城市更新背景下历史建筑外立面改造工程关键技术研究

0 引言

我国正处于城镇化快速发展的阶段，城镇建设逐步由重视“新建建筑”转变为“新建建筑”与“既有建筑”并重，既有建筑改造工作已经成为我国城镇化发展的一项重要任务。2019年9月，《上海市城市更新条例》（上海市人民代表大会常务委员会公告［十五届］第七十七号）中明确提出：“加强历史文化保护，塑造城市特色风貌”；“本市城市更新，坚持‘留改拆’并举、以保留保护为主，遵循规划引领、统筹推进，政府推动、市场运作，数字赋能、绿色低碳，民生优先、共建共享的原则。”

1 项目背景概述

历史建筑往往延续了城市文脉，是城市发展的见证者。身处上海市黄浦区贵州路北京东路路口的亚龙五金商城，在1948年的行号路图中正是原丽都大戏院旧址，与街道对角的金城大戏院遥相呼应。

再向前追溯，亚龙五金商城所在的位置，最初为由怡怡公司何挺然投资兴建的北京大戏院，由范文照建筑师事务所设计。1926年11月19日，北京大戏院落成开幕，3层钢筋混凝土建筑，占地1382 m2，观众厅2层，设座位1058个；1935年，北京大戏院更名为丽都大戏院，专映电影；1951年开始改演戏剧；1966年更名为正红剧场；1972年更名为贵州剧场；1977年大修后作为影剧两用场地，改称贵州影剧场；1982年因邻近工地打桩引起后台地面塌陷、墙面出现裂痕而停止演出；1988年改为商场。

复杂的历史背景，给这幢历经近百年的建筑本身及周边的街道风貌和人文环境留下了种种难以言状的沉疴痼疾。如，在几经改造之后，建筑原本的外立面形象已经面目全非，缺少了一个核心地段的门户形象。同时，受建筑格局所限，以小五金零售批发为主的业态，也已经与周边高端前卫的区块定位格格不入。

在这样的背景下，上海亚龙五金商城外立面改造工程（以下简称“本工程”），由上海建工装饰集团作为EPC总承包单位负责设计及施工的落地实施工作。本工程建筑面积约4600 m2，外立面装修面积约1100 m2。地上4层，地下1层。本次重新设计充分借鉴新古典主义英伦风格的原上海租界建筑形式，对整体外立面进行了重新设计。

2 外立面勘测阶段无人机精准勘察技术应用

在本工程设计过程中，考虑到要保留原建筑的记忆，打造新老共生的城市文脉，在前期勘测和开展方案设计前，对外立面进行了无人机航拍，生成了三维实景模型，用以在编制修缮方案时明确破损状况、施工工艺及工程量；同时实现建筑数字化存档，用以展示文化和承载历史，实现历史保护建筑外立面的可模拟、可阅读、可编辑、可测量、可计算和可交互作用。

对采用自动全景＋局部手动近距离拍摄方式摄得的近千张照片进行处理，进而生成图像模型，在局部的重点破损部位，可添加文字标注，确定施工工艺，使实施人员快速便捷地了解破损部位并对其进行精确修缮。

3 基于BIM技术的外立面方案设计技术应用

本工程位于原英租界内。1845年11月29日，清政府与英国共同公布《上海土地章程》，设立上海英租界；1943年，英国向中国政府交还租界。在这将近100年的历史时期，英国在这里建造了大量的建筑。因此，本工程的设计风格，应当符合这一时期建造的英式建筑的风格。线条简洁，色彩凝重；风格庄重，古朴雅致；材料与细节渗透着自然的气息，这便是本次设计的主旨。通过调研同时期大量的英式建筑，最终确认本次设计为折中主义风格建筑，立面为典型的纵横三段式。为了与风貌区内的上海近代优秀历史建筑风格相匹配，本次设计选择了能够体现历史感和上海地域特色的水刷石、陶土砖和钢窗作为其外立面主要设计元素。

3.1 基于BIM技术的设计方案比选

不同材料之间的组合搭配，或许可以呈现出类似的效果，但在局部细节的表现力以及后期使用的便捷性或耐久度上，又存在着千差万别。为了找到最合适的材料组合，本工程选用两套不同的方案，制作了两套1∶1样板进行最终方案比选（如表1所示）。

本工程在样板施工阶段便引入BIM正向设计及参数化设计，快速呈现设计效果和更改设计方案，高效完成设计过程推敲和成果的对比与遴选。设计师通过三维模型的可视性，直接在原有结构模型的基础上进行空间设计，不需要通过多个平面图或手绘来表达设计内容。采用模型参数化设计，建立不同尺寸的装饰造型，直观、方便，减少了二维画图时易出现的装饰造型关系不合理、无法收口的问题，利于方案的比选（如图1所示）。

通过在前期设计阶段多花时间，达到了后期节省时间、提高效率以获得最大收益的目标。在设计的全过程应用了基于BIM模型进行设计的工作思路，设计师的思路能直接呈现在BIM模型中。通过对建筑外立面进行方案优化、自动排版出图、模型统计工程量、图纸与模型联动，能够减少设计的错漏碰缺，在保证设计质量的同时节省了超过20%的设计周期。

在本工程的重点施工部位，基于BIM模型的可视化、协调性功能，对构件安置、节点做法、资源管理进行数字化仿真施工模拟，对施工方案进行模拟验证和合理性优化，能够对施工进度、质量以及最终呈现效果起到积极的推动作用（如图2所示）。

