第1章 土木工程再生利用设计基础
1.1 土木工程再生利用基本内涵
1. 基本概念
土木工程是建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。它涵盖范围较为广泛，既指应用的材料、设备和进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动，也指工程建设的对象。就工程建设的对象而言，土木工程的分类方式较多，常见的有按空间位置、项目类型和使用用途等分类。例如，按空间位置不同，可将土木工程分为地上或地下工程、陆上或水下工程等；按项目类型不同，又可将土木工程分为房屋、道路、铁路、管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台以及防护工程等。
自人类社会诞生起，人们就进行不同种类的土木工程建造，这些建造成果作为人类社会文明的物质载体，是社会、文化、经济发展的产物，也是人类文明不可或缺的重要组成部分。然而，受外部环境和内部机制变化的影响，这些建造成果往往呈现出新陈代谢式的更替过程。随着人类社会的飞速发展，新旧行业的更迭愈加频繁，若仍采用“大肆推倒重建”式的发展模式势必会造成严重的物质资源浪费和人类文明印记的消失。
再生利用是在原有土木工程未完全拆除的情况下，部分或全部借助其原有的物质基础、建造图纸等技术资料进行开发的一种方式。从土木工程的实际情况来看，一方面，土木工程实体的耐久期限往往比功能使用期限时间要长；另一方面，土木工程实体空间有着较大的使用灵活性，与使用功能并非绝对的对应关系。上述两方面为土木工程再生利用提供了实践上的客观可行性。土木工程再生利用是将废弃的或闲置的土木工程实体进行适当改造或功能置换，以一种满足新需求的新形式延续其原有机能的行为。土木工程再生利用能够满足资源节约型、环境友好型社会发展的要求，它既是一种历史文化保护的新观念，又是一种工程实体保护和利用的新手段。
2. 基本原则
1) 经济合理性原则
经济合理性是土木工程再生利用的重要考量因素之一，是项目能否真正落地的关键。一个好的再生利用项目不但可以降低建造成本，还可以带来较为可观的经济收益和社会效益。因此，在土木工程再生利用的过程中应充分考虑经济问题。不仅要计算项目前期和中期的建造成本，还应预测项目后期所带来的经济收益和社会效益。通过将再生利用项目经济性同其他方案( 如保持现状或完全推倒新建等) 的经济性相比较，判断项目是否具有经济合理性。
2) 技术可行性原则
对于土木工程再生利用来说，因为可选择的建造技术受既有土木工程实体的影响而受到限制，所以可创作的自由度减少，再生利用本身所需要的技术也需要更加先进、更加合理。土木工程再生利用的技术主要包括保存技术和改建技术两部分，保存技术主要指针对既有土木工程的保护、加固、防腐、修补等技术，改建技术主要指既有土木工程的外接、增层、内嵌、下挖等技术。在项目开展前需充分论证技术的可行性和合理性，避免项目开展过程中需增加大量工期和资金投入。
3) 历史真实性原则
土木工程再生利用不仅是一项经济活动，更是一项社会活动。它不仅含有一定的经济价值，同时，还承载着丰富的历史文化价值。因此，土木工程再生利用过程中应保持历史的真实性。保持历史真实性并不是说完全以“福尔马林”式的保护，即对土木工程不能进行变动，而是要求在变动的同时能够清晰地显现出时间的痕迹，改动部分与原有部分应尽量显现出各自的时代特点。
4) 可持续发展原则
土木工程再生利用是符合可持续发展观念的建造活动，它所强调的是项目物质基础的持续利用。正如吴良镛先生所讲的“任何改建都不是*后的完成( 也没有*后的完成)，而是处于持续的更新之中”，因此，再生利用时应该保持项目的可持续性，使其在较长的时间内能够被反复利用。例如，尽量避免破坏原有结构的独立性和稳定性，减少使用“不可逆”的手法对土木工程进行改造，采取重细部而轻整体等做法。
