立筒仓保护与再利用对策研究*

GXF360 2018-04-04

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1 研究背景——立筒仓发展概况

立筒仓是储存散粒物料的立式容器[1]。20世纪初，伴随着散粒物料存储需求的快速增长，以及立筒仓具有容量大、占地面积较少、劳动生产率较高等优势，国际上开始大量兴建立筒仓[2]。

20世纪20年代，我国开始建设钢筋混凝土立筒仓，初期主要应用于煤炭及建材行业；最早的立筒粮仓建成于1938年的上海阜丰面粉厂，由直径10 m、高20 m的24个筒仓组成，总容量2.1万t。新中国成立后，立筒仓建设快速发展。1959年，粮食部决定在浙江设立新型立筒粮仓试点；1960年3月，我国第一座砖砌“立筒仓”粮仓在杭州第一碾米厂(现南星桥粮库)建成。20世纪70年代后，轻工、煤炭、建材、粮食、港口运输等行业开始大规模使用立筒仓作为主要仓储设施。在此期间，多座高度超过30 m的大型立筒仓在上海、北京、广东等地相继建成；而贮煤筒仓更是朝着容量万吨级以上的巨型化发展，例如贵州老屋基选煤厂于1977年建成我国第一座万吨级贮煤筒仓，其直径为22 m，高56 m，容量1.2万t；1987年建成的北京石景山热电厂贮煤筒仓为5个1万t筒仓串联，筒仓直径22 m，高41 m。20世纪90年代后，一方面，在经济快速增长和工业技术迅猛发展的推动下，立筒仓的施工技术、存储方式以及机械化水平显著提高，建成了很多设施更完备的现代化立筒仓，而贮煤筒仓和粮仓筒仓等更是趋向于巨型化，由此，很多原有立筒仓已不能满足需求。另一方面，城市化进程加快、城市产业结构调整、城乡空间结构变迁等促使城市中部原仓储、工业用地的性质发生了转变，造成很多立筒仓建筑被闲置、废弃甚至拆除。为避免具有综合价值和鲜明特色的这一特殊类型的仓储建筑遗产在城市发展进程中消逝，应对具典型意义的立筒仓进行保护和适应性再利用[3-6]。

2 立筒仓分类与特征分析

2.1 立筒仓分类

2.1.1 按立筒仓功能分类

根据储存物料类型的差异，立筒仓的功能类型主要包括：粮仓(面粉仓、麦仓、谷仓、米仓等)、盐仓、水泥仓、石灰仓、煤仓等，也包括储存流体的油仓、水仓(包括污水处理仓)等。

2.1.2 按仓体高度与内径比分类

按仓体计算高度与内径之比，立筒仓可分为浅仓和深仓；比值小于1.5为浅仓，大于1.5为深仓。调查表明，现存立筒仓主要为单筒浅筒仓和多筒高(深)筒仓。前者多采用砖混结构；后者则多为钢筋混凝土结构，由几个或几十个筒仓按一定的平面形式组成[1-7]。

2.1.3 按结构材料分类

立筒仓按结构材料可分为钢筋混凝土筒仓、砖筒仓、钢板筒仓、钢丝网水泥筒仓等。钢筋混凝土筒仓具有容量大、坚固耐用、抗震性好、节约土地等优势，高度可达40 m以上，适用于周转量大的大城市和港口地区，应用最为广泛。砖筒仓筒壁用砖砌成，造价低、施工方便，仓筒内径一般不超过6 m，高度不超过20 m，适用于中小型粮仓。钢板筒仓壁薄、自重轻、施工方便、标准化程度高，但钢板仓壁隔热性能差，易结露，适用于品种多、容量小、周转快的中小型仓库。钢丝网水泥筒仓的仓顶、筒壁和仓底锥斗均为钢丝网水泥，筒下支承结构用钢筋混凝土柱或砖砌环墙，一般内径为5～6 m，高约10 m；由于自重轻、壁薄而不利于物料长期储存[1，7]。

