Опыт модернизации зданий научно-исследовательских институтов на примере объектов химического профиля

УДК 69.059:66

О.Л. Банцерова, И.Ю. Логинов

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ОПЫТ МОДЕРНИЗАЦИИ ЗДАНИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИНСТИТУТОВ НА ПРИМЕРЕ ОБЪЕКТОВ ХИМИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

На основании анализа проблем реконструкции зданий НИИ приведены основные факторы, которые следует учитывать при решении вопроса о дальнейшем использовании таких объектов, их реконструкции или сносе и новом строительстве.

Ключевые слова: здания научно-исследовательских институтов, реконструкция зданий, проектирование общественных зданий, модернизация зданий.

Одним из основных вопросов при реализации проектов модернизации, технического перевооружения, создания опытных производств для научно-исследовательских институтов является принятие решения в отношении существующих зданий и сооружений с целью их дальнейшего использования. В результате чего возникает потребность в их реконструкции и приспособлении для новых целей либо сносе и строительстве на их месте новых объектов. Технологические решения этих объектов зачастую являются нестандартными, уникальными, и их параметры с точки зрения влияния на архитектурно-планировочные решения не известны заранее, а определяются в ходе разработки проектной документации. Рассмотрим основные аспекты, исходя из которых необходимо оценивать ситуацию для дальнейшего решения о судьбе существующих строений научно-исследовательских институтов.

Функционально-технологический аспект проектирования требует прежде всего ответа на вопросы, можно ли разместить новые функции или новые технологии в старом здании, какие мероприятия нужно для этого провести и насколько качество старого пространства после реконструкции будет удовлетворять новым условиям. Планировочная организация лабораторий химического профиля принципиально не изменилась за последние несколько десятилетий, так как основана на планировочном модуле, равном, как правило, 3,0...3,6 м [1], определяемом расположением лабораторных столов и оборудования перпендикулярно к фронту естественного освещения и проходов между ними и определяющем шаг конструктивных элементов. Пространство этажа может представлять собой как набор небольших изолированных лабораторий на 2.4 рабочих места, так и большие открытые пространства, так называемые «лабораторные ландшафты», но все они основаны на вышеупомянутом модуле. Существующая структура лабораторного здания, как правило, в случае типовых проектов, представляющая собой железобетонный сборный каркас, всегда будет пригодной основой для размещения новых лабораторий.

Пример реконструкции здания химических лабораторий Университета города Тюбинген в Германии, который построен в 1972 г. [2], показывает, как тщательный расчет возможных вариантов с учетом текущей хозяйственной

26

© Банцерова О.Л., Логинов И.Ю., 2012

деятельности и тщательное планирование привели к наилучшему решению, позволившему провести полную реконструкцию корпуса с наименьшими затратами, при этом на минимальное время остановив производственную деятельность, а также получив архитектурно-планировочные решения лабораторий, соответствующие современным стандартам. Здание химических лабораторий Университета имеет 13 этажей, размером в плане 25^60 м (рис. 1). Шаг колонн 7,2^7,2 м. Потребность в реконструкции возникла в 2000 г., когда планировка здания уже не соответствовала требуемой организационной структуре института, не обеспечивала эффективное использование площадей, а также не удовлетворяла современным требованиям пожарной безопасности. Инженерные системы исчерпали свой ресурс и не обеспечивали требуемой производительности, кровля и фасады протекали, бетонные конструкции нуждались в ремонте. Кроме того, за время эксплуатации, как обычно, был произведен ряд беспорядочных перепланировок, что также усугубляло ситуацию. Вместе с тем были отмечены положительные факторы текущего состояния, которые легли в основу принятия решения о ремонте и реконструкции вместо сноса здания. Они заключались в хорошей сохранности и более чем достаточной несущей способности конструкций здания, приспособленности структуры здания для исследовательских лабораторий (высота этажа, модуль, шаг колонн, ширина и длина здания и т.п.). Более того, расположение инженерно-технических коммуникаций (2 островных блока технических помещений и шахт по сторонам здания) приспособлено к дальнейшему функционально-технологическому развитию.

