后疫情时代下长春拖拉机厂空间更新设计研究*

韩 锐 杨诗琪 尹 博

(吉林建筑大学, 长春 130118)

随着全球新冠疫情防范管理进入常态化,后疫情时代对建筑工程的规划设计提出了全新的诉求。许多建筑遗产在使用空间上难以满足当下要求,因地理性质、经济指标、环评要求等因素面临诸多挑战。科学、合理、可持续的更新策略成为了城市可持续发展的最优选择。结合老工业城市的工业遗产现状,落实GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》,探索符合后疫情时代的建筑空间的功能性更新,实现“集约用地、节能环保、产业协同、文化传承和经济适用”的五大目标。针对不同使用目的、不同建筑空间特性开展定性与定量分析,对其空间“共性”和“个性”研究探讨,整合“共性”,保留“个性”,利用可变结构理论及技术实现多种使用空间并存的工业遗产更新。研究对促进工业遗产保护和更新及建筑行业转型发展具有重要实践指导意义。

1 后疫情时代下的工业遗产更新设计

随着城市人居生活的发展变迁,公共卫生安全事件与建筑空间设计一直耦合共生、相互作用。1347年,黑死病的流行迫使欧洲城市修建排污下水道,完成了公共卫生的变革;1832年,霍乱的爆发使英国开始重视城市清洁给水系统,同时出版了世界上第1部《公共卫生法》;[1-2]1881年,结核病蔓延使欧洲各国尝试架空建筑底层,建造屋顶花园和活动场所。[3]21世纪初,冠状病毒已经3次席卷全世界,对各国的建筑空间设计与市政工程设计产生了直接影响。[4]2019年底,新型冠状病毒肺炎在世界各地爆发,如今依旧时起时伏,这意味着我们进入了一个后疫情时代。[5-7]历史的经验告诉我们,在反复的、不定期的、不定时的疫情突发环境下,适用于后疫情时代与公共卫生安全需求的建筑更新设计,成为了人们关注的热点,而工业遗产更新作为当下城市发展的必经之路,是城市规划与建筑空间设计领域的重中之重。

1.1 研究方法和研究内容

1.1.1文献计量学

以中国知网为数据库,选取“公共卫生安全”和“建筑卫生安全”为主题的检索期刊及硕博论文,分别为1 819篇和170篇,对相关性前50名的文章进行分析,梳理公共安全事件对建筑形式、布局及发展的推动作用,分析在公共安全事件的影响下建筑更新的变化,并结合新型冠状病毒对居民生活产生的诸多影响,筛选2020年1月—2021年12月以“疫情建筑”和“建筑使用空间”为主题的学术期刊论文和硕、博学位论文,分别为1 043篇和187篇,运用CiteSpace软件进行数据分析,得出关键词图谱和关键词突现年份图,最后对数据进行总结归纳,分析后疫情时代下建筑更新发展趋势。

1.1.2田野调查法

梳理国内工业遗产更新自1980年开始后,不同时间段更新后的功能类型。研究团队于2020年开始,历时两年时间,走访多个项目现场,重点走访和关注各地区“二五”时期的工业遗产项目,并整理出8个具有代表性的案例,对比分析其特点和随着时间的推荐功能类型的变化。再对后疫情时代下的3个代表性案例的功能和特点进一步分析,提出工业遗产更新确切的“五大目标”,以指导研究。

1.1.3综合实验法

团队将创新性的原则应用于长春拖拉机厂更新设计中,首先对两栋目标项目厂房进行数据收集和现场检测勘察,整理原始图纸用钢筋探测仪、混凝土超声波检测仪、混凝土回弹仪、测砖回弹仪、砂浆回弹仪等对混凝土柱及砖墙等进行抗压强度和构件钢筋配置的检测,同时通过无人机的清晰摄影进行测量,对构件变形、结构安全性、抗震等进行鉴定,确定其破损情况及现状,最终重新绘制2号厂房和3号厂房的平、立面图及多处详图共10余张。再对目标项目所处位置5 km内的周边条件和需求进行分析,先确定符合项目长久发展的首开区3号厂房的更新设计方案。在3号厂房更新落成后,总结经验教训,并在优化本原则的应用策略后,应用于2号厂房的更新设计中,以适应城市的更新,为工业遗产更新提供新的理论方向。研究技术路线图如图1所示。