3.2 基于三维可视化技术的外立面方案设计

三维可视化技术的不断进步对建筑装饰领域尤其是设计阶段的提升和帮助最为显著。三维可视化技术在整个设计阶段的核心作用就是“表达”与“沟通”。三维可视化在视觉效果上有其不可替代的优势，如今其对建筑空间的材质、灯光效果和空间氛围等信息的表达，已非常接近真实（如图3所示）。

在本工程中，设计师需要通过各种方式来表达设计理念，最终使得业主、尤其是决策层能够理解他们的设计语言，从而更快地做出更准确的决策。本工程经过对样板的分析与比选，确定了外立面饰面材料分别为水刷石、断桥钢窗、陶土砖饰面。设计师通过外立面实体模型及对现场环境的建模，采用实景漫游、虚拟现实等技术手段不断优化方案，形成了最终的设计效果（如图4所示）。

4 外立面装饰施工关键工艺技术

4.1 水刷石施工技术

水刷石是一项传统的施工工艺。它能使墙面具有天然质感，而且色泽庄重美观，饰面坚固耐久，不褪色且比较耐污染。在本工程中的檐口、装饰柱和拱券等部位，采用水刷石施工工艺，将石子、水泥和黄粉等原材料，按1∶0.5∶0.04的比例混合并搅拌均匀，在基层上进行粉刷；待半干后用低压水枪冲洗，便可呈现出石子半露的水刷石表面效果。在檐口和花瓶柱等特殊造型部位，还需要依照基层造型自制塑形工具进行塑形粉刷，以呈现出最好的造型效果。

4.2 陶土砖施工技术

在近代历史建筑中，地面缸砖、花砖和方砖作为地面饰面材料被经常使用。缸砖又称红地砖，以陶土为主要原料烧制而成，是用于铺筑地面的板状陶瓷建筑材料。缸砖一般为方形或多边形，暗红色，密实耐磨、易于洗刷，用挤压法和干压法成型，常用于近代历史建筑中室内外的地面。本工程柱与柱之间的窗间墙部分则使用陶土砖镶嵌。陶土砖与瓷砖相比较，表面效果更接近于黏土砖。为了避免出现泛碱现象，本工程在结构粉刷层上，使用了双组份聚合物改性水泥基防水涂料进行防水处理，避免基层水分向外扩散；铺贴方式采用“一丁一顺”的贴法，填缝方式采用当时英式建筑普遍采用的“凹平缝”方式。在铺贴和填缝的过程中，关键是要确保密实程度，一是避免空鼓，二是避免水分渗透；在完成一系列工序之后，仍需要在表面喷涂憎水剂，防止雨水侵蚀。由内而外的层层保护，在确保呈现出最佳效果的同时，也避免了诸多质量隐患，大大增加了砖片的耐久性。

4.3 钢窗施工技术分析

深色元素是立面的金属元素，也是立面的点睛之处。本工程中，综合考虑满足抗风压、气密性及水密性的规范要求以及立面效果后，最终选择将原外立面铝合金窗全部替换为黑色断热钢窗，且为了增强设计效果，在原窗洞基础上扩大了外窗面积。对近代上海门窗五金件资料进行收集后发现，历史原物以铜质五金件为主。因此，本工程使用深色铜制门窗五金件，包括门窗把手和风撑等。

4.4 构配件二维码物流管理技术

物资是构成建筑工程的基本元素。使用信息化的物流管理方式，在材料采购及下单生产、加工、安装全过程进行有序管理是当前建筑材料物流管理的发展方向。基于本工程外立面改造精度要求较高的特点，研发并应用了基于BIM技术及二维码技术的装饰构配件物流管理平台，进行五金和玻璃等大宗材料的管控。该平台通过系统管理、信息优化、动态智能等手段，有效解决数据共享问题；根据生产及施工流程，对装饰构件生产、入库、运输和安装等环节严格管控；通过对每一块饰面板和每一组基层进行二维码数据编码，确保产品的唯一性，在下单、生产、拼装和运输等过程中进行现场实时的有效管控。

该平台的应用，使项目技术负责人及材料员在装饰构配件材料进场时，只需扫描二维码即可记录其型号、规格、数量、安装位置和产品合格证书等各类所需的信息，形成可追溯的电子化管理资料及基于BIM模型的可视化数据库；后续运维阶段的拆卸、储藏和替换，也都能在第一时间获取相关信息。若有玻璃和五金件等发生损坏，也可以根据二维码迅速找出产品参数，并查找相关加工厂家进行加工替换。

5 工程技术总结

改造完成后的亚龙五金商城，俨然已成为北京东路上的一道亮丽的风景线。本工程在相关历史资料缺失的条件下，通过历史建筑调研，采用新材料、新工艺替代老材料、传统工艺技术研究及认定办法等技术管理手段，确认并完善设计方案，摆脱了因相关资料缺失带来的束缚；在施工过程中，将数字化建造技术与建筑老工艺还原技术相结合，为项目保驾护航。

6 结语

亚龙五金商城外立面改造工程的顺利竣工，体现了上海城市发展中由粗放型的“大拆大建”向“城市有机更新”新理念的转变。建筑工程新材料、新工艺及数字化技术的应用，又为这个领域的设计和施工打开了新思路，创造了新价值，使城市的文脉得到了有机地传承和延续。