陳卓逸 褚作勇

（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

我國(guó)現(xiàn)在整體上已進(jìn)入了工業(yè)化中期的后半階段，這就意味著將面臨大量工業(yè)廠房閑置以及更新和換代。但由于我國(guó)的舊工業(yè)廠房改造發(fā)展較晚，暫未形成完整的建筑理論體系，在改造過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)價(jià)值的考慮往往高于歷史價(jià)值的考慮，不少具有地方特色的建筑面臨著拆除的風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)建筑的歷史與文藝氣息的融合是一座城市的藝術(shù)名片，所以在城市發(fā)展過(guò)程中，廠房改造問(wèn)題不容忽視，應(yīng)把握好經(jīng)濟(jì)發(fā)展和歷史文化的平衡。近年隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，BIM技術(shù)逐漸被應(yīng)用于城市建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中?；贐IM技術(shù)對(duì)舊工業(yè)廠房進(jìn)行改造，了解舊工業(yè)廠房的建筑結(jié)構(gòu)，功能組團(tuán)特點(diǎn)以及目前的生存現(xiàn)狀，利用建筑師的創(chuàng)新思維，為廢棄的工業(yè)廠房探索出一條適合重生的道路。

1 BIM建筑信息參數(shù)化

對(duì)于傳統(tǒng)的二維平面繪圖來(lái)說(shuō)，若產(chǎn)生設(shè)計(jì)修改，則需單獨(dú)更新各類圖紙信息，工程量大、耗時(shí)多、易出錯(cuò)。而B(niǎo)IM技術(shù)的建筑信息化模式可以很好地解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)圖紙間同一構(gòu)件的關(guān)聯(lián)，同時(shí)形成更加準(zhǔn)確的表達(dá)。使用傳統(tǒng)二維圖紙的另一個(gè)不足之處就是容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際的偏差，如施工過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)建筑與周邊環(huán)境的沖突、建筑結(jié)構(gòu)與管線的碰撞等一系列問(wèn)題，這樣往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程延期、資源浪費(fèi)等現(xiàn)象。而B(niǎo)IM 技術(shù)將二維平面與三維可視化相結(jié)合，在施工前期就可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷，并提前解決矛盾點(diǎn)，從而提高了建筑施工的效率。

2 BIM在綠色建筑中的應(yīng)用

BIM技術(shù)可以運(yùn)用于整個(gè)建筑生命周期，包括三維設(shè)計(jì)、三維分析、數(shù)字化施工與管理、數(shù)字化運(yùn)維與改建等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)建立三維模型，分析建筑采光、照明、保溫、隔熱等一系列綠色能耗問(wèn)題，使得建筑師更加快速地發(fā)現(xiàn)整體布局中的不足，從而加快優(yōu)化和改進(jìn)[1]。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，將綠色節(jié)能理念貫穿其中，堅(jiān)持環(huán)保，符合當(dāng)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求，減少建筑材料污染、光污染、聲污染等。

2.1 舊工業(yè)廠房的改造價(jià)值

廢舊工廠在改造上有許多可直接利用的資源，例如以下幾點(diǎn)[2]：

（1）市政設(shè)施較完善。由于廠房作為城市工業(yè)生產(chǎn)空間，擁有著建設(shè)和市政基礎(chǔ)設(shè)施的便利連接。對(duì)工業(yè)廠房進(jìn)行改造時(shí)，可以充分地利用原有的給水、排水、電力等基礎(chǔ)線路。

（2）路網(wǎng)發(fā)達(dá)。園區(qū)內(nèi)部會(huì)有大型的運(yùn)輸車輛，一般道路較寬，并且路網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，在改造設(shè)計(jì)時(shí)便于利用。

（3）建筑空間跨度大，凈高大。這種大空間為改造為公共活動(dòng)空間提供了場(chǎng)地條件，使得內(nèi)部空間的重置具有一定的改造靈活性和便利性。可以極大程度上保留原有結(jié)構(gòu)，同時(shí)室內(nèi)空間又進(jìn)行重新整合分割，可以組合形成不同的使用空間。

（4）建筑荷載承受能力大。工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)由于存放大量的重型機(jī)器，承載力一般較大，墻體厚實(shí)，堅(jiān)固耐用。

