既有建筑改造发展现状与工程质量管理水平提升分析

、摘要：

我国既有建筑存量巨大，在结构安全性、运营能耗和使用功能等方面存在较多问题。既有建筑改造以提升建筑安全性、功能性和降低能耗为目标，引起了相关管理单位和建筑行业的广泛关注。介绍当前既有建筑改造的常见技术类别和改造原则、存在问题和发展趋势。同时，分析了三维激光扫描技术和 BIM 技术在既有建筑改造中的应用价值，探索提升既有建筑改造工程质量管理水平的方法。

关键词：

既有建筑改造 ；BIM 技术 ；三维激光扫描技术 ；工程质量管理

在建筑设计和建设标准匮乏、施工技术落后、保养维护不到位、建筑材料性能差的背景下，我国城市规模迅速扩大，由此使得年代久远的既有建筑存量巨大。以上海市为例，截至 2018 年，既有建筑面积达 13.69 亿 m²，居住房屋总量约为 6.87 亿 m²。2000 年前建成的老旧住房总量为 2.44 亿 m²，约占既有建筑面积的 35%，新中国成立前建成的里弄、公寓住房，至今已有 70 a 以上甚至百年历史^[1]。早期建筑在结构强度、运营能耗、使用功能和安全性等方面均存在问题，如外立面破旧、线路老化、能耗严重、配套设施不足等，建筑性能低于小康居住标准，而拆除重建将造成资源浪费和环境污染。因此，通过改造技术改善既有建筑结构、环境、安全性和使用功能，提升使用寿命，已经引起相关管理单位和建筑行业的广泛关注^[2-3]。

自 20 世纪 70 年代石油危机以来，欧美国家开始重视建筑节能改造。20 世纪 90 年代，随着新建建筑市场逐渐萎缩，欧美既有建筑改造技术得到快速发展，且该技术的使用提升了既有建筑的安全性和舒适性。随着建筑设计理念的发展与完善，欧美提出了绿色建筑、智慧建筑与可持续建筑，既有建筑群改造更新和新城市建设理念逐步进入大众视野^[4-6]。

20 世纪 80 年代末，我国既有建筑改造以危旧建筑改造和旧城改造为开端，从节能改造、历史建筑维护逐步扩展到普通建筑更新与再利用。随着建筑技术、材料科学、设计理念和施工工艺的进步，以及相关政策、法规体系的完善，在原有结构加固改造的基础上，我国提出了建筑物乃至整个建筑区域的安全性、空间环境、使用功能和运营能耗全方位绿色化等的改造，全面提升建筑综合性能和用户舒适度^[3]。

基于上述背景，本文总结目前国内既有建筑改造发展现状及其存在的问题，梳理三维激光扫描技术结合建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在既有建筑改造中的应用。并分析既有建筑改造工程管理的特征和方法，为提升既有建筑改造项目的管理水平提供参考。

1 既有建筑改造技术现状

1.1 既有建筑改造技术分类

我国既有建筑改造依据标准不同，分类也不同。从发展历程来看，在不同历史时期，有不同关注点，主要有安全改造、节能改造、绿色化改造、适老宜居改造和智慧健康改造^[2]。

（1）安全改造。我国既有建筑最早开始的是危房改造、保护性改造等安全性改造，为相关政策的制订提供了依据。

（2）节能改造。既有建筑节能改造通过降低建筑资源和能源消耗量，实现建筑的绿色改造、建筑可持续发展。随着我国经济快速增长和城市化进程，建筑能耗逐年上升，节能成为建筑领域的重要课题。20 世纪 90 年代，我国既有建筑改造开始关注能源，通过编制标准、制订政策、示范工程，逐步积累经验，大力推广节能改造技术。

（3）绿色化改造。20 世纪 90 年代，我国开始关注绿色化改造。2006 年，国家出台的 GB 50378—2006《绿色建筑评价标准》，提出采用高性能、低材耗、可再生循环利用的绿色建材，推行绿色施工方式，实施绿色化改造，推动全产业链的发展。既有建筑绿色化改造与现代城市发展的新理念、新趋势相吻合，有利于推动城市的绿色发展。

（4）适老宜居改造。“十三五”国家重点研发计划绿色建筑及建筑工业化专项课题“既有居住建筑宜居改造与功能提升关键技术”，聚焦既有建筑适老宜居改造标准体系、实施路线、关键技术、示范工程等，为切实推进适老宜居改造提供了技术支撑。

（5）智慧健康改造。当前我国已进入互联网时代，数据共享、智能控制在建筑行业应用越来越广泛。2017 年，《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》指出“在新建建筑和既有建筑改造中推广普及智能化应用，完善智能化系统运维机制，实现建筑舒适安全、节能高效”。该文件的落实快速推进了既有建筑智能化和健康化改造进程。我国既有建筑改造技术分类如图 1 所示。由图 1 可知，既有建筑改造依据建筑生命阶段和再利用价值分为保持既有建筑原功能不变进行的维护改造、将既有建筑功能置换进行的再利用改造和利用既有建筑拆除后的剩余部分进行的再循环改造。