图1 技术路线Fig.1 Technical paths

1.2 代表性案例分析

整理国内工业遗产改造项目,提取典型案例,对其功能性划分梳理(表1)。随着工业遗产更新研究逐步深入,设计案例功能空间逐步趋向于复合型,但单纯的多功能累加并不能真正意义上的满足日益增长的城市和居民的需求。对后疫情时代下3个代表性案例进行详细阐述。

表1 工业遗产更新设计功能对比Table 1 Comparisons of design features of industrial heritage renewal

北京首钢工业遗产更新项目作为我国2022年冬奥会主要赛事场地,着重打造多元化的更新设计场地,实现“集约用地”的目标;建立了海绵生态系统,建设了世界上最大的绿色建筑评价体系LEED 集中示范区,实现了绿色低碳发展和节能环保的目标。在运动赛事举行过程中,通过严格闭环线路和增设的防疫性空间等,保障运动员、工作人员等不同参与方的防疫安全和公共卫生安全。[8-11]石家庄石煤机城市更新项目以实现“还空间于城市、还绿地于人民、还公共服务配套于社会”为目标,将该片区打造成为多产业共同发展的复合平台,实现“产业协同”的目标;以历史文脉为主线,保留历史元素并与当代文化相融合,实现工业遗产“文化传承”的目标。同时,增设特殊空间以备后疫情时代的应急需求,体现当下工业遗产更新的人文关怀。[12]江西省江纺工业遗产项目,是保护江纺现存最为完整的苏式建筑群及产居一体的城市群落。构建了南昌的江边画舫、江纺特色景观、典型工业遗址风格建筑群落以及慢行交通系统,并与旅游紧密结合,带动城市发展和经济进步,实现“经济适用”的目标。并且整个步行空间考虑后疫情时代的安全距离,起到防护作用。[13]代表性案例特点及成果分析如图2所示。

图2 代表案例特点及成果分析Fig.2 Representative case characteristics and results analysis

通过近两年来多个工业遗产项目的田野调查,当下更新项目大多可以“实现集约用地、节能环保、产业协同、文化传承和经济适用”五大目标中的某些部分内容,但在尝试拓展多种使用空间问题上,受占地面积等的制约,并不能更大限度地提升空间的利用率。

1.3 工业遗产更新设计的发展趋势

以中国知网为主要数据库,分别以“疫情建筑”和“建筑使用空间”为主题检索词,筛选2010年1月—2021年12月的学术期刊论文和硕、博学位论文,排除会议、科研成果等无效信息,输出Refworks格式,运用陈悦等研发的CiteSpace软件(6.16.R2版本)进行数据处理并生成知识图谱。[14-15]两种关键词分析聚类如图3～5所示。

图3 检索“疫情建筑”关键词分析Fig.3 Analysis of keyworks related to “epidemic buildings”

图4 检索“建筑,使用空间”关键词分析Fig.4 Keyword analysis for the retrieval of “architecture, use of space”

图5 关键词突现Fig.5 Keyword emergence

通过数据可以看出,由于疫情的常态化,建筑的“优化策略”“空间形态”“设计策略”等成为热点问题和当下重点研究趋势。同时,对日常建筑空间的“共性”(不同建筑中同类型使用空间需求)整理归纳、“个性”(特定使用空间需求及特殊环境要求)提取分析,并对后疫情时代下更多的功能空间需求进行整体分析,利用不同使用需求在使用时间维度的特点,结合可变结构设计技术,在保证绿色建筑的基础上,尝试在同一建筑遗产内,实现多种使用功能复合交错排列的工业遗产更新策略。同时引入“平战转换”[16]的思路,在研究对象的更新设计上,不仅要求其在重大突发疫情下可迅速转变为方舱医院,满足使用功能,同时保证绿色建筑要求,实现单体建筑可承载多需求、多维度、多功能的使用空间。

2 当代工业遗产更新设计的思考和创新

结合后疫情时代的诸多设计诉求和国内外工业遗产更新发展趋势,创新性地提出了“两增两减”设计原则,即:为了实现建筑遗产更新设计“简单化、多元化、长久化、节能化、标准化”的基本原则。“两增”指在同一建筑空间内增加结构空间的功能性和建筑材料的多样性;“两减”指在同一建筑空间内减少结构型材的规格和二氧化碳的排放量。