1— 1 1 1_ —   — 1 1 1

E —

><x X

UE

Ш —

IX X X

а

б

Рис. 1. Здание химических лабораторий Университета г. Тюбинген. Схема плана типового этажа до

Первоначально было выявлено, что для проведения столь масштабной реконструкции на действующем предприятии существует принципиально два пути: либо здание полностью освободить на время проведения работ, переселив лаборатории в другие помещения, которые в свою очередь нужно предварительно для этого найти и приспособить, либо вести работы поэтажно или даже по помещениям без выселения сотрудников. Первый путь оказался неприемлемым, так как ввиду отсутствия достаточного количества резервных площадей требовал фактически создания новых помещений, которые после реконструкции нельзя бы было использовать. Второй путь по расчетам заказчика требовал от 6 до 8 лет общего времени ведения работ и очень больших затрат на устройство и неоднократное переустройство временных инженерных сетей, которые на период замены основного оборудования должны были бы обеспечить потребности лабораторий в вентиляции, отоплении, водоснабжении и канализации. И тот и другой способ с точки зрения бюджета строительства после проведенных расчетов оказались неприемлемыми. Было принято решение провести реконструкцию в три этапа: ремонт ядра здания и технических помещений с заменой центрального оборудования в течение 8 мес. при полной остановке производства; реконструкция лабораторий в северной половине здания в течение 16 мес. при эксплуатации южной половины здания; реконструкция лабораторий в южной половине здания в течение 24 мес. при эксплуатации северной половины здания [3].

Конечно, при этом не обошлось без создания новых помещений. Дополнительно был построен небольшой корпус, общей площадью всего 2100 м2, при этом он не служил только для временного размещения, а соответствовал планам перспективного расширения университета — в нем разместились мастерские и лаборатории для практических занятий студентов. Таким образом, общее время строительства уложилось в два года, из которых полная остановка работы здания составила только 8 мес.

Приведенный пример здания химических лабораторий Университета в Тюбингене имеет 2 центральные шахты для размещения сетей инженерно-технического обеспечения, и это в основном обусловило выбранную схему реконструкции. Другой пример — лабораторный корпус ФГУП «ИРЕА» в Москве для исследований в области химии — имеет совершенно иную структурную схему расположения инженерных коммуникаций — отдельные вертикальные шахты, проходящие через каждую лабораторию на границе с коридором (рис. 2). Такая структура здания позволила проводить ремонт и модернизацию, последовательно переселяя лаборатории из одного помещения в другое и производя отключения вентиляции для замены оборудования по отдельным стоякам, что позволило не нарушать работу предприятия в целом. Тем не менее следует отметить, что планировка с такой схемой разводки инженерных коммуникаций является наиболее жесткой, так как практически не позволяет изменять размеры и конфигурацию помещений лабораторий. В таких структурах достаточно сложно реализовать, например, современные тенденции к открытости лабораторных пространств с интеграцией в них мест для письма [4].

=1 II II—

✓ 1 1 Р

ь

Рис. 2. Схема плана типового этажа лабораторного корпуса ФГУП «ИРЕА»

В [5] описывается достаточно неудачный опыт, когда стоимость реконструкции лабораторного корпуса органической химии Университета Вюрц-бурга 1970 г. постройки достигла 92 % прогнозируемой стоимости нового строительства, при этом ввиду особенностей конструктивных решений существующего здания заказчику не удалось добиться удобства и полной функциональности планировки, которая была бы легко достижима в новом здании. Это связано с тем, что особенность существующих конструкций здания — большие пролеты с перекрытиями по часто расположенным балкам с высотой сечения до 80 см — не позволила безболезненно перейти от двухкоридорной схемы с отдельными шахтами к однокоридорной с открытым лабораторным ландшафтом и централизованными шахтами. Применение стандартного приема (см. описанный выше пример Тюбингена) в данном случае не принесло должного результата, так как, во-первых, потребовались огромные затраты на демонтажные работы и усиление существующих конструкций, во-вторых, новые помещения получились нерационально большой глубины и с недостаточно эффективной высотой, так как разводку коммуникаций пришлось выполнять под вышеупомянутыми балками.

Размещение исследовательского оборудования, а также технологических линий для опытно-экспериментальных работ, требующих помещений больших габаритов, перекрытий повышенной несущей способности, установки грузоподъемных устройств, специально запроектированных конструкций для установки оборудования, защитных мероприятий и специального инженерного обслуживания и т.п., происходит в зданиях промышленного типа, например [6]. Опыт реконструкции таких объектов достаточно сложно поддается обобщению. В каждом случае необходимо проводить тщательное обследование, экономические расчеты, прорабатывать и сравнивать разные варианты. В качестве примера можно привести реконструкцию производственного корпуса для размещения малотоннажных опытных производств химических реактивов для ФГУП «ИРЕА» в г. Новомосковске. Одноэтажный однопролетный производственный корпус не эксплуатировался около 30 лет, разрушаясь под атмосферными воздействиями. После первого осмотра комиссия специалистов заказчика и проектной организации выразила мнение, что дешевле было бы снести оставшиеся конструкции и построить новое здание. Тем не менее, по ряду причин, в большей степени правовых, заказчик выдал задание на реконструкцию существующего корпуса с устройством в объеме одноэтажного корпуса высотой до низа ферм покрытия 14 м трех этажей для размещения

