摘要：本文從近年來建筑設計中的一個特殊分支——歷史建筑再利用的角度，討論了鋼結構在建筑學中的應用。首先，介紹了建筑理論史上改造思想的發展，闡述了鋼結構能夠成為建筑改造中重要手段的原因。其次，依次剖析了建筑改造的各個理論分支，結合具體案例闡釋了為何鋼結構能夠在實踐中實現歷史建筑再生的意旨。再次，從結構方式角度說明并梳理了幾個重要案例的結構實現方案。最后，對鋼結構在歷史建筑再利用方面的廣闊前景作了展望。

關鍵詞：歷史建筑再利用；鋼結構；結構表現

1 引 言

1.1 歷史建筑再利用思想的發展

建筑改造包括建筑改建與擴建。在建筑改造的過程中，建筑師的任務是利用原有建筑（材料、結構等），通過改變、加建等手段，創造出適應新情境所需的空間。

21世紀的今天，歷史建筑再利用已成為建筑學中極其重要、值得獨立討論的分支。然而，在歷史的語境下舊建筑保護與利用的思潮經歷了漫長的演變過程。

19世紀，作為哥特復興運動的產物，有關于歷史建筑再利用的思想萌芽最初表現為針對遺產建筑的保護與修繕。材料高度保真構件的加入主要是為了修補建筑殘損的風貌或是幫助保持結構的有效性。

1964年，《保護文物建筑及歷史地段的國際憲章》（威尼斯憲章）被修訂。作為體現古跡保護基本精神的憲章，首次提出了新材料可以在不改變建筑風貌的情況下被使用。這可以視作是舊建筑利用與保護思想的基石[1]。

在此之后，歷史建筑工作實踐領域最優秀的先驅者之一卡洛·斯卡帕在舊建筑的修繕與保護過程中開始使用嶄新的材料。此舉意圖在于嘗試將現代技術的邏輯與歷史文化的邏輯銜接起來，讓歷史與現實在沖突中產生一種充滿張力的場所美感。

盡管在當時被視作異類，但斯卡帕等人的工作確實擴大了“歷史建筑”這一詞匯的內涵。除去那些被奉為圭臬（比喻事物的準則）的經典作品，大量普通歷史建筑，即那些僅僅作為人們日常性行為發生場所的普通用房開始進入保護者們的視野。發表于1976年的《內羅畢建議》明確地將再生與利用作為保護的內涵之一。

至此，建筑的保護與利用不再孑然對立。文物修復專家、建筑師、結構工程師，就像對待所有追求整體性與表現性的建筑項目那樣，共同參與到這種半開放的設計命題中來。

1.2 我國歷史建筑再利用的現狀

我國歷史建筑再利用起步較晚，但已經成為了當下城市建設的當務之急。目前我國歷史建筑的面積達到了15.31萬㎡并且仍在以600~700km2/年的速度增長。但在我國的歷史建筑再利用過程中仍然存在種種亂象，譬如改造后歷史身份消失，改造中整體效能下降，技術應用不合理、更新思想不恰當，違章改建等。

其實，不僅僅是歷史建筑，現存的建筑，無論其是具有歷史價值、藝術價值、社會價值或經濟價值，都可以視作為再利用的對象。如果能完善建筑再利用技術、推廣建筑再利用理念，無疑對社會、經濟的可持續發展都具有優良效益。

1.3 鋼結構與歷史建筑改造

鋼結構與歷史建筑改造有著密不可分的關系并且在這一新興領域中具有無可代替的優勢。站在建筑改造的立場上來看，鋼結構輕盈、表現力強、適應性強，才能在眾多改造材料與手段中脫穎而出，成為了歷史建筑再利用中最常見、易得的材料。簡而言之，鋼結構能夠滿足普遍意義上優秀建筑的三大標準：“適用、堅固、美觀”。至于鋼結構如何從建筑空間的表現和結構性能兩個角度同時達到改造要求，可以結合具體案例進行分析。

21世紀的建筑學是建構的建筑學，建構不再僅僅指向單純的空間或表皮，而是通過建造中的邏輯將建筑結構、空間結構等部分有機地結合在一起。同樣，在歷史建筑改造與擴建的過程中，合適的結構方案能夠使新、舊建筑在建構的層面上交流、對話，對21世紀建筑學也有著重大的意義。

2 鋼結構與建筑修復理論實踐

運用鋼結構對歷史建筑進行修繕、加建、改造的策略可以追溯到17世紀。1667~1670年間，卡羅迪·佩羅在對盧浮宮的扁平柱頂過梁和穹頂做的加固修繕就使用了鍛鐵構件（見圖1）。另一位建筑師蘇夫洛在巴黎先賢祠的重建工程中采用了鑄鐵構件對于入口處的山花進行加固。