“扑扑”的心跳声趋向正常，就这么一问一答间，重逢初始的紧张不安消失了。高志明抬起头，笑眯眯打量着夏小凡，口气变得轻松平和起来。

2.1 “两增”——增加空间功能性和材料多样性

在空间功能上,对多个工业厂房建筑的空间性、结构性、地域性等特点分析后,认为工业遗产更新可满足以下多种服务空间功能:常规情况下为多校联合实践基地,集教学、实验、实践为一体的多功能实验室,同时设有办公室和文创等空间;在寒暑假及法定假日时,承接带有商业目的的展销会等项目,增加其经济收入;在疫情等突发事件下,可以立即分割形成相对独立的病房,直接转变为方舱医院。

在材料上选用性能更优越、更稳定的材质。整个结构受力框架均采用普通H型钢梁钢柱,其抗拉、抗压性能好,且易于施工及拆卸;短期不可拆卸墙板及顶板采用钢骨架轻型墙板,其质量仅为传统屋面质量的 1/4,保温隔声性能均良好;[17]可移动墙板选用聚苯颗粒夹芯轻质板材配合四周钢轨道,其质量较轻,隔声效果良好,方便移动,易于实现空间可变性;采光玻璃部分采用可上下翻折的双层中空玻璃,保证保温隔声的同时增加采光;更改为临时方舱医院时,可在墙面直接涂上医院专用抗菌新型涂料,降低病毒传播。

2.2 “两减”——减少型材规格和碳排放

在多服务的使用需求下,尽量减少结构型材的规格,确定标准模数,以缩短工期、方便运输保存及施工、便于拆卸和重组。根据厂房的层高,确定纵向受力构件以4 m为标准模数,使其满足多种使用空间的层高要求;横向受力构件以4.5 m×3Nm(N为倍数拓展模数)为模数,使其可在不同使用功能间轻松切换,且在拓展项目上可更快更简单地投入施工使用。

在使用诸多预制钢结构型材时,可有效减少二氧化碳排放。2018年,我国民用建筑建造相关的碳排放总量约为18亿t,其中建材生产运输相关的碳排放以及水泥生产工艺过程碳排放占主要部分,分别占比65%和30%。[18]根据研究数据可知:混凝土结构在生产运输的碳排放约是钢结构的12～20倍,在施工中约是2～3倍。[19-21]由于采用钢结构、装配式构件以及预制结构,大幅度减少了资源消耗、环境污染、施工污染及碳排放。

3 长春拖拉机厂工业遗产更新设计研究

以长春拖拉机厂工业遗产项目(简称“长拖”)为研究对象,开展结构空间更新设计研究。“长拖”建于1958年,位于长春市二道区,占地面积26.9 km2,曾是国内最大的轮式拖拉机生产基地,为长春市工业发展奠定了坚实的基础。随着时代的变迁,这座有着鲜明苏联建筑风格的工厂已然废弃,但其所承载的历史价值和文化价值始终存在。经过半个多世纪的发展,如今“长拖”周边经济发展迅速、居住小区密集、交通路网完善、中小学较多,但“长拖”所在城区作为长春老工业聚集区,城市界面老旧、更新速度缓慢,区域发展处于升级阶段。当下二道区的远景目标是:全面建成“创新引领、协调发展、生态宜居、开放包容、幸福和谐”的现代化城区,建成长春东部“城市会客厅”。厂区总平面如图6所示。

图6 长春拖拉机厂厂区总平面Fig.6 The general plan of Changchun Tractor Plant

3.1 项目可行性分析

根据所在地区的定位、发展需求、区域资源等特点,2021年4月,研究团队开展了项目的可行性分析。先分析棕地5 km半径以内的人口、产业、商业、教育、交通以及环境等资源的整体情况,确定棕地周边特点、市场需求、城市发展脉络等。其次,以未来“城市会客厅”为设计基准,确定更新后给不同城市居住者提供交流、共享、娱乐、工作的场所。其中包括:具有弹性设计策略并形成持久吸引力的开放式设计系统;在商业动线中嵌套文化的暗线,引导人流并营造相对固定的参观/体验路线,运用致敬红色工业的叙事规划手法;以及融合零售、展览、餐饮、游乐等业态,在有限的体量中提供丰富多彩的混合业态。最后对比分析国内相似案例,重点借鉴与“长拖”3号厂房实际条件契合度最高的上海浦东船厂1862项目,确定最适合该项目的产业方案。长春拖拉机厂5 km半径以内区域资源分析情况见表2、长春拖拉机厂更新前的建筑内、外空间如图7所示。

