于財政支持，面臨財政資金緊張和融資困難的問題。以首批試點城市廣州市為例，微改造項目以市財政出資為主，區(qū)財政、住宅專項維修資金和個人出資為輔。雖然各地都鼓勵市場資金介入以拓寬社會投資渠道[1]，而且合理引入社會資金也可減輕政府的投融資壓力[15]，但目前在市場資金的籌措方面仍不容樂觀，尚需立足于財政資金和維修資金。因此，為使老舊小區(qū)的微改造實施得以保障并可持續(xù)發(fā)展，在所設(shè)計安裝的防護裝置滿足防墜功能的前提下，需要考慮減少資金投入、節(jié)約成本，以降低整體工程造價。

3.1.2 高效便捷性原則

老舊小區(qū)的微改造是相對于整體改造而言的。整體改造是按照小區(qū)整體布局與規(guī)劃進行的大拆大建，從而達(dá)到大幅提升小區(qū)環(huán)境和居住舒適度的效果，而微改造的特點是分區(qū)域、分步驟、規(guī)模小、多元化[6]。微改造是在現(xiàn)有老舊小區(qū)內(nèi)進行施工改造，主要通過加建、維護和完善配置設(shè)施等手段改善居住條件[16]。鑒于此，所設(shè)計安裝的防護裝置需要滿足施工簡便易行的條件，在盡可能避免干擾居民正常生活的前提下，提高施工效率，最大限度地縮短工期，以利于快速提升人居環(huán)境的安全性。

3.1.3 安全美觀性原則

為有效化解高空墜物的風(fēng)險，保證小區(qū)住戶和行人安全，從建筑設(shè)計安全性角度，既要注重所設(shè)計防護裝置的強度和穩(wěn)定性，又要考慮節(jié)約建筑材料的使用[17]。同時，在老舊小區(qū)微改造推廣過程中，不僅要提高防護裝置的安全性能，而且要盡可能減輕防墜物構(gòu)件的重量。隨著生活水平的不斷提高，人們在對建筑功能性和安全性有著較高要求的同時，對于住宅建筑的美感也有著越來越高的要求。盡管有些老舊小區(qū)存在基礎(chǔ)環(huán)境不良和功能不健全等諸多問題，在防護裝置的方案設(shè)計和材料選擇上，仍要結(jié)合現(xiàn)有住宅建筑的外觀和環(huán)境情況，考慮整體的美觀舒適度，盡可能提升與原有建筑的協(xié)調(diào)性。

3.2 設(shè)計方案

3.2.1 整體結(jié)構(gòu)

目前現(xiàn)有的類似技術(shù)裝置對于高空墜物的防護措施主要針對在建的或維修中的住宅建筑，最為普遍的是在建筑施工過程中采用安全防護網(wǎng)。這種防護方式雖然比較簡單易行，但所使用的安全防護網(wǎng)僅限于在建筑施工場地內(nèi)使用，且布設(shè)占用面積較大，屬于臨時性的防護措施，且缺乏美觀性和協(xié)調(diào)性，難以適用于對現(xiàn)有老舊小區(qū)住宅建筑的微改造的要求。

為達(dá)到對既有住宅建筑進行安全性改造的目的，本方案采取加裝防護裝置的設(shè)計思路，在建筑外墻上形成由若干模組構(gòu)成的周延裝置，屬于半永久的裝置，且強度和安全系數(shù)更高，可以承接較大件的高空墜物。同時，該防護裝置在外觀設(shè)計方面充分兼顧美觀性和協(xié)調(diào)性，適用于老舊小區(qū)住宅微改造的要求。

該防護裝置每個模組的主要部件包括支架模塊、鋼纜和安裝在支架模塊上的柔性板材等，其主體結(jié)構(gòu)示意圖(以4個模組為例)如圖2所示。支架模塊由條形支撐架和三角形支撐架構(gòu)成，分別通過膨脹螺栓固定于建筑外墻上，柔性板材覆蓋于支架模塊上。條形支撐架和三角形支撐架在靠近建筑外墻處通過彈簧鉸鏈連接，且條形支撐架和三角形支撐架之間安裝有彈簧緩沖結(jié)構(gòu)。條形支撐架上設(shè)有若干連接孔，鋼纜通過連接孔穿過條形支撐架。條形支撐架的兩端分別設(shè)有定位安裝塊和限位塊，柔性板材一端可由螺栓通過定位安裝塊上端的連接塊固定，另一端卡在限位塊的限位槽中。該裝置的裝配爆炸圖(以單個模組為例)如圖3所示。