圖1 1667~1670年盧浮宮“佩羅”柱廊工程開始使用鍛鐵結構作為輔助加固手段。

18世紀中葉以來，隨著對于材料破壞機理的研究的逐漸深入，以及近代力學對于材料受力特點把握的完善，鋼結構在歷史建筑再利用中所能夠發揮的潛力進一步被人們所認識。相比較傳統磚石結構的抗拉性能弱、結構彈性弱、自重大等缺點，以及相對于木結構易腐蝕、耐久性差等問題，鋼結構所具有的自重輕、彈性好、抗拉強度大等特點恰能在這樣的基礎上和原材料形成互補，充分發揮材料受力性能，增強建筑結構的耐久性，達到延長建筑使用壽命的目的。

此外，歷史建筑的特殊性質對于材料的施工操作也提出了要求。為了避免破壞原場地及立面材料，施工過程應盡量將對現場環境的影響減至最小，能夠更自由地配合原有建筑的形態。鋼結構在生產方式上本身具有輕型化、裝配化、適配化的特質，加上在荷載傳遞上對于原建筑的影響較小，滿足了歷史建筑改造的普遍要求。

2.1 建構方式的延續——鋼結構在東方的地域性表達

在建筑修復理論成型之初，“風格性修復”曾一度是學界的中流砥柱。勒·杜克提出的“風格性修復”旨在強調追求建筑形式的統一和建筑風格的完整性。因此，風格性修復要求運用原先歷史時期的技術手段進行修復并追求新舊材料在物理特征和力學屬性上的完全一致。

在中國南方的磚木混合民居建筑中，木結構組成的框架體系無疑是其中最具代表性的一種。木結構幾乎天然地表達了地域性，而鋼結構與木結構的某些相似之處，又使鋼結構成為了瀕危木結構的替代品，傳承了地域精神（見圖2~圖3）。

事實上，鋼結構能夠延續地域性建筑，在建筑理論史上亦有其依據。著名的建筑理論學家森佩爾在他的“材料置換理論”中提出：人類文化的發展有時會出現材料的置換，即在守護傳統文化符號的前提下，另一種材料可用于詮釋先前材料的建筑原型，鋼結構與木結構有著相似之處，兩者都表現出輕盈的桿件狀結構，強調結構的裸露與真實，強調桿件與受力情況的一致性[2]。

本文挑選了一個在當今中國看來十分常見做法案例中的典型——位于貴州遵義的民宿改造，設計由建筑師傅英賦完成。這幢小房子原先的功能為“烤煙房”（見圖4），是當地傳統產業的一種。將這幢傳統工業建筑修改為民宿，意義在于保護傳統建筑形式與當地的產業記憶。鋼結構在建造邏輯上貼合了原先的木結構屋面，結構形式上也與原材料形成了緊密的聯系。雖然現代感很強，但絲毫沒有打破傳統建筑的風格。

項目的策略是通過鋼框架的植入加固原有的結構，承受新加入活動的荷載。在建筑內部嵌入鋼框架（見圖5）可以分離圍合結構和承重結構，形成雙層嵌套。原先的石棉瓦屋面被替換成鋼框架的透明屋面（見圖6）。整個鋼框架與外墻的原有木梁搭配，代替了那些腐朽的木制構件，重新形成完整的框架體系（見圖7）。

在這樣的項目中，鋼結構的設計并沒有表現出過于高超的技巧，而僅僅是模仿傳統坡屋面的結構，平實地與自然對話。

2.2 科學性修復——鋼結構的自我表達

圖7 建筑改造方案示意圖

隨著修復工作的開展與實踐，喬瓦尼諾在1930年前后提出了科學性修復并引入了“形象解析”（Anastylosis）的概念。這一概念是指對于歷史建筑現存的破碎部分，可以引入對于整體修復影響較小的中性材料。這種“中性”指的主要是構造與結構上的中性，而對風格或建筑氛圍并無限制。至此，大量鋼材、玻璃被引入建筑物的更新之中。這些附加物與原有的破碎遺址共同組成整體，通過新舊拼貼的手法展現出一種特殊的建筑魅力。

位于西班牙的古老城堡Garcimu?oz Castle （見圖8~11）就是運用鋼結構對古建筑進行科學性修復的典型。該古堡的原結構是典型的磚石砌筑結構，若再要按照原結構進行修復已經難以整理出條理。因此，在修復上建筑師大膽地使用了強有力的介入手法——使用了包括網架、平臺鋼結構、桁架等多種鋼結構來加固原結構并創造出新的空間。