表2 长春拖拉机厂5 km半径以内区域资源Table 2 Regional resources within a 5 km radius of Changchun Tractor Plant

3.2.1工程基本概况

铸造车间(3号厂房)位于厂区的北侧,毗邻东新路,建筑面积约为17 000 m2。由于部分混凝土排架柱损坏较为严重,钢筋外露较多,决定拆除西侧仅保留情况较好的东侧,对有损伤的构件采取加大截面、粘钢或其他有效措施进行加固处理或更换。最终更新设计的建筑面积为7 200 m2,南北为长131 m,东西宽为53 m。整体结构为三联拱形式,结合层高(8～11 m)条件及现有结构,确定最终以双层为主的空间划分方式,局部可做三层。原始平面图如图8所示。

图8 “长拖”3号厂房原始平面图及现状 cmFig.8 The original plan and current situation of building 3 in Changchun Tractor Plant

3.2.2更新设计过程

空间使用上在有限的空间内注入餐饮、文创、文旅、休闲、儿童乐园、历史长廊等使用空间,并在长达130 m的走廊内设置交通轴和交流轴,充分增加了空间的多样性,从北到南展现历史(时光走廊)、现在(林荫大街)、未来(发动机市集)三个部分场景。但整个空间呈“并列”放置,并不能实现同时间内多使用功能并存,利用率较低。在材料选择上,整个设计不仅保留部分具有历史意义的结构构件以及建筑材料,例如原始的砖墙、大跨度预应力薄腹屋面梁、桁架及排架柱等,同时增加很多现代元素的材料,例如金刚石地面、大跨度玻璃屋顶、金属板材及金属转门、H型钢梁钢柱、可移动聚苯颗粒夹芯轻质板材等,增加了材料的多样性。在型材规格上,该项目将玻璃、金属、板材等尽量统一为1 m×1 m的标准尺寸,H型钢梁钢柱也在满足结构计算的基础上,尽量统一,整体减少型材规格。在绿色建筑方面,整个空间结构部分均采用钢结构构件,减少混凝土的使用,并且在空间上实现工业遗产保护和再利用,有效节省资源,减少碳排放。此外在整个主体内的核心区域,设置Pop-up齿轮零件区域和大厅敞开空间,借鉴东京Sony Park等新锐项目,引入高端潮牌进行短期展示和快闪店,亦可作为博物馆的临展扩延区域。通过钢结构技术,实现快速搭建、快速调整的弹性空间。

与2020年之前的工业遗产项目相比,该项目更注重多种类产业,不拘泥于单一的使用类型,在延续工业遗产的基础上,减少碳排放。使其单体建筑亦可开拓空间的多元性,增加了可变空间。“长拖”3号厂房检测情况如表3所示、更新平面图如图9所示、更新后室内外实景图如图10所示。

表3 “长拖”3号厂房检测情况Table 3 Inspection results of building 3 in Changchun Tractor Plant

图9 “长拖”3号厂房更新平面Fig.9 The renewal plan of building 3 in Changchun Tractor Plant

基于建成项目的现场情况和消费者的使用情况分析,虽然实现了多使用空间并存,但在空间转换上存在费时的弊端,在应对突发性公共安全事件时不能够迅速地配合。研究团队吸取经验、分析利弊、提升技术,尝试设计探索可以实现在时间、空间上交错的多种使用空间并存的单个工业遗产建筑更新,并应用到第二期的2号厂房设计中。

3.3复合结构空间更新设计研究

3.3.1工程基本概况

加工车间(2号厂房)位于厂区中心位置,周围由厂区内部道路环绕,建筑面积18 300 m2,其建筑总长为154 m,总宽为119.2 m,内部平均净高为8 m。该车间的主要结构形式为钢筋混凝土排架结构,为钢筋混凝土柱与预制钢结构屋架的结合。更新设计A、B空间为2 跨 13 榀。2号厂房检测情况如表4所示、原始平面图如图11所示。