圖2 防護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of the protective device

3.2.2 材料選擇

在對既有建筑進行更新改造過程中，要結(jié)合所需解決的問題和任務(wù)，對選用的建筑材料進行綜合考慮。因此，為更加有效地實現(xiàn)裝置的防高空墜物功能，根據(jù)設(shè)計原則對主要部件的材料進行選擇。

如圖3所示，作為裝置承力結(jié)構(gòu)主體的支架模塊，不僅要滿足承力的功能，而且要求具有高強度低成本的特性，應(yīng)選擇強度高、整體剛度好、抵抗變形能力強的鋼材來制作。作為裝置承力結(jié)構(gòu)輔助部件的鋼纜需要承受沖擊載荷，既要兼顧節(jié)約成本和施工便捷等原則，又要考慮其自重和強度要求，在施工安裝中應(yīng)選擇承載安全系數(shù)適中的鋼纜。安裝在支架模塊上的柔性板材主要體現(xiàn)美觀性并保持與原有建筑的協(xié)調(diào)性，要求選擇自身質(zhì)量輕，具有透光性和阻燃性，并有一定抗沖擊性的材料，能輔助承接一些較小的墜物，可選目前廣泛使用的工程塑料板。

圖3 單個模組的裝配爆炸圖Fig.3 Exploded view of single module

在老舊小區(qū)微改造實施過程中，通過對防護裝置所使用材料的合理選擇，不僅能使其滿足防止高空墜物的功能，而且可以達(dá)到降低成本、安裝便捷和美觀耐用的效果，符合前述的設(shè)計原則。

3.2.3 安裝和使用

目前有待進行微改造的老舊小區(qū)住宅以多層和中高層為主，根據(jù)防護裝置的結(jié)構(gòu)特點和施工的基本要求，結(jié)合老舊小區(qū)微改造的特點，將該防護裝置固定安裝于住宅建筑一層與二層之間的外墻上，距地面高度為3～5 m，具體的安裝高度視建筑 第一層的層高而定。這個安裝高度既可達(dá)到有效的防護作用，也盡可能減小對建筑外墻產(chǎn)生的破壞。同時，由于該裝置采用了多重緩沖結(jié)構(gòu)，對自重較大的墜物可以實現(xiàn)有效阻擋。

首先要將支架模塊安裝在既有住宅建筑的外墻上，按照設(shè)計要求確定需要鉆孔的位置，用電鉆在外墻上鉆孔，分別將每組支架模塊中的條形支撐架和三角形支撐架用膨脹螺栓固定于建筑外墻上，支架模塊所需設(shè)置的組數(shù)將根據(jù)建筑外圍的具體尺寸決定。在若干組平行設(shè)置的支架模塊按照一定的距離依次安裝之后，用鋼纜從條形支撐架的若干個連接孔中平行穿過，共同組成該防護裝置的承力結(jié)構(gòu)，主視圖如圖4所示。

圖4 防護裝置的主視圖Fig.4 Front view of the protective device

所述條形支撐架的截面呈工字型，且其上水平支撐面的寬度大于下水平支撐面的寬度，條形支撐架剖面圖如圖5(a)所示，工字型結(jié)構(gòu)可有效地起到加強支架模塊抗沖擊的作用。在每組支架模塊的上面所覆蓋柔性板材為方形板狀結(jié)構(gòu)，柔性板材一端通過螺栓固定于連接塊上，另一端卡在限位塊上起到定位作用的限位槽中，限位塊示意圖如圖5(b)所示。

圖5 構(gòu)件細(xì)部圖Fig.5 Component details view

在該防護裝置工作時，普通的高空墜物可被柔性板材和鋼纜攔截。當(dāng)有大質(zhì)量的高空墜物(如空調(diào)外掛機等)落下時，會先與柔性板材和鋼纜接觸，在這種沖擊作用下，條形支撐架將發(fā)生形變擠壓彈簧緩沖結(jié)構(gòu)和彈簧鉸鏈，起到緩沖作用。即使導(dǎo)致一組支架模塊損壞時，仍可在被鋼纜串聯(lián)的其他支架模塊的輔助作用下，共同完成攔截墜物的作用。