圖8 西班牙Garcimu?oz Castle改造項目全景

建筑師使用了鍍鋅鋼材和彩色玻璃作為改造的主要材料，無一不在營造著空間活潑、現代的氣息。

伴隨著新的結構，一系列的新功能也被植入到這個場所之中——露天電影院、影視音像圖書館、咖啡廳、餐廳、酒吧等。

當地法規規定，這樣的改造必須為臨時建筑，在未來可以被繼續改造或替換。因此，建筑師索性全部使用鋼結構，在建筑內部上演了一場“鋼結構的盛宴”。在這個建筑中，圓鋼、工字型鋼、桁架、樹形支撐、平臺鋼架……這些手法以西班牙特有的后現代主義手法結合在一起。歷史建筑營造了整體性極強的氛圍，而這些碎片般的新手法點綴其中。同時，多變的鋼結構自身恰恰是為了適應歷史建筑各處不同的缺損與結構缺陷——并且由此而需要不斷變換其受力方式。功能的復雜性通過結構的復雜性表現出來，但結構的復雜性又是對于原建筑的保護和烘托。

在當下，這種修復手法正在逐漸變得流行。比起單純地模仿傳統地域中的建構方式，展示鋼結構自身的建構邏輯和美學亦不失為一種有力的手段。

圖11 鋼結構扶手節點

2.3 最小干預原則——鋼結構的“結構性”

發表于1976年的“內畢羅建議”擴大了“歷史建筑”一詞的內涵，也進一步拓展了歷史建筑修復的思想策略。這項提議最終被表述為“最小干預原則”，即盡可能少地干擾建筑本體，保持建筑歷史面貌以實現歷史信息的表達。隨即而來的一系列技術策略，其中最重要的包括附加構件的隱入、獨立技術體系的插入，獨立技術體系往往為輕型結構以減少與原體系的關聯或弱化對原體系的影響。

位于上海民生碼頭的筒倉改建就是這樣的一個實例（見圖12）。為了向混凝土主體的筒倉（現為展覽空間）植入一個新的功能空間，建筑師選擇了使用輕型鋼結構進行外掛的策略——而外掛的鋼結構廊橋也作為一個獨立的部分進行展示（見圖13）。

同樣，同濟設計院的改造項目中也采用了類似的設計思想[3]。由巴士站改造而來的同濟設計院，在功能設計過程中需要頂層加蓋。原建筑結構為3層鋼筋混凝土框架結構，主要柱網尺寸為15mx15m和7.5mx15m。加建部分為兩層，由于原結構的承載力不足，必須采用自重較輕的鋼結構（如圖14所示）。

然而，這樣的搭接雖然解決了荷載與歷史建筑保護問題，上下部不同結構帶來的不同剛度，對于結構的抗震設計也提出了挑戰。最終，結構工程師采用了粘滯阻尼器來抵抗不規則的結構扭轉和下部混凝土框架的剛度不足。

同濟設計院改建和民生碼頭筒倉改建方案的相似之處在于：鋼結構不再單純作為舊建筑的修補或支撐，而以自己的建構語言參與到歷史建筑的“再利用”中來。通過新結構的植入充分利用原有建筑物的荷載或空間余量，鋼結構開始在建筑改造過程中展示出更積極的姿態。

同時，這種做法還有更深一層的涵意——保持歷史建筑的可識別性。材料、結構的新與舊，保護了歷史，像化石斷層一樣清晰地展現在人們眼前。

圖14 同濟設計院改造示意圖

2.4 結構的替換——以技術策略為主導

對于一些原先體系已遭受嚴重破壞的建筑，建筑師需要和結構工程師一起采用更加高效的技術措施予以修復。新構件的加入改變了原技術體系的受力，轉移了缺陷，新舊體系得以成為一個整體。

受地震影響或時間過長面臨坍圮（tān pǐ，崖岸或建筑物或堆起的東西倒塌，從基部崩壞）危險的建筑中，這種做法尤其常見。在汶川地震中受損的四川慧劍社區中心就使用了鋼結構對原結構進行替換并重新修整了內部空間（見圖15~16）。

修復過程首先將屋頂與磚墻分離，沿建筑縱墻、橫墻選取關鍵支撐點，向墻體內、外下挖6m左右直到持力層，灌注混凝土形成灌注柱（見圖17）。建筑內部采用了筒形核體，使16根鋼柱的結構基礎脫離原有墻體4m以上，形成4組筒形核體。各層外挑平臺漸次錯開，形成各種功能空間（見圖18）。其后，在兩端搭接工字型鋼橋，橋上立鋼柱支撐原有的屋架結構重量，將原先脆弱的承重墻體變成圍護體系，使之滿足現有抗震規范設計的需要。