表4 “长拖”2号厂房检测情况Table 4 Inspection results of building 2 in Changchun Tractor Plant

图11 长拖2号厂房原始平面 mmFig.11 The original plan of building 2 in Changchun Tractor Plant

3.3.2更新设计过程

对A、B空间进行复合空间设计,第一阶段,根据勘测结果,使用AutoCAD软件对现状重新绘制,根据结构特点和现有周边情况,确定以办公、文创、教学、临时方舱医院以及展厅会场空间共存的复合空间,不仅增加空间的功能性,而且实现“集约用地”的目标。第二阶段,通过盈建科建筑结构计算软件®复核不同空间的结构承载能力,确定满足结构要求的包络设计,然后选择H型钢作为梁柱、钢骨架轻型墙板内设置φ4冷拔低碳钢丝网作为短期不移动墙板及顶板、聚苯颗粒夹芯轻质板作为可随时移动墙板等材料,不仅增加材料多样性,同时减少碳排放,已实现“节能环保”的目标。第三阶段,对多种使用空间特性整理归纳,进行综合布局,确定多种材料的标准模数,尽量减少梁板柱的规格,做到简单生产,便于拆组,不仅减少型材的规格,同时实现“经济适用”的目标。第四阶段,利用多种使用空间并存,扩大适用人群、提高经济效益、保留历史文化、增加遗产价值等,从而实现“文化传承”和“产业协同”的目标。第五阶段,确定以教学共享空间和办公文创空间为主,作为拓展配套教育空间(教学空间约1 200 m2和文创办公空间约400 m2);寒暑假及节假日根据运营需要更改为展销会共享空间,增加空间利用率(空间利用率约75%),增加经济效益;在面临后疫情时代下的重大突发事件时,可迅速转换成临时方舱医院空间,服务社会,保障城市安全(可提供约165个固定床位,相对独立病房,医护人员安全动线等,空间利用率高达约83%)。2号厂房项目相较已建成的3号项目,更好地融合了“两增两减”策略,更符合后疫情时代和中国新时代的特性,也可以更好地实现五大目标。教学办公复合空间、展销会复合空间、临时方舱医院空间的平面设计见图12,复合空间结构设计见图13。

a—教学办公复合空间平面设计; b—展销会等复合空间平面设计;c—临时方舱医院复合空间平面设计。图12 A空间工业遗产复合空间平面设计Fig.12 The plan layout of industrial heritage space in zone A

a—教学办公复合空间结构设计; b—展销会等复合空间结构设计; c—临时方舱医院复合空间结构设计。图13 A空间工业遗产复合空间结构设计Fig.13 Structure design of industrial heritage space in zone A

4 结束语

以工业遗产更新的全新视角,基于复合结构空间设计,率先使用可移动结构构件将使用空间需求有效结合,在保证日常使用的同时,实现后疫情时代下使用空间的迅速转换,有效应对突发事件。借助空间设计中常用的钢轨道配合轻质墙板的优势,实现部分隔墙随时移动的空间多样性,有效地拓展了多种使用空间;更新设计结构主体全部采用预制和成品材料,降低施工污染,整体碳排放与传统混凝土施工相比有效降低20%,每年在文创和展示空间租赁预计营收提升30%,同时在疫情暴发时可提供至少165个床位。

研究以实现后疫情时代下的工业遗产更新设计为目标,提出了“两增两减”的工业遗产更新设计原则。通过对空间的多元化利用,实现集约用地的目标;通过选择低碳且易施工的材料,实现节能环保的目标;通过对结构构件的标准模数化,提高上下游工作效率,实现产业协同的目标;通过对工业遗产多方面再生更新,实现文化传承的目的;通过复合可变结构开发出多使用空间,实现经济适用的目标。最终有机地完成了空间灵活和防疫双效的工业遗产更新目标,全面提升了工业遗产的社会效率和经济效益。通过本项目的研究,不仅构建了一种可变结构工业遗产更新设计理论,同时对新时代下的城市发展、创新驱动和人居环境改善都起到了巨大的促进和推动作用。