3. 再生意义
随着科学技术的快速发展，土木工程的建造水平和技术进入到了一个崭新阶段，土木工程的物质寿命有逐渐延长的趋势。然而，社会经济的不断进步以及产业结构调整、环境污染治理等变化，使得大量土木工程处于废弃、闲置的状态。这些土木工程大多仍具有使用价值，经结构安全检测与鉴定后，对其进行再生利用既有利于建筑行业的低碳节能、减少建筑垃圾的产生，又有利于城市发展肌理的留存、使城市记忆具有历史厚重感。同时，在如今城市特质消失、城市发展景观趋同严重的局势下，对这些土木工程进行合理的再生利用，可以为场所特征的塑造和城市区域景观特色提供契机，丰富城市建筑景观，提高区域和城市的辨识度。总的来说，研究和发展土木工程再生利用具有重大的现实意义。
1) 土木工程再生利用的经济意义
对于一个工程项目而言，其经济效益在很大程度上决定了项目的可行性，对于再生利用项目也是一样。再生利用项目具有工期短、投资少、收益高三大优势。在土地开发资源紧缺、物价波动剧烈、能源短缺的当下，土木工程再生利用项目从材料、设备等能源消耗角度来看，比拆除重建的项目要低，且大大节省了土木工程实体拆除、场地平整、建设周期及人力成本、物资投入等方面的费用。土木工程再生利用项目是基于既有土木工程的二次开发，建设周期短，投资资本回收也比较快。因此，土木工程再生利用项目不仅可以节约建造成本，还可提早带来收益。
2) 土木工程再生利用的社会意义
土木工程再生利用可以激活萧条、败落的城市空间，促进城市和资源的可持续发展，从而有利于城市和社会积极有序的发展。作为城市更新的微观层次，土木工程再生利用是一种以点带面的更新手段。通过对质量较好、经济活力较大的土木工程进行再生利用，在老城区内形成分散的经济兴奋点，由此慢慢辐射，逐步带动周围地区的经济发展，*终激活整个经济衰落地区。这是一种渐进的更新方式，符合城市历史的发展规律。
3) 土木工程再生利用的历史文化意义
土木工程再生利用不仅有其使用功能意义，其历史文化意义也是不容忽视的。正如约翰？罗金斯所说，一个建筑的*大荣耀不在于它的石材，不在于它的金饰。建筑的荣耀出自于它的岁月，出自世世代代过眼云烟之后在它铅华尽洗的墙上所散发出来的回响、凝视、神秘的共鸣，不论过去的是与非。作为历史文化载体之一的土木工程，其命运经历了大规模拆除、“福尔马林”式冻结保护、再生利用等多个阶段。实践证明土木工程再生利用对于历史延续性和文化多元化的发展具有积极的作用。
4) 土木工程再生利用的生态保护意义
20 世纪以前，人们仅仅将石油、煤炭、木材等原材料看作是物质能源，而将工业、农业产品看作是消费品。随着能源危机的爆发，人们已经看到肆意浪费能源不仅是对环境的破坏，也是对人类自身的毁灭。土木工程作为一项重大的经济活动，其建造、使用、维护甚至消亡过程中耗费了巨大的人力与物力资源。土木工程作为潜在的资源和能源，盲目加以拆除是对资源与能源的浪费。因此，土木工程再生利用不仅是历史与文化价值的保留，更是对地球自然资源的利用及对环境破坏行为的减少，是一种积极的可持续发展的行为。
1.2 土木工程再生利用发展历程
土木工程再生利用*早起源于西方国家，它是一个历史发展的过程而并非突然产生的事物。通过研究西方近代建筑的发展史不难发现，土木工程再生利用经历了从“消极保护”到“积极再生利用”的过程，从发展时间历程上可将其大致分为3 个阶段，其发展历程阶段划分时间轴如图1-1 所示。
图1-1 发展历程阶段划分时间轴
1. 诞生与启蒙
二战后的欧洲各国都面临着大规模城市重建的工作，如何处置历史遗留的旧建筑是各国需要解决的紧迫问题。在此背景下，国际文物工作者理事会、保护和修复文物国际研究中心等相关国际组织先后成立。1964 年，国际文物工作者理事会在威尼斯召开会议，讨论并通过了《威尼斯宪章》，从此标志着西方国家拉开了近代历史建筑保护的序幕。《威尼斯宪章》中的一些基本原则已经成为世界公认的文物建筑和历史地段保护的权威性文件。然而，立足于当代来回顾《威尼斯宪章》的内容，不难发现其侧重的只是如何保存历史和具有重大历史价值的建筑，并没从发展利用的角度对待普遍存在的旧建筑。
