关于建筑幕墙在既有建筑改造中运用的探讨
来源：中国幕墙网 王常霖：山东建筑大学土木工程学院工程硕士
吴 珍：山东大学土木与水利学院教授
一、既有建筑改造的意义
我国当前拥有大量上世纪八、九十年代左右设计和建造的建筑物，由于其使用时间较长，再加上受当时经济、技术条件的限制，这些建筑物已经远远跟不上当前经济发展的速度以及人们对建筑的使用要求。但实际情况是，这些建筑物的使用寿命还远未达到极限寿命，其结构仍坚固如初，或者因历史久远，本身已经沉淀了丰富的历史和人文价值，拆除重建十分可惜。将这些建筑进行改造后重新利用，对于减少社会财富的浪费，保持城市历史文化发展的连续性都有重要的意义。
既有建筑的改造通常包含以下几方面内容：建筑内外装饰、水电暖、智能通信、空调通风系统等改造。本文仅从建筑外装方面，就建筑幕墙在既有建筑改造中的运用进行分析和探讨。
二、建筑幕墙设计对于既有建筑改造的意义及分析
1、形象改造
值得进行改造的既有建筑往往年代不算久远，但限于当时的经济条件和技术水平，外立面装饰通常比较简单，比如说贴面砖、刷涂料等。经过时间的洗涤，用现在的眼光来看，形式比较陈旧，缺乏亮点。而采用建筑幕墙对既有建筑进行外装饰改造，是获得一栋美观适用的现代化建筑的一种经济、合理、快捷的途径。建筑幕墙就像是一件华丽的新衣，将旧建筑重新包装，使其焕发生机。进行形象改造时，需要注意以下几点：
1)应尽量遵循建筑的原结构形式进行设计。
形象改造要在原建筑结构形式的基础上进行装饰设计，因势利导，并充分考虑其经济性。建议不要过多或过大的改变原建筑造型，因为这必然会导致建筑结构形式与其匹配，从而带来成本的较大提高。
2)应充分考虑周边环境或者对周边环境的影响。
建筑幕墙立面的改造设计，应与周围文化、建筑特点相匹配，进而选择恰当的幕墙形式。不然即使外观设计的再美轮美奂，也会显得突兀，格格不入。以广州航道局办公楼(图片一)改造工程为例，该建筑坐落于珠江岸边，原外形是一个长方体，以现在的审美观点来看，呆板、单一。由于它的周围拥有非常优美的江景资源，所以改造设计上优先选用了完全通透的隐框玻璃幕墙，从室内观看江景，也更加通透，一览无遗。同时，为了增添建筑物的活力，在其四个角上均做了上大下小的喇叭形状的玻璃筒，立面效果也采用了凹凸结合的形式，极富韵律感。改造后的办公楼仿佛一颗璀璨的明珠，嵌于珠江美景之中，融为一体。该工程充分利用了周边环境的有利影响，提升了建筑物的使用价值，值得借鉴。
2、节能改造
截止到2011年底,我国城镇节能建筑仅占既有建筑总面积的23%，所占比例很小。特别是20 世纪八九十年代建造的这批建筑，往往很少考虑节能要求。其外墙一般为240mm厚的实心黏土砖墙，窗户则大部分为密封性能较差的单层玻璃钢窗、塑窗、铝窗等，公建建筑即使采用了玻璃幕墙作为外装，其大部分也未采取任何的保温隔热措施。这些大量没有任何节能措施的既有建筑，保温隔热性能差，导致采暖和制冷设备系统效率很低，耗能严重。建筑耗能(词条“建筑耗能”由行业大百科提供)的急剧增加，不但加重了地方财政、单位和居民的采暖负担，还造成大气污染，影响了生态环境质量。因此，对既有建筑进行节能改造，避免能源浪费，提高建筑热舒适度，已成为我国当前紧迫的、必须尽快解决的重大问题。
对于既有建筑可以采取的节能改造措施有很多，例如外墙外保温、屋顶改造、节能门窗、采暖系统改造、太阳能技术、空调和照明节能改造等。根据现有建筑节能改造工程的宝贵经验来看，改进建筑外围护结构热工(词条“热工”由行业大百科提供)性能对于既有建筑节能改造的效果最明显。对于住宅来说，外墙外保温和门窗的节能改造，效果最好。而对于公建来说，采用建筑幕墙并进行节能改造设计则是一个不错的选择，既满足了外观效果的提升，又有良好的节能效果。但我们也应该清醒的认识到，建筑幕墙尤其是玻璃幕墙也给我们带来了负面影响，如高能耗、光污染和温室效应等,给节能带来了巨大的挑战。据统计，建筑耗能已达全社会能源消费量的27.6%，而建筑能耗的50%与门窗幕墙有关。虽然在人们的努力下，幕墙建筑的耗能已经有了大幅度的降低，但仍未达到理想的效果，建筑幕墙节能工作任重而道远。