1/2013

производств путем устройства двух новых перекрытий (рис. 3). Проведенные обследования конструкций и инженерные изыскания показали, что существующие железобетонные конструкции (колонны, фермы и плиты покрытия) требуют небольшого ремонта, но находятся в достаточно работоспособном состоянии. Непригодными остались только большая часть керамзитобетонных панелей наружных стен, поскольку они долгое время не были защищены от насыщения влагой. Бетон конструкций, напротив, за прошедшее время набрал прочность, почти в 1,5 раза превышающую проектную. Колонны после усиления стальными обоймами восприняли часть нагрузки от новых этажей. Сейчас предварительные расчеты и тем самым правильность принятого решения о реконструкции корпуса подтверждаются на практике. Затраты на ремонт железобетонных конструкций с целью их дальнейшего использования оказались существенно меньше возможных затрат на демонтаж этих конструкций, вывоз и утилизацию отходов сноса и возведение нового каркаса.

Рис. 3. Производственный корпус ФГУП «ИРЕА» в г. Новомосковске. Схема поперечного разреза: 1 — существующие конструкции одноэтажного промышленного корпуса; 2 — вновь возводимые конструкции для создания трех этажей; 3 — пристраиваемые коммуникационные этажерки

Обратная ситуация происходит в настоящее время на том же участке с соседним корпусом при проектировании второй очереди опытных производств. Одноэтажный корпус, состоящий из двух больших помещений (24^24 м и 36^18 м) высотой 6 м с кирпичными наружными несущими стенами, находился в гораздо более лучшем состоянии и на первый взгляд однозначно воспринимался хорошо пригодным к дальнейшему использованию после незначительного ремонта и приспособления. Тем не менее в ходе предпроектной проработки стало понятно, что конфигурация здания крайне неэкономична для размещения лабораторий и совсем не подходит для размещения производств, так как ступени технологической цепочки для производства химических реактивов располагаются на нескольких уровнях по вертикали и требуют общей высоты помещения, как минимум, 8 м. Кроме того, конструкции покрытия не могли быть использованы при надстройке здания вторым этажом, так как

имели уклон. Таким образом, от старой постройки можно было использовать только кирпичные стены, но и они требовали ремонта и утепления и создавали ущербную для процессов конфигурацию помещений.

Нередко ко времени завершения строительства здания НИИ технологические требования ученых, предъявляемые к нему, значительно отличаются от первоначально установленных в задании на проектирование. Достаточно часто встречаются случаи, когда отдельные здания перед вводом их в эксплуатацию приходится реконструировать [7]. Это объясняется в первую очередь стремительным развитием технологий и появлением новых видов исследований. Оборудование, под размещение которого проектируется здание, морально устаревает в среднем через 3.. .5 лет. Поэтому в практике проектирования новых объектов науки проектные решения никогда не следует основывать исключительно на программной технологии и конкретном оборудовании. С этой точки зрения реконструкция, как правило, предпочтительней нового строительства, так как она реализуема в существенно меньший промежуток времени и даже иногда проводится без полного вывода зданий из эксплуатации. Кроме того, при сопоставлении вышеупомянутого срока службы технологического оборудования со сроком службы несущих конструкций рассматриваемых типов зданий (100.150 лет) становится очевидно, что нельзя принимать решение исходя исключительно из пригодности существующего каркаса для нужд актуальной в данный момент времени технологии. Необходимо в первую очередь оценивать возможности существующей структуры для достижения гибкости архитектурно-планировочных решений, которая позволит в перспективе быстро и с минимальными затратами приспосабливаться к меняющимся технологиям.

