王常霖：山東建筑大學土木工程學院工程碩士
吳 珍：山東大學土木與水利學院教授
一、既有建筑改造的意義
我國當前擁有大量上世紀八、九十年代左右設計和建造的建筑物，由于其使用時間較長，再加上受當時經濟、技術條件的限制，這些建筑物已經遠遠跟不上當前經濟發展的速度以及人們對建筑的使用要求。但實際情況是，這些建筑物的使用壽命還遠未達到極限壽命，其結構仍堅固如初，或者因歷史久遠，本身已經沉淀了豐富的歷史和人文價值，拆除重建十分可惜。將這些建筑進行改造后重新利用，對于減少社會財富的浪費，保持城市歷史文化發展的連續性都有重要的意義。
既有建筑的改造通常包含以下幾方面內容：建筑內外裝飾、水電暖、智能通信、空調通風系統等改造。本文僅從建筑外裝方面，就建筑幕墻在既有建筑改造中的運用進行分析和探討。
二、建筑幕墻設計對于既有建筑改造的意義及分析
1、形象改造
值得進行改造的既有建筑往往年代不算久遠，但限于當時的經濟條件和技術水平，外立面裝飾通常比較簡單，比如說貼面磚、刷涂料等。經過時間的洗滌，用現在的眼光來看，形式比較陳舊，缺乏亮點。而采用建筑幕墻對既有建筑進行外裝飾改造，是獲得一棟美觀適用的現代化建筑的一種經濟、合理、快捷的途徑。建筑幕墻就像是一件華麗的新衣，將舊建筑重新包裝，使其煥發生機。進行形象改造時，需要注意以下幾點：
1)應盡量遵循建筑的原結構形式進行設計。
形象改造要在原建筑結構形式的基礎上進行裝飾設計，因勢利導，并充分考慮其經濟性。建議不要過多或過大的改變原建筑造型，因為這必然會導致建筑結構形式與其匹配，從而帶來成本的較大提高。
2)應充分考慮周邊環境或者對周邊環境的影響。
圖片一
建筑幕墻立面的改造設計，應與周圍文化、建筑特點相匹配，進而選擇恰當的幕墻形式。不然即使外觀設計的再美輪美奐，也會顯得突兀，格格不入。以廣州航道局辦公樓(圖片一)改造工程為例，該建筑坐落于珠江岸邊，原外形是一個長方體，以現在的審美觀點來看，呆板、單一。由于它的周圍擁有非常優美的江景資源，所以改造設計上優先選用了完全通透的隱框玻璃幕墻，從室內觀看江景，也更加通透，一覽無遺。同時，為了增添建筑物的活力，在其四個角上均做了上大下小的喇叭形狀的玻璃筒，立面效果也采用了凹凸結合的形式，極富韻律感。改造后的辦公樓仿佛一顆璀璨的明珠，嵌于珠江美景之中，融為一體。該工程充分利用了周邊環境的有利影響，提升了建筑物的使用價值，值得借鑒。
2、節能改造
截止到2011年底,我國城鎮節能建筑僅占既有建筑總面積的23%，所占比例很小。特別是20 世紀八九十年代建造的這批建筑，往往很少考慮節能要求。其外墻一般為240mm厚的實心黏土磚墻，窗戶則大部分為密封性能較差的單層玻璃鋼窗、塑窗、鋁窗等，公建建筑即使采用了玻璃幕墻作為外裝，其大部分也未采取任何的保溫隔熱措施。這些大量沒有任何節能措施的既有建筑，保溫隔熱性能差，導致采暖和制冷設備系統效率很低，耗能嚴重。建筑耗能的急劇增加，不但加重了地方財政、單位和居民的采暖負擔，還造成大氣污染，影響了生態環境質量。因此，對既有建筑進行節能改造，避免能源浪費，提高建筑熱舒適度，已成為我國當前緊迫的、必須盡快解決的重大問題。
對于既有建筑可以采取的節能改造措施有很多，例如外墻外保溫、屋頂改造、節能門窗、采暖系統改造、太陽能技術、空調和照明節能改造等。根據現有建筑節能改造工程的寶貴經驗來看，改進建筑外圍護結構熱工性能對于既有建筑節能改造的效果最明顯。對于住宅來說，外墻外保溫和門窗的節能改造，效果最好。而對于公建來說，采用建筑幕墻并進行節能改造設計則是一個不錯的選擇，既滿足了外觀效果的提升，又有良好的節能效果。但我們也應該清醒的認識到，建筑幕墻尤其是玻璃幕墻也給我們帶來了負面影響，如高能耗、光污染和溫室效應等,給節能帶來了巨大的挑戰。據統計，建筑耗能已達全社會能源消費量的27.6%，而建筑能耗的50%與門窗幕墻有關。雖然在人們的努力下，幕墻建筑的耗能已經有了大幅度的降低，但仍未達到理想的效果，建筑幕墻節能工作任重而道遠。
