基于绿色理念的既有民用建筑改造现状

李 娜

(榆林学院 基本建设处,陕西 榆林 719000)

20 世纪60 年代,美籍意大利建筑师保罗·索勒瑞首次将生态与建筑合称为“生态建筑”,即“绿色建筑”。既有民用建筑绿色改造是绿色建筑发展的重要组成部分,从80 年代中期至今,我国既有民用建筑改造经历了功能和加固改造、节能改造、综合性能改造和绿色改造四个阶段。据统计,我国目前的既有建筑已经超过500 亿平方米,而既有民用建筑占50%以上,绝大多数非绿色“存量”建筑存在面积大、高能源消耗、资源浪费高、环境污染大等特点,对人们的生活环境与生活方式产生了不利影响[1-2]。近年来,为改变环境负荷与人民生活水平逆向发展的趋势,国家相关部门相继发布了多项政策,逐步推动既有民用建筑绿色改造的发展。

1 国内既有民用建筑绿色改造的现状

我国对既有民用建筑绿色改造的文献研究始于2007 年,2016 年发文量迅速增长,可见对既有民用建筑改造的研究有良好的局面和发展趋势,目前我国对既有民用建筑绿色改造的研究主题内容集中于以下几个方面。

1.1 绿色改造及既有民用建筑绿色改造的内涵

绿色改造并不局限于节能改造,而要覆盖到“四节一环保”(节水、节能、节地、节才和保护环境)全部范围。“十一五”期间对既有建筑综合改造关键技术的研究与示范,“十二五”将既有建筑的综合改造提升到绿色改造,引入绿色改造,为将其达到统一的共识,住房与城乡建设部颁布(GB/T51141-2015)《既有建筑改造绿色评价标准》,对绿色改造进行了定义,指以节约能源资源、改善人居环境、提升使用功能为目标,对既有建筑进行维护、更新、加固等活动。杨卫芳等[3]做更详细的解读,指在既有建筑的基础上结合建筑所在地的地域属性与气候条件等特征,综合利用技术措施对既有建筑进行改造,使得改造后的建筑与所处的地域资源、环境具有很好的协调性,实现既有建筑的功能属性在时间上的延续,满足建筑使用者的生活、工作、休闲等综合需要。同时,使改造后的建筑在运行过程中具有更合理的用能系统,以及更低的建筑能耗的改造。而既有建筑包括既有民用建筑、既有工业建筑和既有农业建筑,其中既有民用建筑按使用功能可分为既有公共建筑和既有居住建筑。

1.2 既有民用建筑绿色改造的相关技术

既有民用建筑受到结构本身制约、场地的限制等因素,对技术的要求相对新建建筑会提高。对于节能方面,被公认可以有效减少能源消耗的三条技术路线:更好的建筑围护结构、提高设备的能源效率、利用可再生能源代替传统能源。章茂木等[4]在文中阐述,既有民用建筑改造包括室内和室外两大类,并对每一部分提出适宜的改造技术。王清勤等[2]从另一个视角,将改造技术主要分为被动技术和主动技术两大类,列举不同气候地区的既有民用建筑改造技术应用和应用效果。张扬等[5]、邵文晞等[6]以具体的改造项目为例,植入节能环保新技术,介绍应用情况并得出较一般民用建筑取得良好的节能效益。而孟冲等[7]从六大指标出发,详细列出既有民用建筑改造中采用的技术措施和实施途径,更具有针对性和便于同各专业的标准统筹协调。信息化技术的快速发展,杨卫芳等[3]探讨BIM 技术与绿色改造技术的契合度,得出时间维度和信息周期的配合,实现采光、日照分析、运营管理的数字化和计算机仿真模拟等全生命周期的参数化。随着新技术、新方法、新工艺的不断应用,以人为本的理念逐渐从“被提倡”发展为“被实施”;通过“被动技术优先,主动技术优化”的原则,相关改造技术也不断演变、更新为更加绿色的改造技术。具体技术见表1。