3.3 方案應(yīng)用

現(xiàn)有待改造的老舊小區(qū)普遍缺乏針對高空墜物的安全防范設(shè)施，一旦發(fā)生高空物體墜落的情況，會危及樓下行人的生命安全。結(jié)合老舊小區(qū)微改造項目的推進，本方案選取一處待改造的老舊小區(qū)進行實地考察，如圖6所示。

來源：作者拍攝圖6 改造對象原狀Fig.6 Picture of reconstructed objects

為最大限度地保障人居安全，采用以上研究中提出的在住宅建筑外墻四周增設(shè)防護裝置的方案。針對既有老舊小區(qū)的狀況，圖7給出了防護裝置安裝的效果示意圖。由于方案中所采用的由支架模塊和鋼纜組成的復(fù)合承力結(jié)構(gòu)，既有利于快速施工，又降低了施工難度和投資成本；同時，支架模塊上覆蓋柔性板材，可增加防護裝置的美觀性，并能與既有住宅建筑風(fēng)格保持協(xié)調(diào)性，從而解決老舊小區(qū)改造中的人居安全問題。

圖7 防護裝置安裝效果圖Fig.7 Installation effect picture of the protective device

2020年國務(wù)院會議確定，加大城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造力度，推動惠民生、擴內(nèi)需。下一步完善小區(qū)配套和基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境、提升養(yǎng)老、托幼、醫(yī)療等公共服務(wù)水平[18]。隨著老舊小區(qū)微改造項目的推廣實施，可使其內(nèi)外部功能得到一定程度的優(yōu)化，進而提高居民生活品質(zhì)[19]，建立城市老舊小區(qū)系統(tǒng)更新的新常態(tài)，形成新的經(jīng)濟增長點[20]。

從技術(shù)經(jīng)濟層面來看，老舊小區(qū)微改造是一種高效的城市更新改造手段。本方案遵循微改造原則，是一種針對高空墜物問題的可行解決方案，尤其適用于老舊小區(qū)住宅改造。該防護裝置用于化解近年來日益突出的高空墜物風(fēng)險，屬于改善功能的完善類改造，可納入老舊小區(qū)微改造整體方案，以實現(xiàn)對現(xiàn)有小區(qū)人居環(huán)境經(jīng)濟快捷的微改造，并將為提升城市小區(qū)人居安全性做出有益的示范。

4 結(jié)論

高空墜物傷人事件的頻發(fā)，導(dǎo)致人居安全的問題日益突出。結(jié)合國家推行的老舊小區(qū)改造，在遵循老舊小區(qū)微改造原則的前提下，采取了在建筑外墻上加裝周延防護裝置的解決方案，從而有效地化解高空墜物所帶來的風(fēng)險。

(1)所提方案充分體現(xiàn)建筑設(shè)計安全性原則，并兼顧美觀性和協(xié)調(diào)性，可對自重較大的墜物可以實現(xiàn)有效阻擋，解決直接關(guān)系居民切身利益的人居安全問題。所加裝的防護裝置屬于半永久性裝置，每個模組包括支架模塊、鋼纜和安裝在支架模塊上的柔性板材等部件，主體是由支架模塊和鋼纜共同組成復(fù)合承力結(jié)構(gòu)，輔以多重緩沖結(jié)構(gòu)，并根據(jù)建筑外圍的具體尺寸確定所需設(shè)置支架模塊的組數(shù)。

(2)所提方案不僅滿足技術(shù)經(jīng)濟的條件，而且施工安裝符合高效便捷性的原則。防護裝置中的支架模塊包括的條形支撐架和三角形支撐架，在靠近建筑外墻處通過彈簧鉸鏈連接，且條形支撐架和三角形支撐架之間安裝有彈簧緩沖結(jié)構(gòu)。鋼纜從條形支撐架上的若干連接孔穿過，柔性板材通過條形支撐架上的連接塊和限位塊覆蓋于支架模塊上。因此，該防護裝置是一種經(jīng)濟實用型的裝置。

(3)所提方案通過對高空墜物風(fēng)險的防范以達(dá)到保障人居安全的目的，應(yīng)納入老舊小區(qū)微改造的整體設(shè)計規(guī)劃。該防護裝置的工作可靠性較高，對于普通的高空墜物，可由柔性板材和鋼纜攔截，對于大質(zhì)量的高空墜物，彈簧鉸鏈和彈簧緩沖結(jié)構(gòu)將起緩沖作用，即使導(dǎo)致一組支架模塊受損，仍可在被鋼纜串聯(lián)的其他支架模塊的協(xié)助作用下，實現(xiàn)攔截墜物的功能。