三、建筑幕墻在既有建筑改造中所面臨的問題與應對
與新建建筑相比，既有建筑改造的設計和施工是一項更為復雜的工作，其所面臨的問題也更多。概括的說，它是對既有建筑從空間、形體到裝飾的全面變更，但這種變更的重要前提是保持原建筑的基本結構與空間，因此是在諸多固定因素所構成的既成框架之上進行的再創造。由于對象的特殊性，既有建筑的裝飾設計方法與新建建筑有很大的不同。從某種意義上講，對既有建筑的改造再利用更能體現出一個設計師對空間環境的敏感性與創造性，因此也更富有趣味性與挑戰性。
1、方案制定時應反復論證，確有必要時應聘請專業機構進行可行性評估。
一般在地價較高的繁華地段，且建筑物本身使用功能仍可滿足要求的情況下，進行改造往往具有較好的經濟效益;而在地塊廉價的情況下，能否比新建更省錢，則需要做出具體分析。只有在權衡利弊后，認為確有必要時，方才進行既有建筑的改造工程的設計和施工，這是一個謹慎的決策過程。否則進行既有建筑的改造非但不會節約成本，反而會遇到很多棘手的問題，其技術、工期，成本，使用上都會受到不良影響，反而弊大于利。
2、利用建筑幕墻對既有建筑進行空間改造應注意功能上匹配和形式的創新。
一種建筑功能的附加總要有與之相對應的建筑空間，這時就必然要對原有建筑空間進行調整。利用建筑幕墻進行建筑空間的改造要求設計師對建筑空間的相關要求應有較好的理解和把握。在滿足基本功能要求的同時，設計師還可以尋找有利的因素去創造建筑氣氛。
進行建筑空間改造通常有如下模式：
1)加頂棚(采光頂)
許多既有建筑，尤其是體積、面積較大的建筑往往有內院或天井，在現代審美觀點下，可以在庭院上空覆蓋玻璃采光天棚，將庭院變成一種室內外交融，上下流動貫通的共享空間，從外觀上看是封閉了，但實際上串聯了室內外環境，有效的擴大室內使用空間，變室外為室內，提高了建筑物的空間利用率。
圖片二
倫敦一處古典主義風格的博物館(圖片二)，其大庭院上空被一尺度巨大的玻璃屋頂所覆蓋，形成一個充滿陽光的室內中庭。這是著名建筑師諾曼·福斯特的杰作。
2)建筑物外輪廓水平向外擴展
建筑幕墻本身就是建筑的外表皮，其外輪廓線位置在一定的技術范圍內我們是可以進行控制的。通常我們可以將建筑幕墻的外皮位置向外擴展，這樣就相當于建筑物的水平空間擴大了，挑出一定空間并進行加固后，可以作為觀景飄窗，也可放一些休閑座椅或做它用，在感官和使用功能上都有所提升，這也是目前最常用的建筑空間改造方式。
圖片三
山東省胸科醫院(圖片三)，該建筑南面部分均為獨立的病房區，原病房內部使用空間很小，不滿足業主關于房間內安置衛生間，改善病患住宿條件的要求。工程采取了在原土建結構位置進行加固并外加豎向鋼框架的形式向外延展，而玻璃幕墻則以該鋼框架為承重結構再懸挑處一定距離，這樣水平空間就得到了進一步擴大。而建筑南立面的中部公共區域向外擴展后經過內部封修形成了觀景飄窗，或可以放置一些供病人臨時休息的座椅，該項改造得到了業主的肯定，增加了建筑的使用功能。
3)加高屋頂幕墻
有些高度較矮的建筑可以人為拔高建筑高度，這里所說的人為拔高就是指通過安裝輕鋼結構的方式，在屋頂位置加高屋頂使建筑豎向拉伸，從室外看是增加了建筑物的高度。有時，某些上人屋面進行加固后，在結構承載力驗算允許的前提下，甚至起到了加層的作用，從而進一步擴大了使用空間，重新構筑了新的建筑空間。這種處理手法的合理運用，既對外觀有較大的提升，又具有較高的經濟價值。當然，再配合調整幕墻立面分格高寬比例關系的方法，讓幕墻分格高度大于寬度較多，也能夠從視覺上給人以高大、挺拔的感覺。兩種方法相輔相成，起到不錯的效果。
3、結構安全是既有建筑改造的首要問題。
結構對于建筑來說是重中之重，結構不牢、地動山搖，它時刻關系到人們的生命財產安全，兒戲不得。至于結構能否適應既有建筑改造后新的使用情況，則應當經過科學嚴謹的驗算論證，鑒定以確定其現狀，從而為外圍護改造設計提供可靠的依據。