三、建筑幕墙在既有建筑改造中所面临的问题与应对
与新建建筑相比，既有建筑改造的设计和施工是一项更为复杂的工作，其所面临的问题也更多。概括的说，它是对既有建筑从空间、形体到装饰的全面变更，但这种变更的重要前提是保持原建筑的基本结构与空间，因此是在诸多固定(词条“固定”由行业大百科提供)因素所构成的既成框架之上进行的再创造。由于对象的特殊性，既有建筑的装饰设计方法与新建建筑有很大的不同。从某种意义上讲，对既有建筑的改造再利用更能体现出一个设计师对空间环境的敏感性与创造性，因此也更富有趣味性与挑战性。
1、方案制定时应反复论证，确有必要时应聘请专业机构进行可行性评估。
一般在地价较高的繁华地段，且建筑物本身使用功能仍可满足要求的情况下，进行改造往往具有较好的经济效益;而在地块廉价的情况下，能否比新建更省钱，则需要做出具体分析。只有在权衡利弊后，认为确有必要时，方才进行既有建筑的改造工程的设计和施工，这是一个谨慎的决策过程。否则进行既有建筑的改造非但不会节约成本，反而会遇到很多棘手的问题，其技术、工期，成本，使用上都会受到不良影响，反而弊大于利。
2、利用建筑幕墙对既有建筑进行空间改造应注意功能上匹配和形式的创新。
一种建筑功能的附加总要有与之相对应的建筑空间，这时就必然要对原有建筑空间进行调整。利用建筑幕墙进行建筑空间的改造要求设计师对建筑空间的相关要求应有较好的理解和把握。在满足基本功能要求的同时，设计师还可以寻找有利的因素去创造建筑气氛。
进行建筑空间改造通常有如下模式：
1)加顶棚(采光顶)
许多既有建筑，尤其是体积、面积较大的建筑往往有内院或天井，在现代审美观点下，可以在庭院上空覆盖玻璃采光天棚，将庭院变成一种室内外交融，上下流动贯通的共享空间，从外观上看是封闭了，但实际上串联了室内外环境，有效的扩大室内使用空间，变室外为室内，提高了建筑物的空间利用率。
伦敦一处古典主义风格的博物馆(图片二)，其大庭院上空被一尺度巨大的玻璃屋顶所覆盖，形成一个充满阳光的室内中庭。这是著名建筑师诺曼·福斯特的杰作。
2)建筑物外轮廓水平向外扩展
建筑幕墙本身就是建筑的外表皮，其外轮廓线位置在一定的技术范围内我们是可以进行控制的。通常我们可以将建筑幕墙的外皮位置向外扩展，这样就相当于建筑物的水平空间扩大了，挑出一定空间并进行加固后，可以作为观景飘窗，也可放一些休闲座椅或做它用，在感官和使用功能上都有所提升，这也是目前最常用的建筑空间改造方式。
山东省胸科医院(图片三)，该建筑南面部分均为独立的病房区，原病房内部使用空间很小，不满足业主关于房间内安置卫生间，改善病患住宿条件的要求。工程采取了在原土建结构位置进行加固并外加竖向钢框架的形式向外延展，而玻璃幕墙则以该钢框架为承重结构再悬挑处一定距离，这样水平空间就得到了进一步扩大。而建筑南立面的中部公共区域向外扩展后经过内部封修形成了观景飘窗，或可以放置一些供病人临时休息的座椅，该项改造得到了业主的肯定，增加了建筑的使用功能。
3)加高屋顶幕墙
有些高度较矮的建筑可以人为拔高建筑高度，这里所说的人为拔高就是指通过安装轻钢结构的方式，在屋顶位置加高屋顶使建筑竖向拉伸，从室外看是增加了建筑物的高度。有时，某些上人屋面进行加固后，在结构承载力验算允许的前提下，甚至起到了加层的作用，从而进一步扩大了使用空间，重新构筑了新的建筑空间。这种处理手法的合理运用，既对外观有较大的提升，又具有较高的经济价值。当然，再配合调整幕墙立面分格高宽比例关系的方法，让幕墙分格高度大于宽度较多，也能够从视觉上给人以高大、挺拔的感觉。两种方法相辅相成，起到不错的效果。
3、结构安全是既有建筑改造的首要问题。
结构对于建筑来说是重中之重，结构不牢、地动山摇，它时刻关系到人们的生命财产安全，儿戏不得。至于结构能否适应既有建筑改造后新的使用情况，则应当经过科学严谨的验算论证，鉴定以确定其现状，从而为外围护改造设计提供可靠的依据。
