历史建筑的保留与再生的应用论文
摘要：以上海市第一人民医院改扩建工程施工为背景，介绍了紧邻其深基坑的历史建筑加固与改造技术。通过对历史建筑和施工难点分析，并采取针对性的技术措施，成功地将历史建筑保留且焕发新生，对中心城区的医院改扩建施工有一定的借鉴意义。
关键词：历史建筑改造；医疗建筑；保留与再生；加固措施
目前我国大多数医院都是新中国成立后新建并于20世纪80年代改扩建的，空间规模和形式已远不能适应新的医疗流程和设备要求。另外，许多医院未能对有限的土地加以充分利用。低效率的建筑布局以及陈旧的设计策略在聚集了过多人流的同时，又不能在空间和时间上给与其有效的组织和疏散，这给城市交通带来很大压力，制约了城市未来的发展。因此，历史建筑的保留与再生越来越多地被运用于城市更新，尤其是医疗建筑改扩建工程之中。
1工程概况
1.1工程简介
上海市第一人民医院改扩建工程，项目占地面积8320m2，总建筑面积48852m2，其中地上建筑面积35352m2（含改建历史建筑面积5903m2），地下建筑面积13500m2（地下3层）。新建主楼（A楼）15层，建筑高度61.6m，历史建筑（B楼）4层，建筑高度16.4m。在A楼和B楼之间建设1层连接体，在武进路上空建设2个跨街连廊与南院区连通。
1.2周边环境
本工程场地位于上海市哈尔滨北路以南，九龙路以西，武进路以北区域。新建A楼基坑周围建筑数量多、距离近。基坑西侧为优秀历史保护建筑消防站，基坑南面为武进路，武进路南侧为第一人民医院南院建筑，基坑北侧为历史建筑B楼，历史建筑的北侧为老旧居民区，基坑东侧九龙路以东为虹口港（图1）。
1.3历史建筑改造方向
历史建筑B楼原为虹口中学教学楼（规划归医院使用），为一幢4层建筑（图2），建筑总面积为5903m2，其中1～4层建筑面积为1446m2。教室位于北向，南侧为走廊，教室进深为7.05m，走廊宽为2.80m。项目拟在该教学楼以南地块新建建筑，且对该教学楼进行加固改造后使用。此举既充分尊重城市历史和文化，使城市的文脉得以延续，又是绿色环保的一大创举，在节约建材的同时亦减少了拆除过程中废弃物的排放。由于医院的使用需要，要求流线短、布局紧凑，部分诊疗用房面积较大。老建筑由于平面的形状、开间及进深限制，难以满足医院诊疗用房使用方便、面积合理的要求，对老建筑进行再利用只能作为对空间进深、荷载要求、机电要求较低的房间。改建后1层功能为急诊诊室、成人输液、住院辅助办公等。1层在新建建筑和历史建筑之间的西南侧设置了连接体，作为急诊大厅。2层、3层为整个院区职能部门的办公用房，4层为与科研相关的示教室、教研室、多功能厅等，屋面设置屋顶绿化。在垂直交通上增设2部电梯，方便医院内部工作人员的上下联系。
2主要施工技术难点
2.1基坑施工环境复杂，保护要求高
本工程新建基坑北侧就是历史建筑B楼，距离基坑最近为1.8m，B楼一部分为4层框架结构，钢筋混凝土条形基础（条形基础下设短桩及砂石垫层），建筑另一部分为砌体结构，砖砌大放脚基础。在基坑建设施工过程中，周围环境保护要求很高。
2.2历史建筑结构现状较弱
历史建筑B楼位于场地北侧，平面按长条折线布置，结构体系大部分为钢筋混凝土框架结构，局部为砖混结构，填充墙为青砖墙，楼板为预制空心板，柱间跨度以2.76m为主，建筑的进深及层高较小，结构的载荷能力较弱，现改造为第一人民医院急诊及办公楼。改造后使用功能发生变化，根据相关规范及要求应对其进行结构加固，使其满足医疗建筑的荷载和抗震规范要求。
2.3历史建筑立面修复要求高