既有建筑依据改造内容可分为安全性改造（包括建筑结构加固和消防改造）、功能性改造（包括空间拓展和空间环境改造）和节能改造。

1.2 既有建筑改造前检测与评估

既有建筑检测不仅可以保证建筑结构的安全性，也是合理安排建筑使用、改造和扩建等工作的前提。既有建筑安全性评估是指以其原始资料和检测结果为依据，对结构体系进行验算和鉴定，并给出改造措施和建议。依据既有建筑安全性、适用性和耐久性方面的检测与评估结果，结合结构体系和材料设备的现状，可以预估剩余使用寿命和未来的可能变化，确定建筑加固或改造方案，有利于实现建筑结构改造后使用年限内的预定功能。

1.3 既有建筑改造设计原则

在综合考虑设计标准、结构损伤、使用功能、经济效益和发展空间的基础上，既有建筑改造方案需满足安全、可靠、耐用、方便施工和改造后的运维管理。既有建筑改造设计的主要原则是安全可靠，利于抗震；节约成本，保护环境；功能提升，持续利用。

在既有建筑改造方案设计时，应考虑现有机械设备和施工工艺，确保改造方案和施工质量实现预期效果。在既有建筑改造施工期间，应加强科学管理，保护周围环境，优化施工组织，节约资源。在既有建筑改造后运维期间，应规范建筑物日常维护与管理，及时发现、消除安全隐患，提升使用品质。

1.4 既有建筑改造过程中存在的问题

在国家政策和市场需求的引导下，我国既有建筑改造的技术水平、施工方法、标准规范和管理措施均取得了重大突破，但仍存在一些问题有待持续改进。

（1）既有建筑原始建造信息损坏或缺失，数据精确性和可靠性差。早期建筑交付文件以二维图纸和文档为主，专业符号不规范、尺寸不精确、施工信息不全面，以致信息传递效率低，建筑数据精确性和可靠性差。这方面有待利用先进的数字化技术和前期的精细化检测评估技术获取建筑改造前的详细和准确信息。

（2）既有建筑改造过程中技术难度高，管理工作量大。改造过程中由于建筑各系统复杂、施工工期紧张、场地受限、施工质量与安全管理要求高，加上现场情况复杂多变，所以改造设计方案优化和施工管理工作量大。这方面有待持续研发低影响、低污染、低净空等的施工技术和现场管理技术。

（3）部分既有建筑改造后仍缺乏有效的运维管理，信息可追溯性差。由于缺乏既有建筑维护意识和维护管理体系，所以也没有进行日常维护或维护档案建设。

与新建建筑工程相比，既有建筑改造存在设计难度大、施工困难多、场地条件差、质量和安全管理要求高、项目管理动态性强等特点[7]。因此，需规范既有建筑信息维护与管理，提高信息传递效率和利用率。

1.5 既有建筑改造发展趋势

我国既有建筑改造的发展趋势是转变改造方向、扩大改造范围和延伸改造深度^[2]。

（1）既有建筑单项改造向综合改造方向发展。既有建筑改造初期，技术不成熟，改造难点多，缺乏技术标准，主要以节能改造为主。随着改造技术和标准体系不断完善，既有建筑改造围绕节能、安全、绿色、宜居、智慧、健康等方面，逐步转向全面改造阶段。

（2）既有建筑向规模化改造方向发展。既有建筑改造秉持从点到面、由易到难的原则，由单栋建筑逐步扩展到小区甚至社区，既有建筑改造逐步实现规模化。

（3）既有建筑改造向低能耗、超低能耗及近零能耗改造方向发展。我国正在积极发展超低能耗建筑及相应技术体系，部分城市和地区既有建筑改造已开展低能耗、超低能耗以及近零能耗改造技术的研发和试点。

2 新技术在既有建筑改造中的应用

2.1 BIM 技术

BIM 技术是基于计算机信息技术的技术。其通过组件参数化建立数据共享平台，利用信息集成和自动成图技术，实现工程进度模拟、数据存储和可视化展示，具有参数化、可视化、协调性、模拟性和可输出性等特点，能够降低项目成本、提高施工质量、缩短工程周期和提升管理水平^[8-9]。

BIM 技术不仅可以应用于新建建筑，在既有建筑改造全过程中也有重要应用价值。在既有建筑改造可行性研究阶段，BIM 技术可提供三维信息模型，且可以考虑周围环境的影响，对改造项目方案进行模拟、分析和比较。在既有建筑改造设计阶段，BIM 技术通过三维可视化模型，可调整建筑内部空间、设备和管网布置，优化改造设计方案。在既有建筑改造施工阶段，利用 BIM 技术可以合理规划施工现场的交通、材料堆放场地、附属设施、临时房屋和水电管线，优化配置资源，提高施工效率。同时，BIM 技术能够实现业主、施工方、监理之间信息的高效传递，实时更新工程的进度。在既有建筑改造后运维阶段，BIM 技术涵因盖建筑全生命周期，存储了建筑信息、使用状况、设备状态、维修记录、内部空间、改造历史等数据，能够快速准确获取所需数据，有益于提升管理水平。

