严寒地区旧工业建筑适应性改造设计方法初探

　　文／裘鞠吉林建筑大学建筑与规划学院教授

　　白力心吉林建筑大学建筑与规划学院硕士研究生

　　摘要：随着城市不断发展扩大，曾经繁荣的老工厂陆续迁往新址，通过适应性改造让闲置的旧工业建筑焕发出新的生机是大势所趋。对于严寒地区的旧工业建筑来说，如何在形象和功能重塑的同时兼顾对严寒气候的适应性成为不可忽视的问题。文章通过结合严寒地区气候特征和旧工业建筑的特点，分别从场地规划布局以及建筑单体的角度提出适应性改造设计方法，加强对严寒地区旧工业建筑的保护与再利用，以期在延续历史文脉的同时实现建筑与环境的可持续发展。

　　关键词：严寒地区；旧工业建筑；适应性改造

　　引言

　　近年来，随着我国社会结构转型调整以及城市的扩张，老工业基地那些曾经在民族工业建设发展时期作出显著贡献的老工厂陆续搬迁至新址，开启新征程，而那些闲置的旧厂房影响着周边居民的生活质量，也阻碍着城市的发展，成为亟待解决的工业建筑遗存。对这些极具区位价值和历史文化意义的旧工业建筑进行适应性改造，促进老工业区空间环境再生，成为与城市形态相呼应的独特的文化资源，打造成属于城市的另一张城市名片，形成延续历史文化、展望未来的纽带。但现阶段我国的旧工业建筑改造却多以重塑形象和功能为主，忽视了对地域的气候适应性，尤其是作为老工业基地的东北地区，拥有大量旧工业建筑又地处严寒地区，在“碳达峰碳中和”目标的推动下，更应该重视该问题。本文基于严寒地区的气候环境和旧工业建筑的特点探讨适应性改造设计方法，保持建筑空间与自然气候的协调性，从而在保障旧工业建筑适应新的使用功能的同时实现绿色、节约和可持续发展的建筑品质目标[1]。

　　1地域特征及旧工业建筑概述

　　1.1严寒地区气候特征

　　严寒地区的气候特征主要有：冬季干冷漫长，夏季温热短暂，过渡季节变化强烈、时间短促，气温年差较大；降雨量主要集中在夏季，平均湿度较高，冬季降雪量大，冰冻期长，且冻土深、积雪厚，地表积雪融化缓慢，湿度趋于平稳；冬季主导风向为偏西南风和偏西北风，夏季主导风偏东南风[2]。综上，在严寒地区进行旧工业建筑改造设计时必须解决建筑冬季防寒、保温、增加自然采光、防御寒风等关键问题，满足严寒地区“集约、厚重、封闭、向阳”的主要建筑特点。

　　1.2东北地区旧工业建筑概述

　　严寒地区的老工业区以东北老工业基地为主，东北工业基础建设主要可以划分为三个发展时期，每个时期的建筑具有一定的差异。

　　第一阶段为民族工业时期，即20世纪30年代之前。在该时期，军阀张作霖、张学良父子开始推行“新政”，东北逐渐形成了以钢铁、煤炭为中心的重工业体系和以粮食加工、纺织、食品工业为中心的轻工业体系。但重工业主要被外国势力掌握，民族工业以发展轻工业为主，比如面粉业、火柴业、榨油等等。这个阶段普遍是单层厂房，高度和跨度都相对较小，多应用砖木结构和砖混结构，屋面多为黏土瓦，门窗以木质为主。

　　第二阶段为日本殖民时期，即20世纪30年代到中华人民共和国成立之前。该阶段展示着日本对东北矿产资源的掠夺，形成了一套殖民地工业体系，以发展矿业、机械工业和化工业为主。这个阶段的厂房以钢筋混凝土框架结构为主，以红砖作为主要砌体，外墙多做抹灰处理，建筑风格多模仿日式建筑。