历史建筑B楼立面风格为简化的三段式结构，立面细部主要以水泥粉刷为主，底层为水刷石墙面，中段和上段为水泥砂浆斧剁等技法形成的较为粗犷的墙面，三段之间为水泥粉刷的线脚，底层线脚水平贯通，形式较为突出。外立面修复以修旧如旧的保护原则为指导，通过对史料记载、现状建筑的`研究及同时期相同类型建筑的调研，对其进行全方位的修复。
3主要施工技术措施
3.1历史建筑基础加固措施
历史建筑B楼原为混凝土柱下条形基础，根据计算，原有基础可满足上部结构荷载要求，但由于本项目新建A楼地下室与历史建筑B楼距离平均仅约3m，且地下室深度达15.2m，地下室施工过程中无法确保B楼的变形及沉降要求。根据专家咨询意见，在基坑施工前需要对B楼进行基础加固，其中B、C、D区在原有条形混凝土基础的前提下，在十字地梁交叉位置新增承台64个，承台施工完成后进行静压锚杆桩施工，桩径245mm，桩长33m，总数288根。设计承载力标准值为500kN，极限承载力1000kN，以此来提高承台承载力，有效控制地下连续墙及基坑施工阶段建筑整体沉降导致的建筑变形。
3.2控制对历史建筑扰动的措施
在靠近历史建筑B楼侧的槽壁加固施工时，为减少对土体的扰动，采用五轴搅拌桩FCW-A工法，达到桩内土压力平衡的状态，最大程度地降低施工对周边土体的扰动。同时在施工过程中，同步监测建筑物，根据监测数据实时调整五轴搅拌桩的施工速度。
3.3历史建筑上部结构加固措施
根据结构抗震检测报告，历史建筑B楼现有结构不满足规范要求，并结合本单体改造需保护原有外立面及后续使用年限40a的特点，主要采取如下改造加固措施（图3）：1）外排柱采用在建筑内侧增大截面加固，以改善原混凝土强度偏低的问题。2）中柱采用湿法外包钢加固，以改善原混凝土强度偏低、轴压比偏高的问题，同时对原箍筋加密区及梁柱核心区进行补强。3）纵向框架边梁采用单侧增大截面加固，以改善原混凝土强度偏低的问题。4）纵向框架中间梁采用三侧增大截面加固，以改善原混凝土强度偏低的问题，同时对原箍筋加密区进行补强。5）横向框架梁采用湿法外包钢加固，以改善原混凝土强度偏低、轴压比偏高的问题，同时对原箍筋加密区进行补强。6）在楼板支座处采用粘贴碳纤维布进行加固。7）历史建筑楼装饰面层凿除，内隔墙拆除后采用轻质材料作为后期隔墙。8）施工中对原混凝土结构损伤情况进行详细调查，锈蚀钢筋除锈后采用环氧树脂进行保护并用聚合物砂浆粉刷恢复保护层；混凝土裂缝采用环氧树脂灌封胶封闭，较严重部位再采用碳纤维布进行构造补强。9）因建筑功能调整造成的楼梯间移位等的局部改动，采用混凝土结构直接浇筑。
3.4利用BIM技术的管线综合模拟
面对医疗建筑的纷繁复杂与历史建筑存在的进深及层高狭小问题，通过BIM技术对所有的管线进行模拟，利用直观的三维模型，有效解决在狭小的空间层高内完成所有管线的问题。相较原先设计方案采用空调顶送风系统，考虑到保留建筑层高只有3.6m，既要保证今后建成的空间效果，又要保证使用功能，对空调系统进行了优化，采用侧送风系统，这样既能增加吊顶高度又能营造良好的办公环境。
3.5历史建筑的立面修缮
历史建筑外立面比较有特色，立面风格为简化的三段式结构，3个不同时期建造的连接处为垂直方向凸出的楼梯间，在顶部有特殊的细部处理。建筑的窗间墙自然形成了水平方向的节奏感，窗间墙以扶壁柱的形式出现，外墙的水泥粉砂相对比较细腻。此外在窗台下沿、楼梯间出入口等处有圆柱支撑的门斗等建筑细部处理。历史建筑立面主要通过4个材质和色彩区分，分别是：水刷石材质的底部基座；深色壁柱（原建筑为浅红色）；窗户层间的拉毛材质；窗台与窗户顶部色带的收边（浅色涂料）。经专业测绘部门对建筑原状做详细测绘之后，对风化缺损、裂缝及损坏严重部分的外墙按照原样修整，色泽和质感应与未风化的部分保持基本一致。同时对外墙面用无色透明、无反光的材料进行防水防潮处理。