面向人居安全的老旧小区防坠物方案

张福佳

(大连理工大学建筑与艺术学院， 大连 116023)

老旧小区是指在城市发展早期建造的，且在使用功能和居住安全等方面已不能满足居民现代化生活需求的住宅小区。随着中国经济的可持续快速发展，城市管理进入存量建设时代，老旧小区中大量存量住宅面临更新改造问题，老旧小区的改造属于微改造的城市更新模式[1]，较少进行大拆大建，以不影响居民日常生活为前提，小区的改造内容主要涉及保基本的配套设施、提升类的基础设施和完善公共服务类的内容[1-2]。从技术经济层面来看，老旧小区微改造是一种高效的城市更新手段。伴随着城市化率的逐步提升，城市建设的主要方向由增量建设转为存量提质是一个必须要面对的过程。比中国更早步入城市化进程的欧洲国家在20世纪60—90年代经历了这个阶段，其中英国、德国、法国等国都曾推出旨在改良既有住区，重新赋予住区活力，优化居住体验的相关法案。而在国内外既有老旧小区改造的实践中，对于高空坠物引发的人居安全问题尚未引起足够的关注，也未对高空坠物的防范进行深入的研究。为化解高空坠物所带来的风险，在遵循老旧小区微改造原则的前提下，从人居安全的角度出发，现提出在住宅建筑外墙四周加装外延防护装置的解决方案，对高空坠物进行拦截以阻断坠物伤人途径，以期为解决高空坠物这一难题及老旧小区微改造提供借鉴。

1 老旧小区微改造的研究背景

2017年末，住房和城乡建设部宣布在广州等15个城市开展老旧小区改造试点，以探索城市老旧小区改造新模式，为推进全国老旧小区改造，提供可复制、可推广的经验[1]。2019年中国城市老旧小区改造的大规模启动，标志着中国建筑业迈入新建与加固改造并重的阶段[3]。对于现有老旧小区的改造不仅有助于改善居住质量和减低居住风险，而且可使城市的存量住宅得以有效的利用[4]。2020年计划新开工改造城镇老旧小区3.9万个[2]。与棚户区居住环境改造[5]进行对比，老旧小区改造是在基本保持老旧小区现有建筑格局原貌前提下的一种微改造，通过局部整治、拆建与修缮，使老旧小区的基础设施、公共环境、各项功能、居住舒适度不断完善的一种渐进式改造模式[6]。

中国城市更新的发展空间存在着巨大潜力[7]，老旧小区的改造作为城市更新的环节，是提升居住质量的实用手段，可为城市更新提供有价值的可持续发展机遇[8]。对于居住质量的影响要素除居住环境和居住面积之外，所居住的楼层也是不可忽视的。纵观世界各国的住宅发展，特别是发展中国家，住宅不断增高似乎是带有共性的[9]。根据2011年修订的《住宅设计规范》(GB 50096—2011)规定，住宅按层数划分为低层住宅、多层住宅、中高层住宅和高层住宅。其中低层住宅为一层至三层；多层住宅为四层至六层；中高层住宅为七层至九层；高层住宅为十层及以上[10]。近年来，中国的住宅建筑发展迅速，城市多层住宅的层数以四至六层居多，高层住宅的层数以十层以上为主。在城市现代化的进程中，传统的住宅模式也随之发生着改变，中国城市住宅也经历由低到高的发展历程。随着生活质量的提高和人口数量的增长，人们对住宅的需求量也日益增加，住宅的高层化趋势开始出现，这一趋势尤其是在发展中国家更加明显[9,11]，而住宅的高层化就更加突显出对于高空坠物安全防范的重要性和紧迫性。

2 高空坠物引发的人居安全问题

从世界范围来看，由于西方国家人少地多的情况较为普遍[9]，所以在防止住宅高空坠物方面的研究并不多见。而在中国城市化高速发展和人口密度不断增长的情况下，无论是多层住宅还是高层住宅，一旦发生高空物体坠落事故，会危及人身生命以及财产安全，其后果不堪设想。物体从空中下落的高度越高，对楼下行人造成的危险和伤害程度越大。因此，防范高空坠物对人身造成的伤害已迫在眉睫，是营造安全舒适的住区户外活动空间的必要因素。