BIM 技术信息管理模块具有建筑信息记录、建筑构件尺寸测量、三维可视化表达和逆向重建等功能，能够以数字化的形式实时记录和存储既有建筑改造过程中各个阶段的信息，有效解决了传统数据管理中图纸损坏、数据丢失等问题。基于 BIM 的施工模型对现场情况和信息进行监测，可以实现改造项目进度、资源的动态控制。

2.2 三维激光扫描结合 BIM 技术

三维激光扫描技术在于利用激光获取测量对象的三维空间数据，具有非接触、扫描速度快、测量精度高、测程远等优点^[10-11]。该技术已应用于三维地形图绘制、历史建筑建模、既有建筑测绘与改造等领域。

在既有建筑改造领域，建筑图纸缺乏或精度差，在设计阶段通常需要进行重新测绘。传统的测绘技术采用全站仪、测距仪、皮尺、相机等设备测量建筑关键位置三维坐标、细部长宽高尺寸、立面照片等数据，但绘图效率、精度低，难于绘制复杂建筑的细部轮廓。三维激光扫描技术可将施工现场以点云数据的形式呈现在计算机中，再与 BIM 技术相结合建立三维立体模型与施工现场空间模型，可解决既有建筑原始数据不足的难题。

三维激光扫描技术获取既有建筑的点云数据，并结合BIM、GIS（Geographic Information System，地理信息系统）和仿真技术建立三维可视化模型，如图 2 所示，可优化改造设计方案。在改造过程中通过模型比对定期进行施工现场检测和控制，实现施工结果的可视化。同时，利用三维激光扫描技术和 BIM 技术监控既有建筑使用状况和设备信息，结合物联网技术能够提升其改造后运维管理水平^[8]。

3 既有建筑改造工程质量管理

既有建筑改造的具体环节和环境条件不同于一般新建建筑工程，其工程质量管理具有以下明显特点^[12]。

（1）既有建筑改造需兼顾建筑改造前、后质量。改造前需分析地基性质、受力、变形等，选择对结构主体无损害或损害较小的施工工艺，不影响原建筑结构功能及结构稳定性。

（2）既有建筑改造施工对建筑物及其周边造成干扰，施工环境更加复杂。建筑物周围可利用空间狭窄，不便于材料运输、堆放及设备安装，且施工将对周围环境产生不利影响。

（3）既有建筑改造项目利益主体复杂，项目质量目标难统一。既有建筑改造涉及业主、投资方、施工方、居民、临近建筑等多方利益，各方对改造项目质量目标的差异性导致工程质量管理困难，施工管理过程协调工作复杂。针对既有建筑改造工程质量管理面临的难题，采用有效手段提升既有建筑改造工程质量管理水平迫在眉睫。① 既有建筑改造需要加强对管理人员的培训，提高其职责素养和管理水平。相关部门应定期开展管理培训教育工作，促使管理人员更新知识结构，提升专业技能，增强管理和安全意识，在改造过程中能够充分发挥其管理职能。② 提供针对具体改造项目的规范化、精细化和个性化规律，有效确保既有建筑改造资金的合理利用、优化资源配置，提高项目的施工质量和效率，并采用科学的成果管理模式，促进各部门协调合作。③ 由于既有建筑改造活动涉及工程招投标、相关技术和产品的选用、施工质量与安全、信息公开化等监管内容，因此政府和项目各参与方应积极采取市场准入、价格、信息、质量等方面的监管手段，加强既有建筑改造项目的全面监管。④ 加强 BIM 技术、数字化技术、智能化技术等新技术在既有建筑改造工程质量管理全过程中的应用。通过合理运用 BIM 技术，整合改造过程中的参数信息，结合数字化、智能化技术实现信息的快速、有效传递，减少人员投入和人为失误，提高既有建筑改造工程质量管理效率。

4 结 语

我国既有建筑存量巨大，在建筑结构安全、运营能耗、使用功能等方面均存在一定问题，亟须采取改造技术改善既有建筑结构、环境、安全性和使用功能。本文总结了当前国内既有建筑改造发展现状，分析了既有建筑改造分类方法、改造前检测与鉴定、改造设计原则、改造过程中存在的问题和未来发展趋势。同时，提出了三维激光扫描技术结合 BIM技术能够有效解决既有建筑改造中存在的问题，如缺乏原始数据、图纸精度差、工程管理工作量大和信息可追溯性差等，具有重要的工程应用价值。最后，分析了既有建筑改造工程质量管理的复杂性，探索了提升既有建筑改造工程质量管理水平的手段。

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作者简介：

陆非，1971 年生，从事工程项目管理等工作，现供职于上海中誉企业发展有限公司。