Композиционный аспект рассматриваемой проблемы приобретает со временем все большее значение. Во-первых, потому, что для научных учреждений вопросы имиджа и привлекательности, как для заказчиков, так и для высококвалифицированных специалистов, приобретают огромное значение. Во-вторых, существующие планировочные решения научных институтов часто не отвечают современным понятиям об организации пространства, которое должно поддерживать взаимодействие и стимулировать формальную и неформальную коммуникацию между сотрудниками [8]. Длинные монотонные переходы между разными корпусами, иногда даже по открытому пространству, коридорные планировки с отсутствием визуальных связей, отсутствие мест для отдыха и неформального общения как наследие советского периода часто характеризуют существующие комплексы зданий научно-исследовательских институтов. Такие структуры уже не пригодны для современной эффективной работы научных коллективов.

Нельзя не упомянуть градостроительный аспект заявленной проблемы, который связан в основном с правильным размещением новых функций и эффективным использованием существующих структур в новых, изменившихся условиях окружающей среды [9, 10], но подробное его рассмотрение выходит за рамки настоящей статьи.

Таким образом, для принятия решения о реконструкции или новом строительстве при проектировании объектов НИИ необходимо проработать сле-

дующие вопросы в отношении дальнейшего использования существующего здания:

пригодность конфигурации плана здания как для размещения программных функционально-технологических процессов, так и для обеспечения гибкости планировки для последующих изменений;

оценка возможности улучшения архитектурной среды с точки зрения сокращения функциональных связей, обеспечение коммуникации, формального и неформального общения, а также улучшение визуальных связей;

несущая способность конструкций здания, в частности полов и перекрытий;

достаточность высоты помещений;

пригодность существующей схемы размещения коммуникационных шахт и технических помещений и возможность их расширения для создания гибкости планировки;

при размещении стандартного оборудования модульного типа (например, лабораторной мебели) соответствие конфигурации плана общепринятому для этого оборудования размерному модулю;

оценка работоспособности и срока службы конструктивных элементов здания;

оценка необходимых конструктивных мероприятий для обеспечения современных требований законодательства (например, в области пожарной безопасности, энергоэффективности и т.п.);

возможные технологии и последовательность проведения работ, обеспечивающие минимальное влияние на работу действующего предприятия; потребность во временных сооружениях и затраты на переселение действующих служб и подразделений предприятия.

Библиографический список

1. Брейбрук С., Гудман Х., Гоулд Б. Проектирование научно-исследовательских центров / под ред. С. Брейбрук ; пер. с англ. В.А. Коссаковского ; под. ред. П.А. Овчинникова. М. : Стройиздат, 1990. 198 с.

2. Cordes S., Holzkamm I. Forschungszentren und Laborgebaeude. Organisation, bauliche Konzeption und Ressourcenplanung fuer Forschungsgebaeude der Biowissenschaften, Chemie und Nanotechnologie. HIS: Forum Hochschule 9/2007. 185 p.

3. Hölting A. Sanierung des Chemiehochhauses an der Universität Tübungen. Vortrag HIS Workshop "Forschungszentren und Laborgebäude" am 28. Juni 2007 in Hannover. Режим доступа: http://www.his.de/publikation/seminar/Forschungszentren. Дата обращения: 02.08.2012.

4. Гремлинг Д. Типология научно-исследовательских сооружений // DETAIL Russia. Серия 2010. № 9. С. 866—885.

5. Mack P. Sanierung oder Neubau? Sanierung des Chemiekomplexes der Universität Würzburg. Forum Hochschulbau 2012: "Sanierung von Hochschulgebäuden - Sanierungsplanung als Bestandteil der Baulichen Hochschulentwicklung" am 13. Juni 2012 in Hannover. Режим доступа: http://www.his.de/publikation/seminar/Forum_Hochschul-bau_062012. Дата обращения: 02.08.2012.

6. Блинков С.В. Принципы реконструкции предприятий химической промышленности // Механизация строительства. 2008. № 8. С. 2—6.

7. Савельев Б.А., Платонов Ю.П., Метаньев Д.А., Фрезинская Н.Р. Проектирование зданий научного назначения // Вестник РАН. 1975. № 9. С. 88—101.

8. Фрезинская Н.Р. Исследователь и его материальная среда // Вестник РАН. 2007. Т. 77. № 12. С. 1089—1099.

9. Сергеев К.И., Кулешова Г.И. Территориально-градостроительные аспекты организации технопарковых структур // Вестник РАН. 2007. Т. 77. № 12. С. 1100—1106.

10. Исакова С.А. Методы объемно-планировочной модернизации учебных зданий университетов (на примере Южного федерального университета) // Архитектон: известия вузов. Декабрь 2011. № 36. Режим доступа: http://www.archvuz.ru. Дата обращения 05.09.2012.

Поступила в редакцию в октябре 2012 г.