在现实生活中，高空坠物的主要原因有人为因素和非人为因素两种。人为因素主要指从楼上抛物引发的事故，多数属于故意为之。非人为因素一方面是由于大自然的风灾导致建筑的户外设施坠落，包括门窗及玻璃、户外照明灯具、户外空调以及固定金属架、户外广告金属架以及施工过程中的攀爬吊装设施等。另一方面，由于老旧小区住宅内部功能设计不够完善，尤其是一些小户型住宅内部的使用空间不足以满足使用要求，导致居民的居住行为通过阳台、窗户等延伸至室外，在很大程度上增加了高空坠物的可能性，是高空坠物事故的潜在隐患[12-13]。

近年来高空坠物事件频繁发生,在2015—2019年期间，仅情况较为严重进入诉讼流程的案件就超过1 700件，高空坠落的物体主要包括外墙面砖、生活垃圾、木制品、砖石及建筑垃圾、钢制品、玻璃制品和其他物品等几大类。从中国裁判文书网中2015—2019年期间立案的高空坠物案件数量不难看出，高空坠物案件数量呈现逐年上升趋势，如图1所示。2019年6月13日，广东省深圳市5岁男童被高坠玻璃砸中，最终抢救无效离世。2019年7月6日，深圳市某儿童被高空坠下的瓶子砸伤[14]。2020年7月15日，重庆市一租户安装空调时，空调室外机从19楼高空意外坠落，砸中楼下过路行人，伤者送医后因抢救无效死亡。全国各地高空坠物伤人事件日益引起社会各界关注，相关部门也结合具体情况采取一定防治措施，常见措施包括：安装电子眼等监控设备以监督楼层住户向外抛物；制定相应的法律法规以规范市民的行为等[12]。监控设备主要是倾向于协助事后调查坠物原因，对于当事者的保护作用偏弱。由于高空坠物问题涉及城市居住环境的安全性，为了有效防范高空坠物对人身造成的伤害，有必要从建筑设计安全的角度出发，对于现有住宅建筑采取防止高空坠物的改造措施，并将其纳入老旧小区微改造的总体设计规划，以便于最大限度地消除此类安全隐患。因此，一种倾向于保护人身安全的防护装置是解决防坠物问题的更优解。

(数据来源：中国裁判文书网)图1 2015—2019年期间高空坠物案件数量 Fig.1 Number of falling objects cases in 2015—2019

3 防止高空坠物的微改造方案

老旧小区住宅在建造时并未充分考虑到高空坠物的安全防范，普遍缺乏阻拦高空坠物的功能构件，不能满足防坠的安全要求。为提高人居环境的安全性，结合老旧小区微改造项目的推广，本方案是在现有住宅建筑外墙四周增设一种防止高空坠物的防护装置，以达到更好地保障居民和行人安全的效果。

3.1 设计原则

一般来说，老旧小区微改造的投资行为不仅要满足技术经济的条件，而且在对老旧小区加装高空坠物防护装置的过程中，应遵循以下设计原则。

3.1.1 经济适用性原则

老旧小区微改造不能通过简单的拆除重建引入开发商出资建设，市场介入老旧小区微改造较为困难，老旧小区微改造资金主要来源于财政支持，面临财政资金紧张和融资困难的问题。以首批试点城市广州市为例，微改造项目以市财政出资为主，区财政、住宅专项维修资金和个人出资为辅。虽然各地都鼓励市场资金介入以拓宽社会投资渠道[1]，而且合理引入社会资金也可减轻政府的投融资压力[15]，但目前在市场资金的筹措方面仍不容乐观，尚需立足于财政资金和维修资金。因此，为使老旧小区的微改造实施得以保障并可持续发展，在所设计安装的防护装置满足防坠功能的前提下，需要考虑减少资金投入、节约成本，以降低整体工程造价。

3.1.2 高效便捷性原则

老旧小区的微改造是相对于整体改造而言的。整体改造是按照小区整体布局与规划进行的大拆大建，从而达到大幅提升小区环境和居住舒适度的效果，而微改造的特点是分区域、分步骤、规模小、多元化[6]。微改造是在现有老旧小区内进行施工改造，主要通过加建、维护和完善配置设施等手段改善居住条件[16]。鉴于此，所设计安装的防护装置需要满足施工简便易行的条件，在尽可能避免干扰居民正常生活的前提下，提高施工效率，最大限度地缩短工期，以利于快速提升人居环境的安全性。