2.1.4 按平面形式分类

立筒仓的平面形式主要有圆形、矩形、正六边形、正八边形等，以圆形居多。多筒高立筒仓按照仓筒群排列组合形式可分为行列式和错列式两种[1]。

2.2 立筒仓形体构成特征解析

研究选取应用最广泛且遗存数量最多的储存散粒物料的多筒高立筒仓作为 “典型立筒仓”进行形体分析。多筒高立筒仓形体主要由工作塔、上下联廊、筒仓、筒上建筑(筒上层)、筒下层等构成[1]。典型“立筒仓”形体及其构成如图1、图2所示。

图1 典型“立筒仓”形体外观
Fig.1 The appearance of typical silos’ shape

1—工作塔； 2 —下联廊； 3 —上联廊； 4 —筒下层； 5 —出粮口; 6 —仓底； 7 —筒壁； 8 —筒顶板(筒上建筑地面);9 —进粮口； 10 —筒上建筑。
图2 典型“立筒仓”形体分解示意
Fig.2 The exploded view of typical silos’ shape

2.2.1 工作塔与上下连廊

工作塔是装有提升机和工艺设备的建筑物，主要用于初清、计量、运输和分配，其建筑平面多为矩形；工作塔与筒仓(群)之间有一定距离，通过上下联廊与其连接。

2.2.2 筒仓(群)

筒仓(群)形体由单个筒仓的平面形式和筒仓的排列组合方式组构形成；单个筒仓由仓顶板、筒壁、仓底、筒下支承结构和基础等五部分组成；筒仓的仓底常用形状是与圆筒仓配合使用的轴对称锥斗形。

2.2.3 筒上建筑(筒上层)

筒仓仓顶以上的建筑称为筒上建筑(也称筒上层)，用于安装和操作水平进粮输送机和进粮管，筒上建筑一般每开间都设窗。

2.2.4 筒下层

筒下层是指仓底以下部分，供安装水平出粮输送机用。筒下层在结构形式上一般分为筒壁落地承重和柱支承两种。其高度取决于水平出粮输送机的高度以及其他设备需要。

2.3 立筒仓结构特征与改造技术难点分析

研究选取目前更新改造项目较多的钢筋混凝土筒仓和砖筒仓，概括分析其结构特征与改造技术难点。

2.3.1 钢筋混凝土筒仓结构特征与改造技术

根据GB 50077—2003《钢筋混凝土筒仓设计规范》[8]，钢筋混凝土筒仓由若干个单仓构成，而单仓一般由支撑、仓壁、仓顶以及漏斗结构等组成。单仓的支撑结构可使用支柱支撑、筒壁支撑、筒壁与内柱共同支撑这三种结构形式，大跨度单仓(直径大于15 m)大多采用第三种结构形式；单仓仓壁大多采用大于150 mm厚的C30混凝土，具体厚度根据仓体内径计算得出，直径大于6 m的单仓仓壁内、外侧均设置双层水平及竖直钢筋；仓顶多为钢筋混凝土梁板结构；漏斗结构一般分为钢筋混凝土和钢结构漏斗，钢筋混凝土壁多采用120 mm厚的C30混凝土内外双层配筋。多数情况下，钢筋混凝土筒仓的改造再利用需根据新植入的功能空间的要求对原筒仓壁结构进行部分拆除、切割、局部加固等处理，其改造技术难度较大且成本支出较多；目前较多采用碟式、钢线切割法等切割拆除技术，可将对筒仓整体结构的不良影响降到最低，并提高施工效率，保障施工安全，减少环境污染，但该技术成本较高。

2.3.2 砖筒仓与改造技术

砖筒仓的单仓结构分为筒壁支承、环柱支承、筒壁与内柱、环柱与内柱共同支承这四种结构形式。一般情况下，仓壁多采用240～370 mm厚普通黏土砖，灰缝内配置水平环筋或设置钢筋混凝土圈梁。漏斗形式分为轻质混凝土填料漏斗、普通黏土砖砖拱漏斗、钢筋混凝土漏斗。砖筒仓结构改造的技术难点在于在承重仓壁上开洞。当开洞的洞口跨度较小时，可选用砖砌平拱或钢筋砖过梁；当洞口跨度大或在砖仓壁的中部或底部开洞时，应选用钢筋混凝土过梁并对洞口周围结构做加固处理，形成封闭的结构框架。该结构改造方式成本不高，但为了结构安全应充分利用原有空间形式，减少在仓壁上开洞的面积。

