陈卓逸 褚作勇
（安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001）
我国现在整体上已进入了工业化中期的后半阶段，这就意味着将面临大量工业厂房闲置以及更新和换代。但由于我国的旧工业厂房改造发展较晚，暂未形成完整的建筑理论体系，在改造过程中，经济价值的考虑往往高于历史价值的考虑，不少具有地方特色的建筑面临着拆除的风险。工业建筑的历史与文艺气息的融合是一座城市的艺术名片，所以在城市发展过程中，厂房改造问题不容忽视，应把握好经济发展和历史文化的平衡。近年随着可持续发展战略的推进，BIM技术逐渐被应用于城市建筑设计的过程中。基于BIM技术对旧工业厂房进行改造，了解旧工业厂房的建筑结构，功能组团特点以及目前的生存现状，利用建筑师的创新思维，为废弃的工业厂房探索出一条适合重生的道路。
对于传统的二维平面绘图来说，若产生设计修改，则需单独更新各类图纸信息，工程量大、耗时多、易出错。而BIM技术的建筑信息化模式可以很好地解决上述问题，实现图纸间同一构件的关联，同时形成更加准确的表达。使用传统二维图纸的另一个不足之处就是容易导致设计与实际的偏差，如施工过程中时常出现建筑与周边环境的冲突、建筑结构与管线的碰撞等一系列问题，这样往往会导致整个工程延期、资源浪费等现象。而BIM 技术将二维平面与三维可视化相结合，在施工前期就可以发现设计中的缺陷，并提前解决矛盾点，从而提高了建筑施工的效率。
BIM技术可以运用于整个建筑生命周期，包括三维设计、三维分析、数字化施工与管理、数字化运维与改建等。在设计过程中，通过建立三维模型，分析建筑采光、照明、保温、隔热等一系列绿色能耗问题，使得建筑师更加快速地发现整体布局中的不足，从而加快优化和改进[1]。在建筑设计过程中，将绿色节能理念贯穿其中，坚持环保，符合当代社会可持续发展的需求，减少建筑材料污染、光污染、声污染等。
2.1 旧工业厂房的改造价值
废旧工厂在改造上有许多可直接利用的资源，例如以下几点[2]：
（1）市政设施较完善。由于厂房作为城市工业生产空间，拥有着建设和市政基础设施的便利连接。对工业厂房进行改造时，可以充分地利用原有的给水、排水、电力等基础线路。
（2）路网发达。园区内部会有大型的运输车辆，一般道路较宽，并且路网结构发达，在改造设计时便于利用。
（3）建筑空间跨度大，净高大。这种大空间为改造为公共活动空间提供了场地条件，使得内部空间的重置具有一定的改造灵活性和便利性。可以极大程度上保留原有结构，同时室内空间又进行重新整合分割，可以组合形成不同的使用空间。
（4）建筑荷载承受能力大。工业厂房的结构由于存放大量的重型机器，承载力一般较大，墙体厚实，坚固耐用。
2.2 BIM技术在绿色厂房上的应用思路
废弃厂房在场地规划和建筑结构改造上，原本场地空间条件与设计目标和需求之间产生冲突。此时则需要运用BIM技术进行前期分析。在绿色厂房改造过程中，引入BIM技术应用，对项目的场地、建筑单体、内部空间、管道线路等基本情况建立可视化三维模型，更加直观有效地进行建筑优化设计。利用参数化信息模型，可以形成多专业协调配合的模式，采用三维施工模拟、管线碰撞检测，提前发现建筑施工时的冲突问题并进行解决，使得建筑施工过程更加效率和科学。并且对于厂房原有结构产生的影响较小，减少了建筑能耗，同时也优化了厂房的空间布局。
根据厂房现存的图纸和现场调研获取的建筑数据，构建族文件并建立初步的建筑信息模型。将已完善好的建筑信息模型置入斯维尔绿色建筑软件中，得出建筑的室外风环境模拟报告、各部分围护构件的热工性能以及其他节能分析数据的具体报告，结合绿色建筑设计规范找出厂房初步设计中存在的不达标情况，通过BIM软件对模型进行设计修改，进而推敲出更加符合绿色建筑标准的可行性的方案，实现废旧厂房转向绿色厂房的项目改造。
本案例位于安徽省淮南市田家庵区的安徽省造纸厂内，场地西侧为发电厂，东侧为水厂路，北侧为沿淮路，南侧为电厂路（图1），根据调研安徽造纸厂可以发现，废弃的工业厂房仍有许多可利用的空间与场地，但是因年久失修，导致资源及用地的荒废。我国正处于人口过多、人口用地紧张的形势下，如果能够充分地对废弃建筑用地再利用，将能够缓解这一紧张形势，所以本次模拟选取其中一栋废弃厂房作为主要改造对象。
图1 项目位置
3.1 建筑单体现状分析