1)有的既有建筑无竣工图，或者即使有竣工图也并不详细，缺乏有效的数据作为参考。这时需要请专业的勘察单位进行现场勘探测绘，校核原始数据，从而得到建筑物的真实数据。因为设计和施工就是据此进行，不要小看这一点，不然蒙着眼设计和施工，后续问题会很多。
2)当时间和资金有限，不可能对整个建筑结构构件进行检测和鉴定时，可以只对承受幕墙体系所设计的构件，例如对位于传力路线的边梁进行鉴定，以确保幕墙体系的设计和施工可以满足现行规范的要求，当不满足受力要求时，必须聘请专业的建筑加固单位进行加固补强，方可进行下一步施工。目前比较成熟的结构补强的方法主要有预应力加固法、粘钢板法、碳纤维法、改变结构传力途径法、加大截面法、外包钢法等等，实际应用中应根据实际情况选择经济适用的方法。
3)有的时候，构件在进行加固前，可以就其外观形式与室内装饰设计师进行讨论再确定，理想的情况下构件的加固形式也可作为一种新的审美要素来对待。这些构件非但没有增加赘感，反而成为了室内装饰的点睛之笔，提升了建筑物的室内装饰效果。
四、建筑幕墙在既有建筑改造中可以赋予其新功能
为适应人类生活方式的复杂化和社会功能多元化复合的要求，提升建筑物的使用价值，给建筑物赋予新的生机。可以将许多单一功能的既有建筑改建成了混合功能的建筑，赋予既有建筑新的功能和亮点。随着幕墙建筑在我国的普及，建筑幕墙技术在我国也得到了长足的发展，其中玻璃幕墙技术含量最高，更是涉及了多领域、多学科，其面板材料——玻璃的特殊性(通透、易加工等)也促使它易于与太阳能技术相结合。笔者认为，可以从光伏、光热、光亮三个方面赋予既有建筑新的功能，提升建筑物的使用价值：
1、光伏幕墙。
一方面光伏幕墙是建筑物的外围护结构，需要达到建筑美学的要求，同时又具有普通幕墙遮风、避雨、抗风与抗震的能力。另一方面它又具有发电的功能，可以供给建筑物本身的用电要求，多余的电甚至可以并网，又有一定的经济效益。
2、光热幕墙。
光热的基本原理是通过太阳能收集装置将太阳的辐射能收集起来，收集的辐射能再与传热介质相互作用转换成热能，并加以利用。光热幕墙除具备常规幕墙的功能外，同时还具备了相应的附加功能：如为建筑物提供热水，冬季采暖、夏季制冷等。
3、光亮幕墙。
光亮利用实际上是光电在功能上的深化，它的基本原理就是光电技术和LED亮化技术。LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件，可以直接发出各种颜色的可见光，尤其是采用LED显示屏控制技术后更是实现了色彩和图案的多变性，因此它是一种可随意控制的"动态光源"。与传统光源相比，LED低功耗，寿命更长，因此使调节明暗，频繁开关成为可能，更有利于在夜晚建筑美化中的应用。所以我们将其与幕墙相结合，在幕墙上表现出各种图像，播放、演示固定或活动的图案，提供了一种具艺术特色的与城市环境进行交流形式，丰富了建筑幕墙在夜晚的表现力。
五、结语
在西方发达国家，由于物质文明已高度发达，加之人口增长缓慢，新建项目已相对较少，而对物质文明的改造和重新利用在基建项目中占有很大比例。当前我国经济正蓬勃发展，城市开发如火如荼，基建项目则多以新建为主。国情虽然不同，但关于既有建筑改造问题的研究对于我国仍具有重要意义。西方国家走过的路，可以作为前车之鉴，让我们看清前进的方向。可以预见，既有建筑改造必将在我国城市建设中扮演越来越重要的角色，对从事建筑幕墙设计和施工的从业人员来说，它带来的将是一片富有挑战性的崭新天地。
既有建筑改造在我国尚处起步阶段，可以参考的资料和成功的经验不多，加上笔者水平有限，文章中的观点和论述有误之处欢迎批评指正。
【参考文献】：
1、孙美南.《珠江岸边旧办公楼的外墙装饰改造的探讨》.《中国建设信息》2004年第8期;
2、薛言波、赵继龙.《楼房翻修与外形装饰——实例图解》.山东科学技术出版社;
3、边颖.《建筑外立面设计》.机械工业出版社;
4、刘小玢、陆可人《浅谈既有现代办公建筑的改造》;