2.2 BIM技術(shù)在綠色廠房上的應(yīng)用思路

廢棄廠房在場(chǎng)地規(guī)劃和建筑結(jié)構(gòu)改造上，原本場(chǎng)地空間條件與設(shè)計(jì)目標(biāo)和需求之間產(chǎn)生沖突。此時(shí)則需要運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行前期分析。在綠色廠房改造過(guò)程中，引入BIM技術(shù)應(yīng)用，對(duì)項(xiàng)目的場(chǎng)地、建筑單體、內(nèi)部空間、管道線路等基本情況建立可視化三維模型，更加直觀有效地進(jìn)行建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用參數(shù)化信息模型，可以形成多專業(yè)協(xié)調(diào)配合的模式，采用三維施工模擬、管線碰撞檢測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)建筑施工時(shí)的沖突問(wèn)題并進(jìn)行解決，使得建筑施工過(guò)程更加效率和科學(xué)。并且對(duì)于廠房原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響較小，減少了建筑能耗，同時(shí)也優(yōu)化了廠房的空間布局。

根據(jù)廠房現(xiàn)存的圖紙和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研獲取的建筑數(shù)據(jù)，構(gòu)建族文件并建立初步的建筑信息模型。將已完善好的建筑信息模型置入斯維爾綠色建筑軟件中，得出建筑的室外風(fēng)環(huán)境模擬報(bào)告、各部分圍護(hù)構(gòu)件的熱工性能以及其他節(jié)能分析數(shù)據(jù)的具體報(bào)告，結(jié)合綠色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范找出廠房初步設(shè)計(jì)中存在的不達(dá)標(biāo)情況，通過(guò)BIM軟件對(duì)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，進(jìn)而推敲出更加符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的可行性的方案，實(shí)現(xiàn)廢舊廠房轉(zhuǎn)向綠色廠房的項(xiàng)目改造。

3 案例分析

本案例位于安徽省淮南市田家庵區(qū)的安徽省造紙廠內(nèi)，場(chǎng)地西側(cè)為發(fā)電廠，東側(cè)為水廠路，北側(cè)為沿淮路，南側(cè)為電廠路（圖1），根據(jù)調(diào)研安徽造紙廠可以發(fā)現(xiàn)，廢棄的工業(yè)廠房仍有許多可利用的空間與場(chǎng)地，但是因年久失修，導(dǎo)致資源及用地的荒廢。我國(guó)正處于人口過(guò)多、人口用地緊張的形勢(shì)下，如果能夠充分地對(duì)廢棄建筑用地再利用，將能夠緩解這一緊張形勢(shì)，所以本次模擬選取其中一棟廢棄廠房作為主要改造對(duì)象。

圖1 項(xiàng)目位置

3.1 建筑單體現(xiàn)狀分析

從建筑結(jié)構(gòu)上看，廠房辦公空間主要為磚混結(jié)構(gòu)，尺度適中，不同的房間通過(guò)外廊連接為三層建筑，用于工作的車間主體為鋼結(jié)構(gòu)排架，有三層通高的空間，柱跨6m 左右，設(shè)置了局部的下沉空間用來(lái)放置機(jī)器，至今室內(nèi)保留有用來(lái)傳送的繩索。從建筑外觀上看，廠區(qū)內(nèi)部的建筑大多以“灰”“紅”色調(diào)為主，裸露的紅色磚墻，灰色的外墻抹灰，形成了廠區(qū)的整體風(fēng)格。廠房工作間開(kāi)窗較大，辦公空間開(kāi)窗較小，同時(shí)二層擁有陽(yáng)臺(tái)以及休息平臺(tái)。建筑外立面沒(méi)有復(fù)雜的裝飾以及多余的線條，墻體厚實(shí)，符合淮南當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)。

目前廠區(qū)的工作功能單元處于荒廢狀態(tài)，但是辦公區(qū)仍有管理人員在使用。同時(shí)廠區(qū)內(nèi)部仍可以看見(jiàn)一些退休員工以及員工家屬在廠區(qū)進(jìn)行活動(dòng)。通過(guò)調(diào)研可知，廠區(qū)的首要人群為管理人員，其次就是員工及其家屬，而這些人群的年齡普遍偏大，所以在后期的改造過(guò)程中，功能體塊上的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到這部分人群的可參與度問(wèn)題。

3.2 室外風(fēng)環(huán)境模擬分析

合理的空間布局，對(duì)于改善建筑的室外風(fēng)環(huán)境具有重要的影響，促進(jìn)空間空氣循環(huán)，符合我國(guó)的綠色低碳發(fā)展需要。通過(guò)數(shù)值模擬分析來(lái)評(píng)估不同的建筑平面布局對(duì)于室外風(fēng)環(huán)境的影響，經(jīng)優(yōu)化后推出合理的建筑平面布局。《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中提到，夏季需要充分利用自然通風(fēng)以此促進(jìn)良好的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境，要求50%以上可開(kāi)啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差大于0.5Pa。冬季時(shí)，除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不超過(guò)5Pa，避免由于建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差過(guò)大，使得冷風(fēng)通過(guò)門窗縫隙滲透過(guò)多，進(jìn)而造成室內(nèi)熱負(fù)荷增多而不節(jié)能，因此建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差的控制需要體現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的門窗表面風(fēng)壓上。標(biāo)準(zhǔn)要求：迎背風(fēng)面窗平均風(fēng)壓差（絕對(duì)值）≤5Pa。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，該樓的夏季和冬季的室外風(fēng)環(huán)境指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以上。