从建筑结构上看，厂房办公空间主要为砖混结构，尺度适中，不同的房间通过外廊连接为三层建筑，用于工作的车间主体为钢结构排架，有三层通高的空间，柱跨6m 左右，设置了局部的下沉空间用来放置机器，至今室内保留有用来传送的绳索。从建筑外观上看，厂区内部的建筑大多以“灰”“红”色调为主，裸露的红色砖墙，灰色的外墙抹灰，形成了厂区的整体风格。厂房工作间开窗较大，办公空间开窗较小，同时二层拥有阳台以及休息平台。建筑外立面没有复杂的装饰以及多余的线条，墙体厚实，符合淮南当地气候特点。
目前厂区的工作功能单元处于荒废状态，但是办公区仍有管理人员在使用。同时厂区内部仍可以看见一些退休员工以及员工家属在厂区进行活动。通过调研可知，厂区的首要人群为管理人员，其次就是员工及其家属，而这些人群的年龄普遍偏大，所以在后期的改造过程中，功能体块上的设计应考虑到这部分人群的可参与度问题。
3.2 室外风环境模拟分析
合理的空间布局，对于改善建筑的室外风环境具有重要的影响，促进空间空气循环，符合我国的绿色低碳发展需要。通过数值模拟分析来评估不同的建筑平面布局对于室外风环境的影响，经优化后推出合理的建筑平面布局。《绿色建筑评价标准》中提到，夏季需要充分利用自然通风以此促进良好的室内风环境，要求50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa。冬季时，除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5Pa，避免由于建筑迎风面与背风面表面风压差过大，使得冷风通过门窗缝隙渗透过多，进而造成室内热负荷增多而不节能，因此建筑迎风面与背风面表面风压差的控制需要体现在对应的门窗表面风压上。标准要求：迎背风面窗平均风压差（绝对值）≤5Pa。经过实验分析，该楼的夏季和冬季的室外风环境指标均达到标准值以上。
3.3 围护结构热功能分析
如今的建筑节能中最主要的节能分析就是对于围护结构的节能分析[4]。原有厂房的外立面为红砖裸露，屋顶部分残缺，保温功能有待完善。分别对外墙、屋顶等增加外保温工艺，选取热工性能较好的外窗，同时对于建筑进行外部遮阳构造。通过斯维尔软件对于建筑模型进行热工性能分析，如表1所示。由于建筑围护结构中的每一个因素都会对建筑节能产生影响，而目前建筑的全年能耗和经济性主要取决于围护结构关键参数，如窗墙比、传热系数等。所以本次模拟选取外窗作为主要影响因素，用于分析被动式节能措施给建筑带来的影响，选取窗墙比以及外窗导热系数作为主要调整数据，进行优化测试。在不同的天气或者气候条件下，人们对于开窗的需求是不同的。淮南市年日照百分率为43%，日照充足天数180d，日照不足天数114d。冬季由于没有供暖，气候偏寒冷，所以控制好窗墙比，对于建筑节能尤其重要。经过多次窗墙比实验分析，最终得出符合《公共建筑节能标准》的窗墙比，如表2所示。
表1 围护结构热工性能表
表2 窗墙比
3.4 建筑结构与材料分析
建筑功能置换后，所需的建筑荷载也发生改变，局部生产空间的墙体需要拆除，对原有建筑结构进行加固。依据国家《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367）等要求，结合绿色建筑设计理念，新结构采用装配式预制构件进行现场拼接，主要材料原有建筑结构加固方法采用植筋技术，填充墙体采用加气混凝土砌块等，其轻质隔墙，减轻建筑承重，满足保温隔热等设计要求。
为了促进资源利用率，降低能源消耗，提升建筑材料的二次利用，通过功能置换将厂房进行改造和空间升级，将BIM 技术与绿色建筑设计标准结合，使老旧、废弃的厂房更新为可提供居民活动空间的绿色公共建筑。通过绿色创新化改造，将废弃厂房改造成具有历史记忆、实际使用价值的公共空间，缓和了城市用地紧张问题，同时也能带动厂区周边业态的经济增长，更好地推动城市的可持续发展。对此厂房改造设计可以遵循以下几点原则：①常见的工业建筑一般可改造为开放的公共建筑类型，如社区服务中心，城市展馆、创意产业园、文化创意中心等；
②尽量保留原有厂房建筑结构和基本的建筑外形，使得其历史价值得以保留；
③在对旧工业建筑进行改造时需要对其原有建筑结构进行评佑，改造后的建筑结构需要经过安全性检测，确保项目在后期投入使用时的安全性、可靠性；
④如原有工业建筑通常未设保温层，气密性和保温较差的，应结合当地的自然气候对其结构层进行升级，自身围护结构较差的，应加强维护；
⑤旧工业厂房的建筑立面开窗大多较小，不能够满足后期使用时的采光及通风，后期改造过程中应加强采光通风设计；
⑥舒适性是建筑改造的第一要求，对原有厂房的温度、湿度、采光、通风等进行调节，降低后期建筑使用时的空调能耗。