1)有的既有建筑無竣工圖，或者即使有竣工圖也并不詳細，缺乏有效的數據作為參考。這時需要請專業的勘察單位進行現場勘探測繪，校核原始數據，從而得到建筑物的真實數據。因為設計和施工就是據此進行，不要小看這一點，不然蒙著眼設計和施工，后續問題會很多。
2)當時間和資金有限，不可能對整個建筑結構構件進行檢測和鑒定時，可以只對承受幕墻體系所設計的構件，例如對位于傳力路線的邊梁進行鑒定，以確保幕墻體系的設計和施工可以滿足現行規范的要求，當不滿足受力要求時，必須聘請專業的建筑加固單位進行加固補強，方可進行下一步施工。目前比較成熟的結構補強的方法主要有預應力加固法、粘鋼板法、碳纖維法、改變結構傳力途徑法、加大截面法、外包鋼法等等，實際應用中應根據實際情況選擇經濟適用的方法。
3)有的時候，構件在進行加固前，可以就其外觀形式與室內裝飾設計師進行討論再確定，理想的情況下構件的加固形式也可作為一種新的審美要素來對待。這些構件非但沒有增加贅感，反而成為了室內裝飾的點睛之筆，提升了建筑物的室內裝飾效果。
四、建筑幕墻在既有建筑改造中可以賦予其新功能
為適應人類生活方式的復雜化和社會功能多元化復合的要求，提升建筑物的使用價值，給建筑物賦予新的生機。可以將許多單一功能的既有建筑改建成了混合功能的建筑，賦予既有建筑新的功能和亮點。隨著幕墻建筑在我國的普及，建筑幕墻技術在我國也得到了長足的發展，其中玻璃幕墻技術含量最高，更是涉及了多領域、多學科，其面板材料——玻璃的特殊性(通透、易加工等)也促使它易于與太陽能技術相結合。筆者認為，可以從光伏、光熱、光亮三個方面賦予既有建筑新的功能，提升建筑物的使用價值：
1、光伏幕墻。
一方面光伏幕墻是建筑物的外圍護結構，需要達到建筑美學的要求，同時又具有普通幕墻遮風、避雨、抗風與抗震的能力。另一方面它又具有發電的功能，可以供給建筑物本身的用電要求，多余的電甚至可以并網，又有一定的經濟效益。
2、光熱幕墻。
光熱的基本原理是通過太陽能收集裝置將太陽的輻射能收集起來，收集的輻射能再與傳熱介質相互作用轉換成熱能，并加以利用。光熱幕墻除具備常規幕墻的功能外，同時還具備了相應的附加功能：如為建筑物提供熱水，冬季采暖、夏季制冷等。
3、光亮幕墻。
光亮利用實際上是光電在功能上的深化，它的基本原理就是光電技術和LED亮化技術。LED是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體發光器件，可以直接發出各種顏色的可見光，尤其是采用LED顯示屏控制技術后更是實現了色彩和圖案的多變性，因此它是一種可隨意控制的"動態光源"。與傳統光源相比，LED低功耗，壽命更長，因此使調節明暗，頻繁開關成為可能，更有利于在夜晚建筑美化中的應用。所以我們將其與幕墻相結合，在幕墻上表現出各種圖像，播放、演示固定或活動的圖案，提供了一種具藝術特色的與城市環境進行交流形式，豐富了建筑幕墻在夜晚的表現力。
五、結語
在西方發達國家，由于物質文明已高度發達，加之人口增長緩慢，新建項目已相對較少，而對物質文明的改造和重新利用在基建項目中占有很大比例。當前我國經濟正蓬勃發展，城市開發如火如荼，基建項目則多以新建為主。國情雖然不同，但關于既有建筑改造問題的研究對于我國仍具有重要意義。西方國家走過的路，可以作為前車之鑒，讓我們看清前進的方向。可以預見，既有建筑改造必將在我國城市建設中扮演越來越重要的角色，對從事建筑幕墻設計和施工的從業人員來說，它帶來的將是一片富有挑戰性的嶄新天地。
既有建筑改造在我國尚處起步階段，可以參考的資料和成功的經驗不多，加上筆者水平有限，文章中的觀點和論述有誤之處歡迎批評指正。
【參考文獻】：
1、孫美南.《珠江岸邊舊辦公樓的外墻裝飾改造的探討》.《中國建設信息》2004年第8期;
2、薛言波、趙繼龍.《樓房翻修與外形裝飾——實例圖解》.山東科學技術出版社;
3、邊穎.《建筑外立面設計》.機械工業出版社;
4、劉小玢、陸可人《淺談既有現代辦公建筑的改造》;