　　第三阶段为中华人民共和国成立初期。我国为了大力发展钢铁、机械、石油等重工业，从苏联请来建筑设计师来设计、监工建设工业厂区。该时期的工业建筑类型主要采用苏联形式，简洁大气且不重装饰，主要砌体为红砖，墙体厚重且砂浆黏稠度较高，保温性能好，主要应用的屋架类型有钢混凝土折形屋架、三角梁架、钢屋架等，同时顶部设有天窗，可以兼顾工艺、通风和采光的多重需求；后期苏联取消援建后，我国自主建设的厂房仍未摆脱苏联的建筑样式，但施工工艺较差，墙体较薄且砂浆密实度较差，保温性能较差。

　　前两阶段的建筑由于年代久远，完整性均遭到不同程度的破坏，因此本文的主要研究对象为第三阶段东北地区苏联援建的“156项重点工程”，这些旧工业建筑不仅保留得更为完整，也见证了东北老工业基地的辉煌历史，具有更高的经济价值和历史价值。

　　1.3改造思路

　　对于严寒地区旧工业建筑的适应性改造，应该遵循从整体到局部的原则。首先考虑整体层面，关注旧工业区的场地交通组织和建筑布局，然后从建筑单体的层面进行考虑，针对建筑的空间、结构及外部形态提出适应性改造设计方法。

　　2建筑规划布局特征及适应性改造设计方法

　　2.1建筑规划布局特征

　　受到“工业化”背景和“生产型城市”思想的主导，“一五”计划时期苏联援建的工业厂区在规划时规划布局大多沿用了苏联工业区规划模式。这种基于“邻里单位”思想规划出的工业厂区秩序井然，通常占地面积较大，在厂区中设置工业生产区和配套的生活服务区，将整个工厂设计成一个具备完善体系的封闭式“小型聚落”。工业生产区通常包括工业生产、行政办公及科技研发等功能，常见模式为在主入口附近布置行政办公区，其后布置生产厂房，厂房的建筑布局能够体现出清晰的工业生产流线关系；生活服务区在“苏式”风格的基础上融入中国本土的文化元素，体现出街坊制的形式。

　　厂区在整体上规划清晰，多采用轴线对称的平面形式，体现了强调秩序和服从的形式主义。通常以开阔广场作为厂区的主入口，将厂区内部主要道路作为景观轴线，规模化的厂房成组成排围绕景观轴线对称分布在两侧[3]，大量重复的工业建筑整齐排列在一起，呈现出秩序化、流程化、模块化的空间感受，强调着“人民”和“广大劳动者”的集体概念。建筑、道路与广场相互协调，风格统一，气势恢宏，充分展现了社会主义审美倾向和精神风貌。

　　厂区内部道路设置具有典型的时代特色，规划整齐，一般是一条主要道路作为中轴线穿过整个厂区，两侧垂直或平行于主路设置支路，路网肌理方正规矩，通过尺度的不同来突出主要道路。在厂区内部大多设有明显的标识来提高空间辨识度，如礼堂、雕像、水塔等高耸标志物，带有符号隐喻的标志建筑为整个厂区建立了强烈的视觉系统[4]。

　　2.2建筑规划布局适应性改造设计方法

　　2.2.1交通组织

　　旧工业建筑场地规划布局的适应性改造首先应考虑场地内外的交通组织。随着城市的不断发展与扩大，老工业区所在的区域逐渐由城郊区域转变为城市核心地带，原有的规划布局是以当时的时代背景及条件进行设计的，交通组织难以满足当下甚至未来的使用需求。原有的工业厂区多采用集约封闭式管理，场地的出入口设置较少，对于面积庞大的厂区来说步行对外交通十分不便。在改造时应结合场地周边的道路等级、人流方向等条件，充分考虑与周边公共交通的便捷联系，合理增设场地出入口。冬季的寒风与积雪极大地影响了室外活动的进行，可以挖掘利用地下空间或者通过扩建和连廊串联原有厂房，提升出行舒适度。[5]厂区的方格状路网排布规整，极大程度上可以保留，在改造时应考虑人车分流，减少车辆对人行活动的干扰，同时结合现实需求在内部增设停车场。