圖19 天空圖書館

修復后的建筑不僅以鋼結構作為主體結構，也形成了許多極富表現力的空間，如建筑頂部在鋼桁架包圍下形成的天空圖書館（見圖19）。

早在多年前，阿爾瓦羅·西扎在對意大利Salemi城的教堂保護中就使用了鋼桁架對拱券進行加固。這種做法的特殊之處在于，桁架不充當拱券內任意一個受力構件，而是提供一個新的桁架結構，將拱券懸吊在半空中。

3 鋼結構與建筑修復的矛盾性：孰執主角？

21世紀，對于歷史建筑該如何保護的態度仍然存在分歧。一些人以“原真性”為核心，事無巨細地保留一切歷史信息；而另一種聲音則強調“修復性保護”。

和其他所有新加入的材料一樣，鋼結構在歷史建筑修復過程中同樣面臨著一種道德上的爭議——即應該選擇“消隱”，抑或“彰顯”？這兩種態度事實上暗示了鋼結構在這一領域中繼續發展的兩種可能的方向——成為主角，還是配角？

在中國或是全球的歷史建筑修復實踐中，過去更多的做法仍然傾向于消隱。譬如在中國大量木結構（也包括磚石結構）的古塔、古寺中，運用扁鋼對原結構進行修復和加固的做法已經十分成熟。扁鋼由于其體積小、延性好、強度高，能夠進行榫卯節點、桿件的修復，但在這一過程中，人們仍然小心翼翼地嘗試，將鋼結構的部分盡力隱去[4]。

建筑改造項目往往可能走向兩種極端狀態：一種是盲目地崇拜傳統，將“修舊如舊”進行得過分徹底；另一種的形式則顯得過分夸張，對比過于強烈，使歷史建筑失去了原有的氛圍。而鋼結構作為新的結構，在它的表達語言中似乎披著一種地域性表達的色彩，又不失自身的形式語言，成為了規避極端狀態的較佳選擇。

然而，在這種情況下，鋼結構是否真的能夠既適應建筑的歷史氛圍，又從容地執“一己之辭”進行表達呢？以筆者的觀點來看，現在鋼結構在歷史建筑修復這一領域的應用仍然存在著較大的發展空間。從20世紀到21世紀，隨著鋼結構的飛速發展，鋼結構的語言表達也愈發豐富——出現了各類鋼結構的體育場、車站巨構建筑，也出現了諸如蓬皮杜藝術中心或是密斯·凡德羅作品這樣的鋼結構建筑形態。更加富有表現力的，諸如日本代代木體育場（見圖20）或葡萄牙里斯本車站（見圖21），懸膜結構、樹狀結構、曲面桁架、參數化設計，各類高新手法不斷地加入到了鋼結構的發展之中。但我們不難發現，盡管獨立的鋼結構建筑語言表達在不斷豐富，運用于古建筑改造的鋼結構語言卻仍然顯得相對原始——大多以簡單的三角形桁架、鋼架或一些簡單的網架構成。這樣的做法固然充分發揮了鋼結構的受力性能，但未能充分地表達鋼結構的建筑語言[5]。

此外，鋼結構天生帶有一種結構理性主義的傾向，即建筑形式忠實地反映受力形式。這種思想恰恰和歷史建筑的原真性保留存在某種精神上的暗合。同濟大學建筑學院的著名教授馮紀忠先生曾提出過“與古為新”的建筑價值觀，也許歷史本就循環往復，鋼結構既能代表歷史建筑的精神，也該在必要時自信地成為“主角”。

4 結 語

從誕生發展至今，鋼結構歷來被人們認為具有輕薄、輕盈、通透、漂浮的特點。而在歷史建筑修復這一領域中，除了結構自身的優勢，鋼結構具有更深層的精神表達能力，提供了一條連接歷史與未來的途徑。倘若能充分發揮鋼結構的性能，勢必能保護建筑的歷史價值，完成具備功能轉化、效能提升、能力整合和優化的綜合性改造。首當其沖是要保持尊重歷史和歷史修復的正確價值觀，而后運用現代技術，在強調人文化、生態化、綜合化的基礎上，謀求新、舊建筑的共同生長。自現代以來出現的各種嘗試，正昭示了未來鋼結構在歷史建筑再利用中的廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]金海平．建筑改擴建中輕型結構應用研究[D]．天津大學，2009．

[2]柳亦春．結構何為？[J]．建筑師，2015(2)：43-50．

[3]萬月榮，徐漢平．同濟設計院大樓改造中的加固方法[J]．工程抗震與加固改造，2013，35(6):98-103．

[4]張風亮．中國古建筑木結構加固及其性能研究[D]．西安建筑科技大學，2013．

[5]周健，汪大綏．結構師視角的“結構建筑學”[J]．建筑學報，2017(4):28-31.

來源：建筑鋼結構進展   作者：郭思同