陸 非（上海中譽(yù)企業(yè)發(fā)展有限公司， 上海 200030）

在建筑設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)匱乏、施工技術(shù)落后、保養(yǎng)維護(hù)不到位、建筑材料性能差的背景下，我國(guó)城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，由此使得年代久遠(yuǎn)的既有建筑存量巨大。以上海市為例，截至 2018 年，既有建筑面積達(dá) 13.69 億 m2，居住房屋總量約為 6.87 億 m2。2000 年前建成的老舊住房總量為 2.44 億 m2，約占既有建筑面積的 35%，新中國(guó)成立前建成的里弄、公寓住房，至今已有 70 a 以上甚至百年歷史[1]。早期建筑在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、運(yùn)營(yíng)能耗、使用功能和安全性等方面均存在問(wèn)題，如外立面破舊、線路老化、能耗嚴(yán)重、配套設(shè)施不足等，建筑性能低于小康居住標(biāo)準(zhǔn)，而拆除重建將造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此，通過(guò)改造技術(shù)改善既有建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境、安全性和使用功能，提升使用壽命，已經(jīng)引起相關(guān)管理單位和建筑行業(yè)的廣泛關(guān)注[2-3]。

自 20 世紀(jì) 70 年代石油危機(jī)以來(lái)，歐美國(guó)家開始重視建筑節(jié)能改造。20 世紀(jì) 90 年代，隨著新建建筑市場(chǎng)逐漸萎縮，歐美既有建筑改造技術(shù)得到快速發(fā)展，且該技術(shù)的使用提升了既有建筑的安全性和舒適性。隨著建筑設(shè)計(jì)理念的發(fā)展與完善，歐美提出了綠色建筑、智慧建筑與可持續(xù)建筑，既有建筑群改造更新和新城市建設(shè)理念逐步進(jìn)入大眾視野[4-6]。

20 世紀(jì) 80 年代末，我國(guó)既有建筑改造以危舊建筑改造和舊城改造為開端，從節(jié)能改造、歷史建筑維護(hù)逐步擴(kuò)展到普通建筑更新與再利用。隨著建筑技術(shù)、材料科學(xué)、設(shè)計(jì)理念和施工工藝的進(jìn)步，以及相關(guān)政策、法規(guī)體系的完善，在原有結(jié)構(gòu)加固改造的基礎(chǔ)上，我國(guó)提出了建筑物乃至整個(gè)建筑區(qū)域的安全性、空間環(huán)境、使用功能和運(yùn)營(yíng)能耗全方位綠色化等的改造，全面提升建筑綜合性能和用戶舒適度[3]。

基于上述背景，本文總結(jié)目前國(guó)內(nèi)既有建筑改造發(fā)展現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題，梳理三維激光掃描技術(shù)結(jié)合建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)在既有建筑改造中的應(yīng)用。并分析既有建筑改造工程管理的特征和方法，為提升既有建筑改造項(xiàng)目的管理水平提供參考。

1 既有建筑改造技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 既有建筑改造技術(shù)分類

我國(guó)既有建筑改造依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同，分類也不同。從發(fā)展歷程來(lái)看，在不同歷史時(shí)期，有不同關(guān)注點(diǎn)，主要有安全改造、節(jié)能改造、綠色化改造、適老宜居改造和智慧健康改造[2]。

（1）安全改造。我國(guó)既有建筑最早開始的是危房改造、保護(hù)性改造等安全性改造，為相關(guān)政策的制訂提供了依據(jù)。

（2）節(jié)能改造。既有建筑節(jié)能改造通過(guò)降低建筑資源和能源消耗量，實(shí)現(xiàn)建筑的綠色改造、建筑可持續(xù)發(fā)展。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程，建筑能耗逐年上升，節(jié)能成為建筑領(lǐng)域的重要課題。20 世紀(jì) 90 年代，我國(guó)既有建筑改造開始關(guān)注能源，通過(guò)編制標(biāo)準(zhǔn)、制訂政策、示范工程，逐步積累經(jīng)驗(yàn)，大力推廣節(jié)能改造技術(shù)。

（3）綠色化改造。20 世紀(jì) 90 年代，我國(guó)開始關(guān)注綠色化改造。2006 年，國(guó)家出臺(tái)的 GB 50378—2006《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，提出采用高性能、低材耗、可再生循環(huán)利用的綠色建材，推行綠色施工方式，實(shí)施綠色化改造，推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。既有建筑綠色化改造與現(xiàn)代城市發(fā)展的新理念、新趨勢(shì)相吻合，有利于推動(dòng)城市的綠色發(fā)展。