　　2.2.2建筑布局

　　对于严寒地区来说，采用合理的建筑布局，保持适宜的建筑间距，让建筑能尽可能多地获得日照，同时宜将建筑入口布置于防风向阳的朝向。原有的建筑通常遵循路网排布，十分规整，极大程度上增加了寒风的不利影响，在对工业厂区进行适应性改造时，可以通过对原有建筑进行局部加建或拆除的手法，将建筑进行前后错动布置，以降低风速；也可以将建筑布局改建为L形、U形或者口字形的防风式建筑布局，围合式的布局可以减弱冬季冷风的侵袭，建筑形成的屏障也可以改变风向、降低风速，降低寒风对行人的影响；同时，将建筑布局的开口方向设置为南向，以便建筑获得更多采光。围合式布局形成的南向开放空间也可以与城市开放空间进行有机融合，营造出尺度舒适的室外公共活动空间环境。

　　在对建筑进行加建或拆除改造时，应该注意对建筑形体的优化。第一，简化建筑形体。严寒地区的建筑宜简化建筑形体，控制体形系数的同时也减少自遮阳情况的出现，达到降低热损失的防寒目的。第二，选择有利形状。在改造时，建筑形体设计宜向南向展开，争取更多日照；北侧收缩，减少冷风的侵袭，同时屋面应考虑坡度以利于排雪。

　　3建筑单体特征及适应性改造设计方法

　　3.1建筑单体特征

　　“一五”时期苏联援建的工业厂区多数为机械领域和冶金领域的重工业项目，这一特殊的历史背景使这些旧工业建筑在结构方面具有大型化、重型化的特点。大型化特征主要指工业建筑由于重工业的生产性质，内部通常需要容纳大型的机器设备，因此工业建筑结构多采用排架结构，营造出远超民用建筑的大尺度空间。为了满足生产过程中的采光、通风及运输需求，除了使用更大尺度的门窗洞口之外，通常在厂房上方设置高侧窗与天窗。重型化特征主要指在工业生产时所使用的机械设备及用品数量多、重量大，对建筑的荷载需求极大，因此建筑基础和结构十分坚固，具有极强的荷载能力，往往可以承受几十吨甚至上百吨的重量。

　　在建筑立面上，沿用了苏联工业建筑“檐部+墙面+勒脚”的三段式结构立面，设计简约，线条流畅，并没有使用繁杂的装饰，而是对相同的元素进行排列组合，在对称中添加韵律的变化，形成立面的整体表达。例如门窗均使用相同的尺寸，将其作为基础元素进行规则排列，保持立面工整性，体现秩序性和逻辑感；相同规格的门窗构件也可以规模化生产，提高建设效率，降低建设成本。

　　3.2建筑单体适应性改造设计方法

　　在对严寒地区旧工业建筑进行改造时，应充分利用其大跨度、大空间和结构稳固的优点，分别从内部空间、建筑结构、外部形态和物理环境的角度挖掘资源潜能，对其进行合理化改造，使其焕发新的活力。

　　3.2.1内部空间的小型化设计

　　很多厂房在建筑结构上，沿用了苏联工业建筑的柱网标准，尺度远超民用建筑的使用尺度，因此在改造时可以根据使用需求考虑对空间进行“化整为零”的小型化改造[6]，一方面可以满足改造后新功能的使用需要和民用建筑的尺度需求，在有限的内部空间增加使用面积，扩展容积率；另一方面也可以减少大空间产生的不必要的采暖能耗。