3 立筒仓保护与再利用模式与方法

旧建筑保护与再利用涉及功能、空间、形体、表皮、结构、设备等诸多因素。基于对立筒仓的价值分析可以发现：其一，立筒仓大量建成于20世纪中后期，历史价值不显著；其二，该类建筑应用了当时较先进的结构、材料、施工和储运设备等技术，具有一定的科学技术价值；其三，作为以功能适用性为主导的大型仓储设施，立筒仓在艺术美学价值上相对较低；其四，比照直接服务于人的建筑，立筒仓相对尺度较大，再加上多采用圆柱、棱柱体等基本几何体，空间标志性较强，很多可作为场地环境认知的承载物，具有一定的社会价值；其五，立筒仓具有坚固的结构、大尺度的室内空间以及相对优越的区位条件和较便捷的交通条件，通过再利用可以产生较高的经济价值。据此，本研究提出，结合对国内外立筒仓再利用典型案例的分析，在保护立筒仓空间标志性和认知属性基础上，着重从“功能演替”、“空间更新”和“表皮重构”三个层面探讨立筒仓再利用的模式与方法。

3.1 功能演替

基于案例调查分析，结合空间形体的功能适应性，立筒仓功能演替主要有以下6种模式。

3.1.1 办公设施

根据空间适宜性，立筒仓可再利用为商务办公或艺术创作工作室办公模式。例如，里卡多·波菲于1973年将建于1900年的巴塞罗那水泥厂综合体改造设计为建筑设计事务所总部，其水泥筒仓更新为工作室、建模实验室、图书档案室等(图3)[9-11]。再生为办公设施的案例还有：广州啤酒厂的麦筒仓改造为广州源计划建筑工作室总部办公楼[12]；北京首钢西十筒仓的5号、6号筒仓作为北京冬奥会组委会的办公区[13]；宁波太丰面粉厂的面粉筒仓演替为“M. 艺厂1931”创意办公区等。

图3 由水泥仓改造的“里卡多·波菲建筑设计事务所总部”群体外观
Fig.3 The appearance of cement silos reused as the headquarters of Ricardo Bofill Taller de Arquitectura

3.1.2 文化设施

内部空间经过空间重塑后，立筒仓可以再利用为具有独特意趣和空间体验的博物馆、展览馆、文化活动中心、图书馆、影剧院、学校等文化设施。例如，芬兰赫尔辛基468号筒仓更新为光学艺术展示馆；南非开普顿一座滨海中转谷仓改造为“非洲当代艺术博物馆”(Zeitz MOCAA)。

3.1.3 体育设施

尺度巨大、内向封闭、表面平整等空间特质，使立筒仓有条件更新利用为攀岩、潜水等特殊功能的体育设施。例如，荷兰阿姆斯特丹污水处理仓(Silos zeeburg)改造设计为室内攀岩设施；加拿大蒙特利尔Redpath糖厂的筒仓更新为Allez-Up攀岩健身房[14]。

3.1.4 商业设施

调研表明，立筒仓可再利用为多种类型的综合商业和零售商业设施。例如，宁波太丰面粉厂面粉筒仓的筒下层空间再利用为“巴布罗”餐厅；无锡第二粮食仓库旧址的圆筒粮仓改造为“City Didi”休闲酒吧；温州面粉厂演变为“米房cei”创意园区，其面粉筒仓再利用为书店、酒吧、餐厅等。

3.1.5 居住设施

筒仓建筑的单元性组合特征适合改造再利用为住宅、公寓、宿舍等居住设施，主要案例有：澳大利亚悉尼夏季山面粉厂(Summer Hill Flour Mill)的面粉筒仓再生为高档公寓；比利时韦讷海姆筒仓通过局部保留与新建相结合，改造为公寓；由MVRDV设计、位于丹麦哥本哈根的弗洛兹洛双子星住宅大楼(Frøsilo. Gemini Residences)由粮仓筒仓改造为住宅[15]；南非约翰内斯堡Mill Junction Silo粮食筒仓更新为学生宿舍。

