運用現代科學技術讓中國城鎮建筑遺產生生不息

2021-12-16 11:26:20

上下5000年,中華大地上,留下了無數飽經滄桑、多姿多彩的建筑。在城市發展突飛猛進的今天,如何為這些古老的建筑遺存“延年益壽”,又能讓生活在其中的人們詩意地棲居、延續文脈,是對當下建筑師和規劃師的一大考驗。

近20年光陰中,中國工程院院士、東南大學教授王建國團隊,專注地與一件事“死磕”:讓中國城鎮建筑遺產在過去與未來的交匯穿梭中生生不息。

在前不久舉行的2020年度國家科學技術獎勵大會中,由中國工程院院士王建國、崔愷領銜,東南大學、中國建筑設計研究院、中國城市規劃設計研究院、故宮博物院、中國科學院遙感與數字地球所等單位共同完成的“中國城鎮建筑遺產多尺度保護理論、關鍵技術及應用”榮獲國家科技進步獎一等獎,這是我國建筑學領域第一項國家科技進步一等獎。

項目團隊首次揭示了城鎮建筑遺產多尺度保護的內在機理,突破了城鎮建筑遺產“多尺度”保護的關鍵技術瓶頸,相關成果在31個省級行政單位的工程實踐中得到應用,涉及300余項城鎮建筑遺產,曾助力中國城鎮建筑遺產保護實現重大跨越,支撐了2項世界文化遺產的成功申報,并應用于北京、南京、杭州等16個國家歷史文化名城、43個世界文化遺產和全國重點文物保護單位、78個歷史街區以及11個遺址保護建筑項目。

漸進式改造,讓古街區永保生機

東依蜀山,西臨蠡河,粉墻黛瓦,青石曲徑。形成于宋代之前的江蘇省無錫宜興市丁蜀古南街,是中國重要的紫砂文化發源地和傳承地。行走于如今的古南街,那些古樸的商鋪、作坊、茶舍、名人故居雖然被修葺一新,但細細咂摸,還能看得見時代的肌理。

多年前,古南街的房屋年久失修、設施缺失、風貌雜亂,大量原住民生活其中。“此類歷史街區絕不可以一體化整治或大面積拆建,對建筑單體來說,要奉行最小干預原則,通過研究建筑的結構和建筑材料的退化機理,讓它延年益壽,治小病防大病。對于街區來說,還要考慮與居民的社區生活緊緊聯系在一起。”王建國告訴科技日報記者。

如何用創新技術對古南街的風貌、建筑進行保護、整治和改造,古南街南入口的張家老宅可見一斑。

張家老宅是居民和游客進入古南街的主要門戶,老宅原先沿街有三開間的門面房,后面為居住的院落。

“房子是木結構,圍護用磚砌筑,梁柱和墻體與相鄰開間共用,所以維修的過程中,如果其中一間的梁倒了,就會影響其它間。”對此,王建國團隊設計了一種“聯體—共生”結構,先踏勘測繪和分析原有的建筑性能和結構,又研制出加固補強技術和防止連續倒塌的柱間加固結構及方法,確保了保護改造的安全和三開間日后改造的整體性。同時,團隊通過屋面、墻體保溫構造層的設計,改善了既有建筑的隔熱保溫性能。

這樣的改造在古南街比比皆是,近20年間,團隊先后研發了針對街區風貌整體性的性能化規劃設計方法,民居建筑的聯體—共生結構保護技術、物理環境改善、磚木建筑與設備系統一體化設計等系列創新技術;制定了古南街傳統民居建筑的改造導則供居民自主的建筑環境改造參考,成為中國歷史街區中物質遺產與非物質文化遺產保護相得益彰、歷史保護與社會發展共贏的典型范例。

“小規模的漸進整治和改造的‘古南街模式’,規避了當前我國對于傳統古建聚落普遍采用的大規模、商業化改造存在的突出問題,避免了大拆大建帶來的浪費,強調技術的適宜性和合理性,也有助于保護街區風貌,彰顯內在歷史文化價值,穩定原住民并為合理開發利用奠定基礎。”王建國說。

為老城量高限高,看得到過去望得見未來

如果說,對于單體建筑和街區的保護可以讓其適應時代發展進行再利用。那么,擴大到城鎮層面,還要考慮古典、近現代和現代多元一體的相互觀照。

“對這些建筑不能做孤島式的保護,要把它們置身于城市發展的脈絡中。例如,現在的大城市不可能不蓋高層建筑。我們要處理好保護、傳承、揚棄、發展之間的關系。”王建國說,對于像云南大理、平遙、同里、烏鎮等這樣面積不太大、一般在5平方公里以內、適合步行和慢行交通的城鎮,可以進行整體的保護留存,甚至可以做到“原汁原味”。