由于历史建筑历经多次修复与加建，现还对历次修复中不协调的瑕疵进行整理，确保完成时外立面的统一。原立面有深色划分线条，在修复时也按照原样用深色砂浆划出。原立面上损坏严重的20世纪八九十年代安装的实腹钢窗也需拆除，根据国家及上海市关于公共建筑节能的要求，采用断热型材中空玻璃窗代替，型材尽量选用纤细的框料，玻璃的划分参照原钢窗形式设计。断热型材框料横截面比实腹钢窗横截面大，为达到原立面效果，在窗中梃的两侧增加一个层次的装饰压条，同时采用玻璃贴条的做法划分大块的窗，满足原钢窗的分割。
3.6结合医疗建筑的功能布局、装饰效果
历史建筑原作为教学楼，单廊式的布局是非常合理的，走廊和教室都有良好的通风采光，进深适宜，层高舒适。然而医疗建筑对空间的要求与教学楼对空间的要求相去甚远，如何将医疗建筑的需求与已有空间形式完美地结合，从而实现历史建筑的活力再生，是项目的难点。1层作为急诊急救的主要楼层，大部分空间都必须被紧凑地利用。历史建筑北侧西段轴线间距2750mm，在急诊急救中，急诊诊室是廊道式的小开间格局，每间诊室的合理宽度大多为2500～3100mm，历史建筑满足此需求。为方便使用，急诊大厅需连接预诊、挂号收费、药房和急诊诊室。与使用科室沟通后，确认历史建筑西侧4跨的范围，若将原走道与教室都利用起来，可满足急诊药房的需求。常规设计中，急诊输液需要一个大空间，以逐排放置输液椅、输液架和医用气体设备带。本项目中，去掉原教室的隔墙形成长向的大空间来摆放输液椅，利用原走廊作为交通空间，形成有特色的输液厅。根据GB51039—2014《综合医院建筑设计规范》规定，发热门诊须有独立的出入口，历史建筑狭长的形状为这一要求提供了便利。历史建筑的东侧远离主要出入口，将小开间的格局改造为独立的发热门诊既满足了规范要求，又便于独立管理。根据医院规划，院内行政办公在改扩建项目完成后由武进路南侧院区的行政楼搬迁至武进路北侧院区。将教学楼改造为办公室的可行性较大，二者在对建筑布局、层高、通风、采光等方面要求也较相似，可通过较小的工程改动达到改造再利用的目的。历史建筑2、3层总面积仅2900m2，只能满足办公室的面积需求，原行政楼还有会议室、档案室等需就近布置，于是将历史建筑4层作为会议中心，西侧为档案室，既方便使用又实现动静分区。历史建筑的屋面原有繁茂的屋顶绿化，且与另一历史建筑“1933老场坊”仅隔一河道不宽的虹口港，是天然的景观带。为保留历史原建筑的意境，同时也为有限的场地提供最大面积的绿化景观，在对历史建筑进行结构加固、节能改造之后，仍然恢复屋顶绿化。屋顶绿化的设计顺应屋面的形状，为线形景观带，屋面有若干为建筑服务的设备外机，也同绿化进行整体设计。
4实施过程
历史建筑B楼基础加固施工→五轴槽壁加固施工→新建A楼基坑施工→历史建筑B楼拆除施工→历史建筑B楼结构加固施工→历史建筑B楼安装、装饰施工→历史建筑B楼外立面恢复施工。
5结语
1）本工程采用加固与改造措施，成功地使上海市第一人民医院历史建筑B楼焕发新生，恢复了历史风貌，具有相当的社会价值。2）本次改扩建工程对中心城区医院改扩建施工具有一定的借鉴意义，尤其是在用地紧张、基坑控制要求高、历史建筑改造施工相结合的环境中。3）考虑历史建筑在空间上的不足，如何合理地进行功能布局，将医疗建筑的需求与已有空间形式完美地结合，从而实现历史建筑的活力再生，是项目的难点。4）医疗建筑生命周期短，更新改造迅速，合理采用先进的施工技术，利用历史建筑保留与再生是解决中心城区医院改扩建困境的有效手段。
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