3.1.3 安全美观性原则

为有效化解高空坠物的风险，保证小区住户和行人安全，从建筑设计安全性角度，既要注重所设计防护装置的强度和稳定性，又要考虑节约建筑材料的使用[17]。同时，在老旧小区微改造推广过程中，不仅要提高防护装置的安全性能，而且要尽可能减轻防坠物构件的重量。随着生活水平的不断提高，人们在对建筑功能性和安全性有着较高要求的同时，对于住宅建筑的美感也有着越来越高的要求。尽管有些老旧小区存在基础环境不良和功能不健全等诸多问题，在防护装置的方案设计和材料选择上，仍要结合现有住宅建筑的外观和环境情况，考虑整体的美观舒适度，尽可能提升与原有建筑的协调性。

3.2 设计方案

3.2.1 整体结构

目前现有的类似技术装置对于高空坠物的防护措施主要针对在建的或维修中的住宅建筑，最为普遍的是在建筑施工过程中采用安全防护网。这种防护方式虽然比较简单易行，但所使用的安全防护网仅限于在建筑施工场地内使用，且布设占用面积较大，属于临时性的防护措施，且缺乏美观性和协调性，难以适用于对现有老旧小区住宅建筑的微改造的要求。

为达到对既有住宅建筑进行安全性改造的目的，本方案采取加装防护装置的设计思路，在建筑外墙上形成由若干模组构成的周延装置，属于半永久的装置，且强度和安全系数更高，可以承接较大件的高空坠物。同时，该防护装置在外观设计方面充分兼顾美观性和协调性，适用于老旧小区住宅微改造的要求。

该防护装置每个模组的主要部件包括支架模块、钢缆和安装在支架模块上的柔性板材等，其主体结构示意图(以4个模组为例)如图2所示。支架模块由条形支撑架和三角形支撑架构成，分别通过膨胀螺栓固定于建筑外墙上，柔性板材覆盖于支架模块上。条形支撑架和三角形支撑架在靠近建筑外墙处通过弹簧铰链连接，且条形支撑架和三角形支撑架之间安装有弹簧缓冲结构。条形支撑架上设有若干连接孔，钢缆通过连接孔穿过条形支撑架。条形支撑架的两端分别设有定位安装块和限位块，柔性板材一端可由螺栓通过定位安装块上端的连接块固定，另一端卡在限位块的限位槽中。该装置的装配爆炸图(以单个模组为例)如图3所示。

图2 防护装置的结构示意图Fig.2 Structure diagram of the protective device

3.2.2 材料选择

在对既有建筑进行更新改造过程中，要结合所需解决的问题和任务，对选用的建筑材料进行综合考虑。因此，为更加有效地实现装置的防高空坠物功能，根据设计原则对主要部件的材料进行选择。

如图3所示，作为装置承力结构主体的支架模块，不仅要满足承力的功能，而且要求具有高强度低成本的特性，应选择强度高、整体刚度好、抵抗变形能力强的钢材来制作。作为装置承力结构辅助部件的钢缆需要承受冲击载荷，既要兼顾节约成本和施工便捷等原则，又要考虑其自重和强度要求，在施工安装中应选择承载安全系数适中的钢缆。安装在支架模块上的柔性板材主要体现美观性并保持与原有建筑的协调性，要求选择自身质量轻，具有透光性和阻燃性，并有一定抗冲击性的材料，能辅助承接一些较小的坠物，可选目前广泛使用的工程塑料板。

图3 单个模组的装配爆炸图Fig.3 Exploded view of single module

在老旧小区微改造实施过程中，通过对防护装置所使用材料的合理选择，不仅能使其满足防止高空坠物的功能，而且可以达到降低成本、安装便捷和美观耐用的效果，符合前述的设计原则。

3.2.3 安装和使用

目前有待进行微改造的老旧小区住宅以多层和中高层为主，根据防护装置的结构特点和施工的基本要求，结合老旧小区微改造的特点，将该防护装置固定安装于住宅建筑一层与二层之间的外墙上，距地面高度为3～5 m，具体的安装高度视建筑 第一层的层高而定。这个安装高度既可达到有效的防护作用，也尽可能减小对建筑外墙产生的破坏。同时，由于该装置采用了多重缓冲结构，对自重较大的坠物可以实现有效阻挡。

首先要将支架模块安装在既有住宅建筑的外墙上，按照设计要求确定需要钻孔的位置，用电钻在外墙上钻孔，分别将每组支架模块中的条形支撑架和三角形支撑架用膨胀螺栓固定于建筑外墙上，支架模块所需设置的组数将根据建筑外围的具体尺寸决定。在若干组平行设置的支架模块按照一定的距离依次安装之后，用钢缆从条形支撑架的若干个连接孔中平行穿过，共同组成该防护装置的承力结构，主视图如图4所示。

