数字化技术驱动下的既有建筑改造设计创新

随着城市建设水平的不断提升，既有建筑改造项目需求也越来越多，然而以往在既有建筑项目改造设计中存在精度低等问题，影响既有项目改造效果。为此，通过数字化技术的运用，可以有效解决项目改造设计难题，实现可视化设计优势，满足既有项目改造设计需求。

1 工程概述

某商业综合体项目兴建于 2003 年，该建筑项目包含地上 24 层，地下 1 层，建筑总面积 48112 ㎡，占地面积 3677m² ，建筑总高度 82.4m。本建筑物结构形式属于框-剪结构体系，建筑功能主要为商业零售业，建筑中还设有部分餐饮场所。对本建筑基本结构安全等级评定为Ⅱ级，在局部部位混凝土碳化深度为 0.5～1.2mm ，空调系统已经运行很久，机械电子系统的寿命周期较长，系统能源消耗量为 32kW·h/(m2•a)，远超国家现行的《公共建筑节能设计标准》规定的 22kW·h/(m2•a)的规定限额[1]。为了使得大型商场更好地提高经营效益，拟计划进行建筑的改造工程，改造后建筑用作办公区域、商业区域进行使用，也就是维持原来的一至五楼为商业区域，改造其布局，并将六楼至 24 楼改造为办公室，将原来地下的 1 层改为增加停车位和设施室。

2 数字化技术在既有建筑改造设计中的应用

2.1 BIM 技术在建筑信息整合与可视化设计中的应用

本项目通过 AutodeskRevit 软件构建完整的专业 BIM 模型，进行集成可视化的设计。首先采用三维激光扫描技术获取现有建模资料，并将其转换成点云模型，在 Revit 中引入，与原始设计图纸对比分析发现包括结构部件布设位置误差、管道碰檫等在内的共计 126 处存在碰撞的情况，其中管道碰撞占比达 68% ；随后根据 BIM 模型进行各专业的协同设计，将建筑、结构、机电等不同专业的模型进行叠加，利用 Navisworks 软件进行碰撞检查，共发现 89 处碰撞点，并给出改善策略，例如将原先置于办公通道上空的空调冷却水管转移到天花板一边，并通过这种方式节约空间 300mm 左右以容纳管道[2]。

2.2 数字化检测技术在建筑结构与设备评估中的应用

在建筑结构评估方面，采用数字化回弹法和钻芯法进行检测的结构混凝土强度，合计抽取了 240个构件，其中梁构件共 80 个，柱构件共 120 个，剪力墙构件共 40 个，采用 HT-225 型回弹仪对所抽取每个构件进行回弹测试，在每个构件中选取了 16 个回弹测试区域，在混凝土强度分析软件中将检测数据录入并结合钻芯法得出的 36 个核心样数据进行校正，得到了混凝土强度推测值为 C30～C40 ，符合该办公楼、商场的结构承受能力要求，但有 15 个构件的柱的混凝土强度仅为 C30 的下限略小，需采用碳纤维布包裹加固，可提高增强后构件承载力 25% 以上。同时对机电子设备利用 FlukeTi480 红外热像仪进行检测的空调机及配电系统进行了检测，发现空调机组的换热器被阻塞，热交换量降低了18% ，12 台配电柜均出现了连接端子超温，最热达 85^∘C ，均超过了最高运行极限温度。

2.3 能耗模拟分析技术在建筑节能设计中的应用

通过 EnergyPlus 能源消耗模拟模型对改建项目的影响进行评价，并搭建建筑的围护结构、设备设施、软硬件等方面耗能模型。首先，将建筑物防护材料的信息输入到模型中，其中包括增设的外保温墙所使用的隔热材料是挤压聚苯乙烯泡沫，厚度为 80mm ，原先热导率为 1.5W/(m2⋅K) ，现在变为 0.6W/(m2·K)；再如，屋顶上新铺设了 100mm 厚聚氨酯绝缘材料，热导率从原来的 1.2W/(m2·K)变为 0.45W/(m2⋅K) ；最后，窗户改成低辐射镀膜中空玻璃，热导率为 1.8W/(m2·K)遮阳系数为 0.4 通过能源消耗模拟研究不同节能措施产生的能源消耗数据，从中寻找最优方案。在对建筑进行改造后，全年建筑总能耗约为 20.5kWh/(m2·a)，符合现行节能标准，比原先节省了 36%_⨀ 。