3.1.6 综合设施

综合设施模式是指采用了上述2种及以上功能演替模式。例如，北京首钢西十筒仓以包括商务办公、展览、商业等综合功能；波兰华沙筒仓改造为包含潜水、跳伞训练、办公、培训、宿舍、展览、商业等综合功能的“潜水和室内跳伞训练中心”(Diving and indoor skydiving centr)等。

3.2 空间更新

研究表明，旧建筑空间更新可以概括为内部空间原构、内部空间重构、空间外向延拓、整体空间组合更新4种模式[16]，本研究结合案例样本分析，在此4种模式框架下探讨立筒仓空间更新的方法。

3.2.1 内部空间原构

该模式基本保持原空间形态不变，适用于与仓体空间形态和尺度相匹配，且无需进行空间分隔和拓延的空间利用方式。芬兰赫尔辛基468号筒仓采用了内部空间原构模式，再生为光学艺术展示馆，将艺术照明设施布设在内外筒壁上(图4)；由加拿大蒙特利尔Redpath糖厂筒仓改造的Allez-Up攀岩健身馆也采用了该模式(图5)。

图4 芬兰赫尔辛基468号筒仓改造后室内环境
Fig.4 The interior of the reused Silos 468 in Helsinki, Finland

图5 Redpath糖厂筒仓改造为Allez-Up攀岩健身馆内景
Fig.5 The interior of the Redpath Sugar Refinery’s silos reused as the Allez-Up Rock Climbing Gym

3.2.2 内部空间重构

采用该模式的建筑外部形体基本保持不变，内部空间通过水平分划、垂直分划、局部空构、新构嵌入等方法营造与功能需求或空间体验相匹配的空间格局。

1)水平分划；水平分划是利用隔墙、家具、可移动隔断等按功能需求对空间进行分隔的模式，例如广州啤酒厂麦筒仓的2层筒上建筑(筒上层)改造为广州源计划建筑工作室总部，通过水平分划营造出包括工作空间、会议、模型制作、图书阅览、展览、休息及其他辅助功能的创意设计空间(图6)。

图6 广州啤酒厂麦仓改造的广州源计划建筑工作室内景
Fig.6 The interior of the brewery’s barn reused as the studio of office Architects in Guangzhou

2)垂直分划;对于现存很多高度与内径比较大、且高度大于30 m的高立筒仓，在垂直方向上分层可以高效地利用空间。高立筒仓再利用为办公、住宅、酒店等设施时多采用该模式。

3)局部空构与新构嵌入；“局部空构”是指将原空间构成体系部分拆解并移除，形成更大尺度的中空的空间构型；“新构嵌入”是将全新的空间构型镶嵌进原空间系统中。在立筒仓建筑中，紧密且规则排列的筒仓形成封闭的空间群簇，“局部空构”与“新构嵌入”耦合作用可以营构出具有特殊视觉效果、尺度感和多维度空间体验的空间形态。例如，由Heatherwick studio设计的南非开普顿滨水谷仓改造再利用的“非洲当代艺术博物馆”(Zeitz MOCAA)(图7)，拟拆除部分原仓筒筒壁，植入与中庭相融贯的非线性体块，在建筑空间核心生成视觉空间多维渗透交融、虚实穿插扭转的巨大的“空间嵌入体”，具有强烈的视觉冲击力(图8)。对于大直径单筒筒仓建筑，可以直接将新构体嵌入，如荷兰Silos zeeburg污水处理仓改造项目中，在筒仓空间嵌入富有趣味性的攀爬空间。

图7 “非洲当代艺术博物馆”(Zeitz MOCAA)
Fig.7 Zeitz Museum of Contemporary Art Africa

图8 由谷仓改造的“非洲当代艺术博物馆”(Zeitz MOCAA)中庭采用“局部空构”与“新构嵌入”模式
Fig.8 The patterns of “Local Space Configuration” and “Space Configuration Embedded” for the atrium of Zeitz MOCAA modified by granary.