在诞生与启蒙阶段，人们对于旧建筑保护的目的是单一的，只是想保存建筑的历史以便在日后大规模的城市更新中更多的留存集体记忆和场所精神。也正是出于这样的保护目的，大量建筑被“福尔马林”式的冻结保护，只有对少量的建筑进行再生利用探索。维罗纳老城堡博物馆就是非常著名的一个旧建筑再生利用项目，设计师通过丰富的几何形状和现代材料与古代艺术品的对比，对入口、台阶、窗户、展品位置等细节进行设计，并大量运用借景的手法，让参观者能够充分感受到新与旧、传统与现代的交融，如图1-2 所示。
2. 发展与转型
自20 世纪70 年代以来，人们对于旧建筑的再生利用陷入了原样修复和大肆拆毁两个极端。大部分历史建筑精品以文物保护的形势被保存下来，完全按照原有的建筑样式进行修复、还原，完全不对其进行风格改变只是单纯的被保存起来。这样保护的建筑就像装进了博物馆，成为完全静止的没有生命的建筑躯壳。然而对于历史价值较低的建筑，没有得到重视及保护，只能大肆推倒、损毁。
随着社会发展和认知的改变，逐渐发现当时对于建筑物的保护只是采用单一的手段，想要留存住集体记忆和场所精神，还应对旧建筑的历史环境进行保护，于是，人们开始在这两个极端中谋求旧建筑得以“存活”的方法。20 世纪50 年代以物质空间为导向、以大规模拆旧建新为表征的城市更新模式随实践弊端的显现逐渐被抛弃，城市更新理念发生着巨大转变；1975 年，建筑遗产保护在“欧洲文化遗产年”开展后迅速成为主流意识，在这一时期，也制定了相当多的有关旧建筑保护和利用的国际性文件，如《内罗毕建议》(1976 年)、《马丘比丘宪章》(1977 年)、《巴拉宪章》(1979 年)、《华盛顿宪章》(1987 年)等。这些文件在《威尼斯宪章》的基础上，扩展了旧建筑保护的范围和保护利用的手段，引入了对原有建筑进行适度改造的保护观念。近年来各国的实践证明，保护与再生利用既可以产生矛盾，也可以相互促进。
在这个时期，再生利用已经不仅仅局限于单体建筑的保护，而是扩大到历史地段和城市社区的层次，并且与城市建设和复兴紧密联系，“以利用促进保护”是这时期*突出的主题。波士顿昆西市场、伦敦女修道院花园市场的再生利用是这种燎原之势的揭幕者，如图1-3、图1-4 所示。
图1-3 波士顿昆西市场
图1-4 伦敦女修道院花园市场
3. 普及与成熟
自20 世纪80 年代后期至今，在城市建设过程中人们普遍开始有了对旧建筑进行再生利用的意识，再生手法有了进一步的发展，再生理念逐步普及与成熟。
这一阶段，对旧建筑再生利用成为建筑保护和城市复兴的主要手法。超大型工业建筑遗产再生利用促进城市复兴在90 年代得到了突出的体现，例如，德国的耶拿蔡司光学工厂变成了多样化的新城市中心；诺宜斯尔的梅涅巧克力厂变成了雀巢公司法国总部（图1-5）；柏林的奥斯拉姆灯泡厂变成了约170000m2 的城中城等。此时期再生利用的设计手法也在大规模普及与多样化实践中迅速走向成熟，德国国会大厦（图1-6）、英国泰特美术馆等更标志着现代主义在当代走向了再生利用的艺术顶峰。
图1-5 雀巢公司法国总部
图1-6 德国国会大厦
1.3 土木工程再生利用主要内容
1. 再生手法
1) 功能置换
土木工程空间及其功能并非严格一成不变，空间与设计之间存在多样映射的特点使土木工程再生利用设计有更多的选择性和灵活性。土木工程再生利用功能置换可分为局部功能置换和整体功能置换两种。只要抓住土木工程的空间特征，移植与其空间相适应的新功能就能较好地实现功能置换。
2) 空间更新
空间更新主要分为3 种
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