图4 防护装置的主视图Fig.4 Front view of the protective device

所述条形支撑架的截面呈工字型，且其上水平支撑面的宽度大于下水平支撑面的宽度，条形支撑架剖面图如图5(a)所示，工字型结构可有效地起到加强支架模块抗冲击的作用。在每组支架模块的上面所覆盖柔性板材为方形板状结构，柔性板材一端通过螺栓固定于连接块上，另一端卡在限位块上起到定位作用的限位槽中，限位块示意图如图5(b)所示。

图5 构件细部图Fig.5 Component details view

在该防护装置工作时，普通的高空坠物可被柔性板材和钢缆拦截。当有大质量的高空坠物(如空调外挂机等)落下时，会先与柔性板材和钢缆接触，在这种冲击作用下，条形支撑架将发生形变挤压弹簧缓冲结构和弹簧铰链，起到缓冲作用。即使导致一组支架模块损坏时，仍可在被钢缆串联的其他支架模块的辅助作用下，共同完成拦截坠物的作用。

3.3 方案应用

现有待改造的老旧小区普遍缺乏针对高空坠物的安全防范设施，一旦发生高空物体坠落的情况，会危及楼下行人的生命安全。结合老旧小区微改造项目的推进，本方案选取一处待改造的老旧小区进行实地考察，如图6所示。

来源：作者拍摄图6 改造对象原状Fig.6 Picture of reconstructed objects

为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墙四周增设防护装置的方案。针对既有老旧小区的状况，图7给出了防护装置安装的效果示意图。由于方案中所采用的由支架模块和钢缆组成的复合承力结构，既有利于快速施工，又降低了施工难度和投资成本；同时，支架模块上覆盖柔性板材，可增加防护装置的美观性，并能与既有住宅建筑风格保持协调性，从而解决老旧小区改造中的人居安全问题。

图7 防护装置安装效果图Fig.7 Installation effect picture of the protective device

2020年国务院会议确定，加大城镇老旧小区改造力度，推动惠民生、扩内需。下一步完善小区配套和基础设施、环境、提升养老、托幼、医疗等公共服务水平[18]。随着老旧小区微改造项目的推广实施，可使其内外部功能得到一定程度的优化，进而提高居民生活品质[19]，建立城市老旧小区系统更新的新常态，形成新的经济增长点[20]。

从技术经济层面来看，老旧小区微改造是一种高效的城市更新改造手段。本方案遵循微改造原则，是一种针对高空坠物问题的可行解决方案，尤其适用于老旧小区住宅改造。该防护装置用于化解近年来日益突出的高空坠物风险，属于改善功能的完善类改造，可纳入老旧小区微改造整体方案，以实现对现有小区人居环境经济快捷的微改造，并将为提升城市小区人居安全性做出有益的示范。

4 结论

高空坠物伤人事件的频发，导致人居安全的问题日益突出。结合国家推行的老旧小区改造，在遵循老旧小区微改造原则的前提下，采取了在建筑外墙上加装周延防护装置的解决方案，从而有效地化解高空坠物所带来的风险。

(1)所提方案充分体现建筑设计安全性原则，并兼顾美观性和协调性，可对自重较大的坠物可以实现有效阻挡，解决直接关系居民切身利益的人居安全问题。所加装的防护装置属于半永久性装置，每个模组包括支架模块、钢缆和安装在支架模块上的柔性板材等部件，主体是由支架模块和钢缆共同组成复合承力结构，辅以多重缓冲结构，并根据建筑外围的具体尺寸确定所需设置支架模块的组数。

(2)所提方案不仅满足技术经济的条件，而且施工安装符合高效便捷性的原则。防护装置中的支架模块包括的条形支撑架和三角形支撑架，在靠近建筑外墙处通过弹簧铰链连接，且条形支撑架和三角形支撑架之间安装有弹簧缓冲结构。钢缆从条形支撑架上的若干连接孔穿过，柔性板材通过条形支撑架上的连接块和限位块覆盖于支架模块上。因此，该防护装置是一种经济实用型的装置。

(3)所提方案通过对高空坠物风险的防范以达到保障人居安全的目的，应纳入老旧小区微改造的整体设计规划。该防护装置的工作可靠性较高，对于普通的高空坠物，可由柔性板材和钢缆拦截，对于大质量的高空坠物，弹簧铰链和弹簧缓冲结构将起缓冲作用，即使导致一组支架模块受损，仍可在被钢缆串联的其他支架模块的协助作用下，实现拦截坠物的功能。