1.3 既有民用建筑绿色改造评价体系

绿色改造评价体系是定性与定量相结合的系统,国内学者关于评价体系的研究比较少,且单一,缺乏深层次、多方面的关注度。评价体系的构建对于绿色改造方案设计的选取具有重要意义[8],因此在建立评价体系之前应掌握构建的原则。梅早康等[9]在文中指出绿色改造方案评价体系应体现的特性。刘莉等[10]、候宝东[11]根据既有民用建筑的特点、相关标准等,采用综合评价法建立评价体系并将其运用设计方案优选中。朱荣鑫等[12]、王清勤等[13]、刘莉等[14]根据既有民用建筑的改造现状,建立了一套可供确立既有民用建筑改造评价等级的体系。杨帆等[15]将可持续性后评价这一项目管理理论引入既有民用建筑绿色改造项目的研究中并对该方法可行性进行了验证。黄晓等[16]对既有民用建筑绿色改造评价体系开辟了新思路,认为确定建筑的改造潜力很有必要的,于是利用灰色欧几里得理论建立了一套寒冷地区的既有居住建筑改造潜力评价体系。

1.4 既有民用建筑绿色改造设计策略

相对于传统的民用建筑改造策略,现在既有民用建筑改造设计需充分考虑当地的气候类型、技术条件、建筑特点和地理位置等因素,低成本的投入、最大的资源利用率和环境保护,保证既有民用建筑的新生。张保超[17]、刘斯颖[18]、张辉[19]、靳茹[20]指出以“建筑围护结构”“建筑空间”“建筑能源设备绿色设计及可再生能源利用”“建筑环境控制”等方面为出发点考虑建筑的改造。根据具体实例中既有民用建筑的特点,王超益[21]、孙宇[22]、宋文鸽[23]涉及“场地优化”“形体调整”“表皮更新”“资源循环”“策划与评估”“内外优化共生”“安全性能的保证”等改造策略。郭卫宏等[24]主要说明夏热冬暖地区并以高校建筑为例,从“遮阳隔热”“通风”“水循环”“复合绿化与资源利用”等方面构建系统性的改造策略。

2 国外既有民用建筑改造研究的现状

我国目前属于既有民用建筑改造的初步探索,而发达国家较早接触到既有民用建筑的改造并处于成熟阶段,例如新加坡、美国、澳大利亚、日本等。通过在Elsevier、Proquest 等数据库检索,笔者对相关文献进行了筛选和梳理,国外对既有民用建筑改造主要集中在以下几个方面。

2.1 既有民用建筑绿色改造的内涵

美国绿色建筑委员会(USGBC)将绿色改造定义为“对现有的全部或部分建筑做不同类型的升级,提高能源和环保性能,减少用水量,提高舒适性和空间的自然采光、空气质量和降低噪音,在经济上某种程度也有利于所有者”。Filippi[25]做了详细的解释,简而言之是进行适当的干预措施,使建筑更“可持续”和“智能”。Liang[26]等认为既有民用建筑绿色改造应多注重可持续性,将绿色改造称为“增量式改进”。当然国外学者用其他词语代替“改造”,如“翻新”[27]“康复”[28]“现代化”“改进”“修理”等。Jagarajan 等[29]指出,关于绿色改造的定义与范围仍值得商榷,应注重经济、环境、社会效益。

2.2 既有民用建筑绿色改造的目的

目前国家都倡导绿色改造,大部分既有民用建筑未达到使用期限,拆除使用较短时间的非绿色建筑,会造成生态环境的二次破坏和污染。况且建筑行业在全球范围内与能源有关的碳排放量中占有相当大的份额,那么绿色改造可节省能源和减少室外污染物的渗透,同时既有民用建筑绿色改造的成本远低于重建,进一步说,改造可以实现额外的收益,如提高居住者的健康状态、政府的补贴费用减少,空气污染减少等[30-32]。居住者等利益相关者对认证过绿色建筑的项目更偏爱[33]。总之,绿色改造减少了能源利用,同时提高了整个建筑的条件,如外观、隔音、舒适性,且延长建筑的生命周期,减少对环境的负面影响,提高建筑的价值,保证所有者健康的工作和生活条件[34]。

2.3 既有民用建筑绿色改造的方法

相对国内既有民用建筑改造,国外改造理念、技术指导等考虑的较全面。对于既有民用建筑,绿色改造延长了建筑的生命周期,但是应该确保改造项目可持续性,Stephan[35]等提出“基于代理”的模型,使所有的利益相关者在前期规划中优先考虑到经济、环境、社会因素。Siva[36]等提出“SIS”框架,可用来指导技术体系。Li 等[37-38]、Cai 等[39]提出公共建筑改造的技术体系。Kampelis[40]等提供“室内环境质量控制和建筑能源管理系统(BEMS)”。Yu等[30]提出严寒和寒冷地区既有住宅建筑绿色改造方案。Lin[41]等建立“改造效果评价方法和机制”。Attia 等[42]提供“NZEB”模型。Halil 等[43]探索出绿色建筑项目的可行性研究。Dall[44]、Lu[45]等提出对既有居民建筑配备单户室温控制和热计量系统,这一细微的行动却大大限制了能源浪费,值得提倡。各种改造行动和决策模型已被开发和利用,既有民用建筑绿色改造又迈出了一大步。