3.2.3 空间外向延拓

1)形体周边外向延拓;立筒仓形体周边外向延拓可分为“连续型外向延拓”、“并列型外向延拓”和“围合型外向延拓”三类。

“连续型外向延拓”是对原形体向外部进行有机连续拓展，例如荷兰阿姆斯特丹Silos zeeburg污水处理仓改造设计方案在仓筒外表面营造整体曲面连续的非线性突起，加强视觉张力。

“并列型外向延拓”是外拓空间与原建筑体量并置的扩建方法，如澳大利亚悉尼夏季山面粉厂的面粉筒仓更新为住宅项目，其扩建部分采用了与原筒仓并列的建筑体量(图9)。

图9 Summer Hill Flour Mill的面粉筒仓更新设计方案
Fig.9 The flour silos’ reused design of the Summer Hill Flour Mill

“围合型外向延拓”是指外拓空间对原筒仓形体构成了整体或局部的围合关系，例如由MVRDV完成改造设计的丹麦哥本哈根的弗洛兹洛双子星住宅大楼，以筒仓作为结构承重体、中庭空间和交通核，新加建的住宅功能空间部分悬挂在筒体外部，形成对原筒仓的整体围合性外向延拓(图10)；丹麦Løgten筒仓改造为居住综合体的项目也属此类空间外向延拓方式，新建的居住功能空间体块悬挂在筒仓外部，形成对仓体的局部围合(图11)。

图10 丹麦哥本哈根筒仓改造的弗洛兹洛双子星住宅
Fig.10 The Frøsiloen silos reused as the Gemini Residence in Copenhagen, Denmark

图11 丹麦Løgten的筒仓改造为居住综合体
Fig.11 The Stringio silos reused as the housing complex in Løgten, Denmark

2)顶部加层;该模式的典型案例是南非约翰内斯堡的Mill Junction Silo粮食筒仓更新为学生宿舍和公共服务空间的项目，在原筒仓顶部进行结构加固后，安装集装箱模块构建了4层建筑使用空间(图12)。

图12 约翰内斯堡Mill Junction Silo筒仓更新为学生宿舍
Fig.12 The Mill Junction Silo reused as students’ dormitory in Johannesburg, Denmark

3)局部置换;局部置换是指筒仓部分保留原形体、部分拆除新建其他形体的空间更新模式。例如比利时韦讷海姆筒仓、德国汉堡Das silo种子仓库改造项目都是拆除了部分圆形仓筒后改建为方形体块(图13、图14)。

图13 比利时韦讷海姆筒仓再利用为公寓 Fig.13 The silos reused as the apartment
in Wijnegem, Belgium

图14 德国汉堡Das silo种子仓库改造项目更新为办公楼
Fig.14 The Das seed silo reused as the office building in Hamburg, Germany

3.2.4 空间组合更新

空间组合更新是指综合应用了上述2种及以上空间更新模式，适用于更新为大型、综合性功能设施的情况。例如，荷兰Silos zeeburg污水处理仓改造方案、波兰华沙筒仓再利用为“潜水和室内跳伞训练中心”更新方案，以及前文提及的更新为博物馆、居住设施等案例中，都应用了整体空间组合更新的模式与方法。

3.3 表皮再生

3.3.1 原态化表皮

建筑表皮采用原态、基本不变，其表皮再生是内生、隐化、不着痕迹的，但从经过整饬的景观环境可以让人感知到生机与活力。原态化表皮“再生”需要将立筒仓建筑本体轻微扰动和整体环境氛围、意境营塑相结合,典型案例是“里卡多·波菲建筑设计事务所总部”和“广州源计划建筑设计工作室总部”。

3.3.2 涂鸦化表皮

涂鸦化表皮以建筑外表面作为涂鸦艺术创作载体，适用于旧建筑更新的中间过程，探索通过艺术方式唤醒、导引或强化对承载物本体及其环境的关注，催生对城市模糊地段、城市遗产复合价值的认知与思考(图15)。

图15 蒙特利尔Redpath糖厂筒仓的涂鸦化表皮
Fig.15 The graffiti skin of the Redpath Sugar Refinery’s silos in Montreal