3 既有建筑改造设计创新成果

3.1 空间布局优化创新

采用 BIM 技术的空间视觉化方法，对建筑内空间进行重新排布，实现对空间使用率的有效提升。原来商业区有多条狭长过道，空间使用率只有 65% ，改建后把商店的位置做了调整，采用开敞方式布局，过道宽度缩窄，店铺展面宽度增加，提高空间使用率到 82% 。把办公楼的区域用一种多功能隔墙系统，能根据公司要求很快改变空间布置，将一般办公单位划成两个或者四个单独的工作单位，适合不同规模的公司使用。还设有在建筑中心的天桥，它联通到不同楼层的商铺及工作空间，提高垂直交通状况，且中庭的光线比以前提高了两倍， 2.8% ，节约白天的照明电量。由于对空间布置的处理，商场的出租面积由 10000m²扩展到 3200m² ，办公楼的出租面积由 1500m² 扩展到 4800m² ，估算每年租金收入可达 45% 以上[3]。

3.2 结构加固与改造创新

针对检测发现的结构问题，结合数字化分析技术，制定创新的结构加固与改造方案。针对混凝土质量接近零的 15 根框架梁截面，采用 CFRP 加固技术，然后借助 ANSYS 软件建立有限元模型，分析加固前后梁截面弯矩的变化情况。结果显示，梁截面弯曲受力、轴心受力分别提升了 28% 、 32% ，完全满足新增荷载的要求。当地下一层拟建车库时需拆除部分原始结构楼板，于是便采用了 BIM 技术模拟其操作对周围的结构造成的不利效应，以判断拆卸步骤与支架方案；然后运用 MIDASGen 软件对全结构的整体受力进行模拟检验，以保证拆卸过程中建筑物最大水平变形不超过 5mm，从而满足结构安全性要求。与此同时，在设计过程中还将采用预制构件的技术，例如办公区内部的隔墙均采用预制轻质隔墙，其相比普通砖墙自重减轻了 60% ，并且装配效率较传统的砌墙装配快 3 倍以上，进一步降低建筑对周边自然环境造成的负面影响。

3.3 智能运维系统集成创新

优化的设计在传统的设计基础上加入智能化运营系统，实现了建筑运营管理的信息化和智能化。本系统是在 BIM 模式下建立了建筑设备系统、能源系统以及安全系统。通过物联网采集到设备运行数据以及环境数据，其采样率为 1 次/min，而且采集数据都直接传给控制中心。对于能源控制来说，它能将建筑用能区划分为空调、照明、电、其他能量使用等几种成分，然后根据数据分析出可能存在的异常，如某个位置空调能用能相较于平常高出 20%或更多，这时系统就会自动报警并且定位出现问题的设备，修复时间缩短到 2h 。而保安系统则结合了监控技术以及人员、物资流通追踪系统，实时观察建筑物内的人流以及物资流动性。万一发生火情等情况，该系统再根据 BIM 模型提供最可行的逃生路线，并且通过应急广播和指示牌向人们发出逃生指引，这样撤出的时间相对于传统技术还能减少约 15‰ 。基于智能化的维护系统使用，预计能节省 20%的建筑运营成本、降低 30% 的设备故障率，增加建筑运行效率和安全性。

结语：在既有建筑改造过程中运用数字化技术，结合具体项目改造工程分析，详细阐述 BIM 技术、数字化检测技术和能耗模拟分析技术的应用，有效提升既有建筑改造设计成果，优化项目改造空间布局，实现智能运维与空间结构优化，为促进建筑项目的数字化转型提供可靠支持。

参考文献

[1]何健飞,王春霞. 既有建筑改造设计重难点及应对策略[J].中国建筑装饰装修,2025(13):54-56.

[2]郑柳杨. 既有建筑装修改造设计探索与实践[J].福建建筑,2025(7):37-40.

[3]蒋慧. BIM 技术在既有工业建筑改造设计中的应用与优化[J].工程建设与设计,2024(14):107-10