2.4 既有民用建筑绿色改造面临的问题

(1)绿色改造技术体系尚未完善,导致某些方面过度改造,以及某些方面的改造不充分,最终仍不能满足绿色建筑的要求。

(2)高度重视复杂的改造设计分析和解决方案,错误理解绿色改造的目的[46]。

(3)短期投资较大,但长期效益显著,而利益相关者对绿色改造认识不够[47-48]。

(4)部分投资商照搬国外、国内优秀改造方案,缺乏实地考察、创新性思考等行为,出现改造不当、成本较高的不良现象。

(5)全国既有民用建筑绿色改造发展区域不平衡,主要集中在上海、北京等,而有些城市改造效度不够,导致资源浪费。

(6)缺乏完善的激励机制政策,很难提高公共机构的关注。

3 基于文献综述的既有民用建筑绿色改造研究展望

总体来说,既有民用建筑绿色改造有良好的发展趋势,国内外制定多个既有民用建筑绿色改造的标准和规范,例如中国《既有建筑绿色改造评价标准》、美国LEED、英国BREEAM、澳大利亚Green Star、日本CASSBEE、新加坡Green Mark 等,正在不断向深处延伸。改造要想取得成功,必须确定失败因素。目前发现既有民用建筑改造过程有很多不足尚待解决,未来需从以下几个方面不断探索。

3.1 完善相关标准、技术体系,增加政策扶持

大多数关于既有民用建筑绿色改造研究集中在绿色改造的方法与框架,很少有学者对绿色改造的技术、经济效益、环境效益进行研究。我国制定的(51141-2015)《既有建筑绿色改造标准》涵盖不同的气候区和资源区,但是地方实施后的效度会大打折扣,因此,地方政府应发布相关政策有效监督绿色改造行动。总的来说,与新建建筑相比,我国既有民用建筑绿色改造的标准、政策、机制、技术仍需进一步完善。

3.2 提高人们对“绿色改造”的认知

从经济学角度,绿色改造的前期投入资金较多,较长的投资回收期,不易吸引所有者。Faber 等[49]在文中提到,终端用户不灵活的习惯和心态直接导致建筑行业对绿色改造创新的需求不足,这最终使从事既有民用建筑绿色改造的专业人士无法影响和说服公众参与到绿色行动中。我国可以设立多处教学机构、绿色改造示范基地等措施,使一大部分年轻人起到带头作用,随后引导另外一部分人。

3.3 各利益相关方互相配合,协同工作

既有民用建筑绿色改造涉及的人员较复杂,如客户/业主、占用者/租户、顾问/设计师、承包商、分包商、供应商、金融机构、能源服务公司等[50],而他们的意见会影响是否进行绿色改造和改造结果,若其中一者处于孤立方、领导方,则会使改造集中于某方面,仍达不到绿色建筑的要求。可建立一般的基于利益相关者观点采取度的模型和评价体系,使他们都参与到既有民用建筑的绿色改造中并具有一定的可效度,这样集思广益后得出最佳改造措施,供既有民用建筑绿色改造前期阶段参考。

3.4 加强既有民用建筑绿色改造的全过程管理

既有民用建筑绿色改造前期的方案设计、技术设计、施工图设计的适宜性、安全性等,为之后的改造实施和验收提供准确依据与前提。不同的建筑结构对应的改造模式不同,很难形成统一的绿色改造验收体系,需跟进全国既有民用建筑绿色改造的调研工作,同时借鉴国外相关项目的经验,明确问题并提出应对措施,做好基础工作。

3.5 挖掘信息化软件的应用

信息技术的飞速发展,而建筑业管理方式依然因循守旧,建议开发适宜既有民用建筑绿色改造的软件,推广BIM 技术、物联网技术、大数据技术等智慧技术的应用,鼓励各类型的信息技术在绿色改造中的尝试和应用。