但大城市就不一樣了,例如南京僅明城墻內老城就42平方公里,北京二環內62平方公里。對于這樣的歷史文化名城,就要注重保護傳承歷史文化,對優秀的遺產做到“應保盡保”,同時又必須兼顧現代大城市必須具有的較高密度的集聚功能。

城市歷史風貌保護中,如何管控建筑高度,一直是個突出的科學難題。為此,項目團隊在近20年的探索中,反復嘗試、實驗并最后成功運用了基于城市用地屬性數字化分析的設計手段。

王建國介紹,2003年,團隊在國內首次使用地理信息系統,基于用地的區位、交通可達性、景

觀敏感度、地價等屬性,做了南京老城的建筑高度管控研究。這讓城市規劃管理第一次有了高層建筑管控的底線思維方式和數據庫成果。

2015年,王建國院士團隊再次應邀研究南京老城的建筑高度管控,通過對5569個產權地塊的地塊性質、地塊規模、軌道交通、歷史風貌、綠地和地價因子綜合分析,并基于相似性的迭代計算,粗算出每個地塊建議的建筑高度。

同時,團隊將計算結果與常規城市設計的社會、人文、美學要求相互驗證和校核,最后聯合南京市規劃設計研究院團隊,形成了高精度的南京老城建筑高度的管控指引的數據庫成果。這一方法后來運用在廣州、沈陽、鎮江、常州等總體城市設計建筑高度規劃中,并獲得國家發明專利。

“城市作為一個生命體,其人居環境聚落總是一直發展的,規模越長越大、建筑越長越高、功能越來越復雜,這是歷史的宿命。我們應該在城市中,閱讀那些隨著歲月或流逝、或凝凍的建筑遺產見證物。歷史傳承與現代化交相輝映,既要傳承文化,做好今天,也要擁抱未來。”王建國說。

以“觀”控“景”,用山水城林拼出一城錦繡

在當下的城市,水體對城市景觀的意義變得越來越大。站在水邊,視野開闊,人們可以“全景式”地觀賞、解讀城市。因此,如何協調處理城市與水體的景觀、空間關系成為城市規劃和建設的重要課題。

素有“三面云山一面城”之稱的杭州,以“西湖十景”名世。在西湖申報世界文化遺產的前夕,王建國院士團隊參與了西湖東岸景觀提升相關的規劃設計工作。

如何讓人們在泛舟西湖時看到西湖最美的一面?王建國團隊創造性地將GPS技術與風景觀覽藝術相結合,通過概率趨近原理,把西湖的湖面視點跟東岸城市建筑景觀的關系作了一次診斷,初步解決了西湖觀覽城市的景色分級概率分布問題。

“我們將西湖地圖打上了方格網,把每個交叉點都用GPS定位。然后租船‘泛舟西湖’,在每個交叉點上拍西湖城市界面的全景照片,再將幾千張照片的觀感評級打分,并用很好、好、一般、差、很差的五個形容詞級差將所有照片分級,把獲得相同評價的點連起來形成線,這就是‘等視線’。”王建國說,接下來,團隊又研究了西湖的游船路線,發現先前游線中能看到景色很好的地方,但也有少數景色一般、甚至比較差的地方,于是,建議有關部門按照“等視線”研究成果重新規劃游船線路。

在調研時,王建國團隊獲悉,天氣晴好的時候,在西湖能看到10公里之外錢江新城的高層建筑,而團隊幾次調研時并沒有看到,王建國突然想到,這是否與空氣能見度有關。

團隊購買了過去3年杭州市的空氣能見度資料研究后發現,3年內平均每年大約只有57天能從西湖看到6公里之外的建筑,年均可視率16%,這是一個小概率情況。

在此基礎上,王建國團隊畫出一個杭州市高層建筑和西湖能見度關系的分析圖,為西湖的景觀提升和杭州城市建設提供參考,成果獲得兩項國家發明專利。

從“觀”的角度,對“景”進行選取和布局,并為城市天際線的“美顏”提供參考,這為打破城市面貌的千篇一律提供了技術支撐。

“城市大多是拼貼、漸進生長的。拼貼城市像一幅油畫一樣,要一筆一筆按照理想人居的目標不斷疊加、修改,一直都是進行時,永遠沒有完成態。”王建國說。

(記者金鳳通訊員唐瑭)

標簽: 生生不息 城鎮建筑 建筑師 科技進步

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