3.3.3 自然化表皮

自然化表皮将植被等自然生态要素引入建筑表皮系统中形成。在里卡多·波菲建筑设计事务所总部的部分圆筒仓粗拙而厚重的混凝土墙体上，植物攀附，形成自然与人工、柔软与刚硬、轻盈与沉重的形态对比(图16)。

图16 “里卡多·波菲建筑设计事务所总部”筒仓的自然化表皮
Fig.16 The natural skin of the Ricardo Bofill Taller de Arquitectura’s silos

3.3.4 异质化表皮

该类表皮多采用光亮、透明、精致的玻璃或金属等材料与封闭、厚重、粗犷的混凝土并置、共生，在质感、色泽上形成差异，共同构成“异质化表皮”。根据构型关系又可分为“异质化包覆表皮”和“异质化置换表皮”。

1)异质化包覆表皮;与空间外向延拓模式相呼应，采用异质化表皮材料对原建筑整体或局部进行包覆。前文中的哥本哈根弗洛兹洛双子星住宅，德国汉堡Das silo种子仓库改造项目、波兰华沙“潜水和室内跳伞训练中心”设计方案等部分采用了此类表皮再生方法。

2)异质化置换表皮;异质化置换表皮是指将原构图元素的部分材料置换为新材料。例如，Zeitz MOCAA圆筒仓顶部的原框架保留，框架间实墙置换为非线性形态的透明玻璃体。

3.3.5 格构化表皮

1)格构化构件;通过在筒仓表面外挂阳台、遮阳设施、装饰栏板、凸窗等构件形成“格构式”表皮形式。由COBE设计的丹麦哥本哈根Nordhavnen地区筒仓改造方案，原筒仓再利用为居住和公共设施，挂接在筒仓外表面错迭分布的穿孔金属板阳台构件形成了“格构化表皮”，具有丰富的立面构图和光影效果(图17)。图18所示是再利用为公寓的澳大利亚Hobart Silo粮食立筒仓外挂“格构式”水平遮阳组件。

图17 丹麦哥本哈根Nordhavnen地区的筒仓改造设计方案
Fig.17 The reused design of the Nordhavnen area’s silos in Copenhagen, Denmark

图18 Horart Silo外挂格构化遮阳组件
Fig.18 The Hobart Silo’s lattice sunshade components which suspended outside

2)格构化立面分划;在立筒仓原体量或新增建体量的立面分划上采用“格构式”构图的表皮处理方式。丹麦Løgten筒仓改造为居住综合体项目(stringio)的增建部分(图19)、悉尼Summer Hill Flour Mill的面粉筒仓更新为居住设施项目的原筒仓部分(图20)都采用了“格构式”立面分划。

图19 丹麦Stringio筒仓
Fig.19 The Stringio silos in Denmark

图20 Summer Hill Flour Mill面粉筒仓
Fig.20 The Summer Hill Flour Mill silos

3.3.6 点阵构成化表皮

“点阵构成化表皮”是指在立筒仓封闭、密实的外墙面上按设计确定的构成形态开设孔洞(点)并形成点阵排列的表皮类型。孔洞的数量、大小、形状、深浅、疏密、排列组合方式等共同作用决定建筑表皮的构成形式。北京首钢西十筒仓、芬兰赫尔辛基468号筒仓、阿姆斯特丹Silos zeeburg筒仓改造设计方案等都采用了该表皮类型，如图21—图23所示。

图21 北京首钢西十筒仓立面
Fig.21 The facade of the Shougang’s Xishi silos in Beijing

图22 芬兰赫尔辛基468号筒仓点阵表皮 Fig.22 The dot matrix skin of the Silo 468 in Helsinki, Finland

图23 阿姆斯特丹Silos zeeburg筒仓点阵表皮
Fig.23 The dot matrix skin of the Silos zeeburg in Amsterdam

3.3.7 媒体化表皮

将数字媒体展示设施与建筑表皮整合后形成“媒体化表皮”，该表皮类型适用于大尺度的筒仓表面以强化数字信息传播的功效。

3.3.8 多元组合化表皮

将上述2种以上的表皮建构方法整合运用在同一个立筒仓改造再利用项目中，即为“多元组合化表皮”。