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱功能分析

如今的建筑節(jié)能中最主要的節(jié)能分析就是對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能分析[4]。原有廠房的外立面為紅磚裸露，屋頂部分殘缺，保溫功能有待完善。分別對(duì)外墻、屋頂?shù)仍黾油獗毓に?，選取熱工性能較好的外窗，同時(shí)對(duì)于建筑進(jìn)行外部遮陽(yáng)構(gòu)造。通過(guò)斯維爾軟件對(duì)于建筑模型進(jìn)行熱工性能分析，如表1所示。由于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)因素都會(huì)對(duì)建筑節(jié)能產(chǎn)生影響，而目前建筑的全年能耗和經(jīng)濟(jì)性主要取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)，如窗墻比、傳熱系數(shù)等。所以本次模擬選取外窗作為主要影響因素，用于分析被動(dòng)式節(jié)能措施給建筑帶來(lái)的影響，選取窗墻比以及外窗導(dǎo)熱系數(shù)作為主要調(diào)整數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化測(cè)試。在不同的天氣或者氣候條件下，人們對(duì)于開(kāi)窗的需求是不同的?；茨鲜心耆照瞻俜致蕿?3%，日照充足天數(shù)180d，日照不足天數(shù)114d。冬季由于沒(méi)有供暖，氣候偏寒冷，所以控制好窗墻比，對(duì)于建筑節(jié)能尤其重要。經(jīng)過(guò)多次窗墻比實(shí)驗(yàn)分析，最終得出符合《公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》的窗墻比，如表2所示。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能表

表2 窗墻比

3.4 建筑結(jié)構(gòu)與材料分析

建筑功能置換后，所需的建筑荷載也發(fā)生改變，局部生產(chǎn)空間的墻體需要拆除，對(duì)原有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。依據(jù)國(guó)家《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367）等要求，結(jié)合綠色建筑設(shè)計(jì)理念，新結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼接，主要材料原有建筑結(jié)構(gòu)加固方法采用植筋技術(shù)，填充墻體采用加氣混凝土砌塊等，其輕質(zhì)隔墻，減輕建筑承重，滿足保溫隔熱等設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

為了促進(jìn)資源利用率，降低能源消耗，提升建筑材料的二次利用，通過(guò)功能置換將廠房進(jìn)行改造和空間升級(jí)，將BIM 技術(shù)與綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，使老舊、廢棄的廠房更新為可提供居民活動(dòng)空間的綠色公共建筑。通過(guò)綠色創(chuàng)新化改造，將廢棄廠房改造成具有歷史記憶、實(shí)際使用價(jià)值的公共空間，緩和了城市用地緊張問(wèn)題，同時(shí)也能帶動(dòng)廠區(qū)周邊業(yè)態(tài)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，更好地推動(dòng)城市的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)此廠房改造設(shè)計(jì)可以遵循以下幾點(diǎn)原則：①常見(jiàn)的工業(yè)建筑一般可改造為開(kāi)放的公共建筑類型，如社區(qū)服務(wù)中心，城市展館、創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園、文化創(chuàng)意中心等；②盡量保留原有廠房建筑結(jié)構(gòu)和基本的建筑外形，使得其歷史價(jià)值得以保留；③在對(duì)舊工業(yè)建筑進(jìn)行改造時(shí)需要對(duì)其原有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)佑，改造后的建筑結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過(guò)安全性檢測(cè)，確保項(xiàng)目在后期投入使用時(shí)的安全性、可靠性；④如原有工業(yè)建筑通常未設(shè)保溫層，氣密性和保溫較差的，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粴夂驅(qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)層進(jìn)行升級(jí)，自身圍護(hù)結(jié)構(gòu)較差的，應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)；⑤舊工業(yè)廠房的建筑立面開(kāi)窗大多較小，不能夠滿足后期使用時(shí)的采光及通風(fēng)，后期改造過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)采光通風(fēng)設(shè)計(jì)；⑥舒適性是建筑改造的第一要求，對(duì)原有廠房的溫度、濕度、采光、通風(fēng)等進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低后期建筑使用時(shí)的空調(diào)能耗。