（4）適老宜居改造?！笆濉眹?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃綠色建筑及建筑工業(yè)化專項(xiàng)課題“既有居住建筑宜居改造與功能提升關(guān)鍵技術(shù)”，聚焦既有建筑適老宜居改造標(biāo)準(zhǔn)體系、實(shí)施路線、關(guān)鍵技術(shù)、示范工程等，為切實(shí)推進(jìn)適老宜居改造提供了技術(shù)支撐。

（5）智慧健康改造。當(dāng)前我國(guó)已進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)共享、智能控制在建筑行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。2017 年，《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)》指出“在新建建筑和既有建筑改造中推廣普及智能化應(yīng)用，完善智能化系統(tǒng)運(yùn)維機(jī)制，實(shí)現(xiàn)建筑舒適安全、節(jié)能高效”。該文件的落實(shí)快速推進(jìn)了既有建筑智能化和健康化改造進(jìn)程。

我國(guó)既有建筑改造技術(shù)分類如圖 1 所示。由圖 1 可知，既有建筑改造依據(jù)建筑生命階段和再利用價(jià)值分為保持既有建筑原功能不變進(jìn)行的維護(hù)改造、將既有建筑功能置換進(jìn)行的再利用改造和利用既有建筑拆除后的剩余部分進(jìn)行的再循環(huán)改造。

圖1 我國(guó)既有建筑改造技術(shù)分類

既有建筑依據(jù)改造內(nèi)容可分為安全性改造（包括建筑結(jié)構(gòu)加固和消防改造）、功能性改造（包括空間拓展和空間環(huán)境改造）和節(jié)能改造。

1.2 既有建筑改造前檢測(cè)與評(píng)估

既有建筑檢測(cè)不僅可以保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，也是合理安排建筑使用、改造和擴(kuò)建等工作的前提。既有建筑安全性評(píng)估是指以其原始資料和檢測(cè)結(jié)果為依據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行驗(yàn)算和鑒定，并給出改造措施和建議。依據(jù)既有建筑安全性、適用性和耐久性方面的檢測(cè)與評(píng)估結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)體系和材料設(shè)備的現(xiàn)狀，可以預(yù)估剩余使用壽命和未來(lái)的可能變化，確定建筑加固或改造方案，有利于實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)改造后使用年限內(nèi)的預(yù)定功能。

1.3 既有建筑改造設(shè)計(jì)原則

在綜合考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)損傷、使用功能、經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展空間的基礎(chǔ)上，既有建筑改造方案需滿足安全、可靠、耐用、方便施工和改造后的運(yùn)維管理。既有建筑改造設(shè)計(jì)的主要原則是安全可靠，利于抗震；節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境；功能提升，持續(xù)利用。

在既有建筑改造方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備和施工工藝，確保改造方案和施工質(zhì)量實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。在既有建筑改造施工期間，應(yīng)加強(qiáng)科學(xué)管理，保護(hù)周圍環(huán)境，優(yōu)化施工組織，節(jié)約資源。在既有建筑改造后運(yùn)維期間，應(yīng)規(guī)范建筑物日常維護(hù)與管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、消除安全隱患，提升使用品質(zhì)。

1.4 既有建筑改造過(guò)程中存在的問(wèn)題

在國(guó)家政策和市場(chǎng)需求的引導(dǎo)下，我國(guó)既有建筑改造的技術(shù)水平、施工方法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理措施均取得了重大突破，但仍存在一些問(wèn)題有待持續(xù)改進(jìn)。

（1）既有建筑原始建造信息損壞或缺失，數(shù)據(jù)精確性和可靠性差。早期建筑交付文件以二維圖紙和文檔為主，專業(yè)符號(hào)不規(guī)范、尺寸不精確、施工信息不全面，以致信息傳遞效率低，建筑數(shù)據(jù)精確性和可靠性差。這方面有待利用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)和前期的精細(xì)化檢測(cè)評(píng)估技術(shù)獲取建筑改造前的詳細(xì)和準(zhǔn)確信息。

（2）既有建筑改造過(guò)程中技術(shù)難度高，管理工作量大。改造過(guò)程中由于建筑各系統(tǒng)復(fù)雜、施工工期緊張、場(chǎng)地受限、施工質(zhì)量與安全管理要求高，加上現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變，所以改造設(shè)計(jì)方案優(yōu)化和施工管理工作量大。這方面有待持續(xù)研發(fā)低影響、低污染、低凈空等的施工技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)管理技術(shù)。

（3）部分既有建筑改造后仍缺乏有效的運(yùn)維管理，信息可追溯性差。由于缺乏既有建筑維護(hù)意識(shí)和維護(hù)管理體系，所以也沒(méi)有進(jìn)行日常維護(hù)或維護(hù)檔案建設(shè)。