　　在小型化改造时可以从水平方向和竖直方向两个方面进行划分改造。在水平方向上，可以通过增设实墙或隔墙等构件，根据新的使用需求将原有的大空间分隔成若干小空间，该方法主要适用于单层或底层占地面积较大的旧工业建筑。设计时可以注意在不影响房间使用功能的前提下，合理控制空间平面的长宽比，例如加大南向房间的进深，降低人工照明和采暖能耗。在竖直方向上，可以通过增设楼板或设置夹层等方式重新划分高度空间，增加空间的层次感，该方法适用于空间高大的旧工业建筑。在综合评估空间的采光与采暖需求后，合理地控制空间高度，可以避免不必要的高大空间造成能耗浪费。

　　3.2.2空间组织与交通流线

　　当旧工业建筑置换新功能后，尤其是内部空间重新划分后，建筑空间与交通流线也应该重新进行组织。原有工业建筑多为生产制造部门，空间流线往往以工业生产的流程为主，考虑更多的是生产的便捷性。但在改造的过程中，对于空间的组织应该将使用者的感受纳入考虑因素，力图满足功能和精神的双重需求。

　　在对严寒地区的旧工业建筑进行改造设计时，除了功能合理性和使用便利性外，节能的因素也应该考虑，若在此阶段考虑节能的因素，则后期运营阶段的能耗将会大大降低。例如，第一，可以根据使用需求，控制分区的合理性，如严寒地区宜结合温度要求进行分层，将高性能空间通常需要维持相对稳定的物理环境，通常依赖设备进行维持，能耗较高，因此在严寒地区该类空间应当远离室外环境，占据建筑的内部核心空间，避免热量流失；普通性能空间，其对物理环境的要求较为宽泛，可以将要求较高的空间布置在朝向好的位置，将要求较低的空间布置在朝向不佳的位置；低性能空间，该类空间对物理环境并无特殊需求，如楼梯间、电梯间、设备机房等，可以将其设置在气候条件最不利的位置，形成气候缓冲区，成为室外寒冷环境和室内环境的过渡，发挥保温防风的作用，减少严寒气候对室内空间的不利影响[7]。第二，可以根据建筑主要人流出入口、方向，优化交通流线组织，例如建筑主要人流出入口应设置在避风向阳处，设置门斗并采取流线转折等方法避风防寒，进一步防止冷风侵袭渗透。第三，可以将性能相同或相近的空间同层或临近设置，将性能差异较大的空间分开设置，中间使用过渡空间进行缓冲，减少不同性能空间之间不必要的制冷、制热能耗。

　　3.2.3充分利用原有建筑结构

　　虽然现在很多旧工业建筑已经处于闲置状态，但其结构仍然基本完好保存。在进行适应性改造时，使用功能的变化可能会导致对结构需求的变化。原有的工业建筑结构的稳固性远远超过民用建筑的需求，因此应该尽可能保留原有结构，充分利用其性能优势，避免耗费更多的资源。

　　当新功能所需要的结构与原有结构基本相似时，可以对原有的结构进行保护和加固，最大程度利用原有的结构，降低改造成本，例如单层的大跨度厂房改造成展览馆、剧院等开敞空间时，可以保持原有结构；当原有结构的部分不能满足新的使用需求时，可以在原有结构的基础上局部拆除或增加新的结构构件，例如在局部增设夹层或拆除部分楼板作为中庭，增加空间的趣味性；当局部改造结构不能满足新的功能需求时，可以考虑在内部或外部植入新的独立结构体系，或者考虑水平加建和竖向加建，重塑空间形态。

　　3.2.4外部形态的保护与重构

　　外部形态是建筑给人最直观的第一印象。工业建筑独特的建筑风格是工业文明的重要载体，是历史记忆的直观体现。完全保留建筑原有的外表皮并不能体现出适应性改造的特点，因此在外部形态的更新上，往往采用新旧融合的方法，即将建筑立面的旧元素和新元素有机结合，使存在差异的新旧风格和谐共处。在新元素的选择时可以考虑从材料、色彩、尺度等方面综合考虑，例如很多旧工业建筑在改造时都会将玻璃作为与红砖形成强烈反差的材料，打破原有立面的规整造型，营造出现代风格与工业风格融合的氛围。