與新建建筑工程相比，既有建筑改造存在設(shè)計(jì)難度大、施工困難多、場(chǎng)地條件差、質(zhì)量和安全管理要求高、項(xiàng)目管理動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等特點(diǎn)[7]。因此，需規(guī)范既有建筑信息維護(hù)與管理，提高信息傳遞效率和利用率。

1.5 既有建筑改造發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)既有建筑改造的發(fā)展趨勢(shì)是轉(zhuǎn)變改造方向、擴(kuò)大改造范圍和延伸改造深度[2]。

（1）既有建筑單項(xiàng)改造向綜合改造方向發(fā)展。既有建筑改造初期，技術(shù)不成熟，改造難點(diǎn)多，缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要以節(jié)能改造為主。隨著改造技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，既有建筑改造圍繞節(jié)能、安全、綠色、宜居、智慧、健康等方面，逐步轉(zhuǎn)向全面改造階段。

（2）既有建筑向規(guī)模化改造方向發(fā)展。既有建筑改造秉持從點(diǎn)到面、由易到難的原則，由單棟建筑逐步擴(kuò)展到小區(qū)甚至社區(qū)，既有建筑改造逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。

（3）既有建筑改造向低能耗、超低能耗及近零能耗改造方向發(fā)展。我國(guó)正在積極發(fā)展超低能耗建筑及相應(yīng)技術(shù)體系，部分城市和地區(qū)既有建筑改造已開展低能耗、超低能耗以及近零能耗改造技術(shù)的研發(fā)和試點(diǎn)。

2 新技術(shù)在既有建筑改造中的應(yīng)用

2.1 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的技術(shù)。其通過(guò)組件參數(shù)化建立數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，利用信息集成和自動(dòng)成圖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度模擬、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可視化展示，具有參數(shù)化、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和可輸出性等特點(diǎn)，能夠降低項(xiàng)目成本、提高施工質(zhì)量、縮短工程周期和提升管理水平[8-9]。

BIM 技術(shù)不僅可以應(yīng)用于新建建筑，在既有建筑改造全過(guò)程中也有重要應(yīng)用價(jià)值。在既有建筑改造可行性研究階段，BIM 技術(shù)可提供三維信息模型，且可以考慮周圍環(huán)境的影響，對(duì)改造項(xiàng)目方案進(jìn)行模擬、分析和比較。在既有建筑改造設(shè)計(jì)階段，BIM 技術(shù)通過(guò)三維可視化模型，可調(diào)整建筑內(nèi)部空間、設(shè)備和管網(wǎng)布置，優(yōu)化改造設(shè)計(jì)方案。在既有建筑改造施工階段，利用 BIM 技術(shù)可以合理規(guī)劃施工現(xiàn)場(chǎng)的交通、材料堆放場(chǎng)地、附屬設(shè)施、臨時(shí)房屋和水電管線，優(yōu)化配置資源，提高施工效率。同時(shí)，BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)主、施工方、監(jiān)理之間信息的高效傳遞，實(shí)時(shí)更新工程的進(jìn)度。在既有建筑改造后運(yùn)維階段，BIM 技術(shù)涵因蓋建筑全生命周期，存儲(chǔ)了建筑信息、使用狀況、設(shè)備狀態(tài)、維修記錄、內(nèi)部空間、改造歷史等數(shù)據(jù)，能夠快速準(zhǔn)確獲取所需數(shù)據(jù)，有益于提升管理水平。

BIM 技術(shù)信息管理模塊具有建筑信息記錄、建筑構(gòu)件尺寸測(cè)量、三維可視化表達(dá)和逆向重建等功能，能夠以數(shù)字化的形式實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)既有建筑改造過(guò)程中各個(gè)階段的信息，有效解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理中圖紙損壞、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題?；?BIM 的施工模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況和信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)改造項(xiàng)目進(jìn)度、資源的動(dòng)態(tài)控制。

2.2 三維激光掃描結(jié)合 BIM 技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)在于利用激光獲取測(cè)量對(duì)象的三維空間數(shù)據(jù)，具有非接觸、掃描速度快、測(cè)量精度高、測(cè)程遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[10-11]。該技術(shù)已應(yīng)用于三維地形圖繪制、歷史建筑建模、既有建筑測(cè)繪與改造等領(lǐng)域。

在既有建筑改造領(lǐng)域，建筑圖紙缺乏或精度差，在設(shè)計(jì)階段通常需要進(jìn)行重新測(cè)繪。傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)采用全站儀、測(cè)距儀、皮尺、相機(jī)等設(shè)備測(cè)量建筑關(guān)鍵位置三維坐標(biāo)、細(xì)部長(zhǎng)寬高尺寸、立面照片等數(shù)據(jù)，但繪圖效率、精度低，難于繪制復(fù)雜建筑的細(xì)部輪廓。三維激光掃描技術(shù)可將施工現(xiàn)場(chǎng)以點(diǎn)云數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中，再與 BIM 技術(shù)相結(jié)合建立三維立體模型與施工現(xiàn)場(chǎng)空間模型，可解決既有建筑原始數(shù)據(jù)不足的難題。

三維激光掃描技術(shù)獲取既有建筑的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并結(jié)合BIM、GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）和仿真技術(shù)建立三維可視化模型，如圖 2 所示，可優(yōu)化改造設(shè)計(jì)方案。在改造過(guò)程中通過(guò)模型比對(duì)定期進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)施工結(jié)果的可視化。同時(shí)，利用三維激光掃描技術(shù)和 BIM 技術(shù)監(jiān)控既有建筑使用狀況和設(shè)備信息，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠提升其改造后運(yùn)維管理水平[8]。

圖2 三維激光掃描與 BIM 技術(shù)在既有建筑改造中的應(yīng)用

3 既有建筑改造工程質(zhì)量管理

既有建筑改造的具體環(huán)節(jié)和環(huán)境條件不同于一般新建建筑工程，其工程質(zhì)量管理具有以下明顯特點(diǎn)[12]。

（1）既有建筑改造需兼顧建筑改造前、后質(zhì)量。改造前需分析地基性質(zhì)、受力、變形等，選擇對(duì)結(jié)構(gòu)主體無(wú)損害或損害較小的施工工藝，不影響原建筑結(jié)構(gòu)功能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（2）既有建筑改造施工對(duì)建筑物及其周邊造成干擾，施工環(huán)境更加復(fù)雜。建筑物周圍可利用空間狹窄，不便于材料運(yùn)輸、堆放及設(shè)備安裝，且施工將對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

（3）既有建筑改造項(xiàng)目利益主體復(fù)雜，項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)難統(tǒng)一。既有建筑改造涉及業(yè)主、投資方、施工方、居民、臨近建筑等多方利益，各方對(duì)改造項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)的差異性導(dǎo)致工程質(zhì)量管理困難，施工管理過(guò)程協(xié)調(diào)工作復(fù)雜。

針對(duì)既有建筑改造工程質(zhì)量管理面臨的難題，采用有效手段提升既有建筑改造工程質(zhì)量管理水平迫在眉睫。① 既有建筑改造需要加強(qiáng)對(duì)管理人員的培訓(xùn)，提高其職責(zé)素養(yǎng)和管理水平。相關(guān)部門應(yīng)定期開展管理培訓(xùn)教育工作，促使管理人員更新知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升專業(yè)技能，增強(qiáng)管理和安全意識(shí)，在改造過(guò)程中能夠充分發(fā)揮其管理職能。② 提供針對(duì)具體改造項(xiàng)目的規(guī)范化、精細(xì)化和個(gè)性化規(guī)律，有效確保既有建筑改造資金的合理利用、優(yōu)化資源配置，提高項(xiàng)目的施工質(zhì)量和效率，并采用科學(xué)的成果管理模式，促進(jìn)各部門協(xié)調(diào)合作。③ 由于既有建筑改造活動(dòng)涉及工程招投標(biāo)、相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的選用、施工質(zhì)量與安全、信息公開化等監(jiān)管內(nèi)容，因此政府和項(xiàng)目各參與方應(yīng)積極采取市場(chǎng)準(zhǔn)入、價(jià)格、信息、質(zhì)量等方面的監(jiān)管手段，加強(qiáng)既有建筑改造項(xiàng)目的全面監(jiān)管。④ 加強(qiáng) BIM 技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)等新技術(shù)在既有建筑改造工程質(zhì)量管理全過(guò)程中的應(yīng)用。通過(guò)合理運(yùn)用 BIM 技術(shù)，整合改造過(guò)程中的參數(shù)信息，結(jié)合數(shù)字化、智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的快速、有效傳遞，減少人員投入和人為失誤，提高既有建筑改造工程質(zhì)量管理效率。

4 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)既有建筑存量巨大，在建筑結(jié)構(gòu)安全、運(yùn)營(yíng)能耗、使用功能等方面均存在一定問(wèn)題，亟須采取改造技術(shù)改善既有建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境、安全性和使用功能。本文總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)既有建筑改造發(fā)展現(xiàn)狀，分析了既有建筑改造分類方法、改造前檢測(cè)與鑒定、改造設(shè)計(jì)原則、改造過(guò)程中存在的問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，提出了三維激光掃描技術(shù)結(jié)合 BIM技術(shù)能夠有效解決既有建筑改造中存在的問(wèn)題，如缺乏原始數(shù)據(jù)、圖紙精度差、工程管理工作量大和信息可追溯性差等，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。最后，分析了既有建筑改造工程質(zhì)量管理的復(fù)雜性，探索了提升既有建筑改造工程質(zhì)量管理水平的手段。