　　在新旧融合的过程中可以从新旧元素的对比和调和两个角度出发，使立面看起来更加和谐统一。对比是指在对旧工业建筑改造的过程中，利用新旧元素之间的差异性，通过对比的手法使其相互衬托，丰富立面层次，增强视觉效果。例如，通过色彩上冷暖的对比、材质上虚实的对比、造型上曲直的对比、风格上粗犷与精细的对比等，在融合现代的过程中保留历史的记忆。调和是指以建筑原本的历史风貌作为基础，对新旧元素的差异性进行比例的调整，使整体形态趋于和谐，同时满足人们对旧工业建筑的情感归属和对现代风格的审美需求。

　　3.2.5物理环境的适应性改造

　　对于严寒地区的旧工业建筑改造来说，除了空间、结构和立面以外，还应该考虑建筑的物理环境，以更少的能耗来满足建筑舒适性的要求。从围护结构和空间组织等方面，通过吸纳、过滤、传导、阻隔等不同技术路径来实现蓄热和采光的性能，最大限度地做到建筑节能，提升建筑环境品质，达到可持续发展的目的。

　　严寒地区建筑的热环境是改造过程中重点考虑的方面。由于需要保留原有建筑工业特色的建筑立面风格，对于墙体的改造多采用热稳定性高、保温性能好的墙体材料，通过内保温或夹心保温的方式添加保温层，形成复合空间或空气夹层，提高保温能力，同时选择传热系数小的门窗构件，避免热桥的产生。工业建筑大尺度的门窗洞口对建筑的保温十分不利，在改造时应该进行数量和比例的控制，避免大面积开窗，合理地将不必要的门窗洞口进行封堵，尤其是严寒地区的北向、西北向，应采用实墙为主的建筑界面。建筑入口是建筑热损失的重要部位，也是严寒地区保温设计的重要组成部分。在改造时应该合理设计入口的空间形态，回避不利朝向，通过设立挡风墙、防寒门斗等方式解决防寒、防风等问题。

　　建筑的光环境也是严寒地区不能忽视的一个环节，不仅会影响日常使用中使用者的视觉感受，也会影响建筑能耗。工业建筑顶部多设有天窗，在改造时可以通过合理设置窗墙比或者利用原有的天窗或者加设中庭、天井等方式增加自然采光，有利于减少照明能耗。同时，严寒地区具有较丰富的太阳能资源，在改造设计时可以通过太阳能设施与外围护界面一体化设计，实现光电转换和光热转换。

　　结语

　　对于严寒地区旧工业建筑的适应性改造来说，无论是从整体规划布局到局部单体改造，还是从前期的策划到后期的运营，都面临着两个问题：一是既有场地与建筑的空间适应性；二是既有场地与建筑的气候适应性[5]。本文对严寒地区旧工业建筑的适应性改造方法进行了初步探讨，以期对未来的改造中减少严寒气候对建筑的不利影响，实现建筑节能的目标。

　　参考文献：

　　[1]陈嘉晖.珠江三角洲旧工业建筑改造的气候适应性空间设计研究[D].广州:华南理工大学,2023.

　　[2]李玲玲,张文.严寒地区建筑气候适应性设计研究——以哈尔滨华润·万象汇为例[J].建筑技艺,2020(07):50-53.

　　[3]韩锐.东北地区“156工程”建筑研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2022.

　　[4]赵越.基于空间美学的东北地区“苏式”工业遗产特征研究[D].长春:吉林建筑大学,2022.

　　[5]胡映东,戚祥玉.严寒地区工业遗存的气候适应性改造策略[J].工业建筑,2018,48(02):53-58.

　　[6]姜振平.严寒地区既有工业建筑改造设计策略研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2021.

　　[7]韩冬青,顾震弘,吴国栋.以空间形态为核心的公共建筑气候适应性设计方法研究[J].建筑学报,2019(04):78-84.

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