Об авторах: Банцерова Ольга Леонидовна — кандидат архитектуры, профессор кафедры проектирования зданий, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, olga.bancerova@gmail.com;

Логинов Игорь Юрьевич — аспирант кафедры проектирования зданий, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, igor.loginow@gmail.com.

Для цитирования: Банцерова О.Л., Логинов И.Ю. Опыт модернизации зданий научно-исследовательских институтов на примере объектов химического профиля // Вестник МГСУ 2013. № 1. С. 26—34.

O.L. Bantserova, I.Yu. Loginov

IMPLEMENTED MODERNIZATION OF BUILDINGS OF SCIENTIFIC RESEARCH INSTITUTIONS: CASE STUDY OF INSTITUTES OF CHEMICAL RESEARCH

The article covers the problems of modernization of buildings of research institutions and, in particular, the future use of existing buildings, that is, their restructuring and adjustment to new objectives, or demolition and construction of new buildings instead of demolished ones. The authors highlight functional, technological, structural and compositional constituents of this problem. The authors provide examples of buildings restructured both in Russia through the involvement of the authors, and worldwide. Their conclusions represent a list of major issues that need to be resolved as part of the decision-making process concerning the future use of buildings:

availability of layout plans of the building to accommodate the proposed functional processes as well as flexibility in terms of any future changes;

assessment of potential improvement of the architectural environment in terms of reduction of functional connections, provision of formal and informal communications, and improvement of visual connections;

the load bearing capacity of building structures, including floors and ceilings slabs; sufficiency of the floor height;

suitability of existing technical rooms and shafts and possibility of their extension to assure a flexible layout;

assessment of the working capacity and service life of structural elements of the building;

selection of the applicable technology and sequence of works to ensure a minimal impact produced on the operation of an enterprise; the need for temporary facilities and the cost of relocation of existing services and business units.

Key words: buildings of research institutions, restructuring of buildings, design of public buildings.

BECTHMK 1/2013

1/2013

References

1. Braybrooke S., Goodman H., Gold B. Proektirovanie nauchno-issledovatel'skikh tsen-trov [Design for Research. Principles of Laboratory Architecture] Moscow, Stroyizdat Publ., 1990, 198 p.

2. Cordes S., Holzkamm I. Forschungszentren und Laborgebaeude. Organisation, bauliche Konzeption und Ressourcenplanung fuer Forschungsgebaeude der Biowissenschaften, Chemie und Nanotechnologie. HIS, Forum Hochschule, 9/2007, 185 p.

3. Hölting A. Sanierung des Chemiehochhauses an der Universität Tübungen [Renovation of chemistry building at the University of Tübungen]. Vortrag HIS Workshop "Forschungszentren und Laborgebäude" am 28. Juni 2007 in Hannover. Available at: http://www.his.de/ publikation/seminar/Forschungszentren. Date of access: August 2, 2012.

4. Groemling D. Tipologiya nauchno-issledovatel'skikh sooruzheniy [Typology of Research Facilities]. DETAIL Russia. Series 2010, no. 9, pp. 866—885.

5. Mack P. Sanierung oder Neubau? Sanierung des Chemiekomplexes der Universität Würzburg [Rehabilitation or new construction? Rehabilitation of the complex chemistry of the University of Würzburg]. Forum Hochschulbau 2012: "Sanierung von Hochschulgebäuden -Sanierungsplanung als Bestandteil der Baulichen Hochschulentwicklung" am 13. Juni 2012 in Hannover. Available at: http://www.his.de/publikation/seminar/Forum_Hochschulbau_062012. Date of access: Aug 2, 2012.

6. Blinkov S.V. Printsipy rekonstruktsii predpriyatiy khimicheskoy promyshlennosti [Principles of Restructuring of Chemical Industry Enterprises]. Mekhanizatsiya stroitel'stva [Construction Mechanization]. 2008, no. 8, pp. 2—6.

7. Savel'ev B.A., Platonov Yu.P., Metan'ev D.A., Frezinskaya N.R. Proektirovanie zdaniy nauchnogo naznacheniya [Design of Buildings to Accommodate Research Facilities]. Vestnik RAN [Bulletin of the Russian Academy of Sciences]. 1975, no. 9, pp. 88—101.

8. Frezinskaya N.R. Issledovatel' i ego material'naya sreda [Researcher and His Material Environment]. Vestnik RAN [Bulletin of the Russian Academy of Sciences]. 2007, vol. 77, no 12, pp. 1089—1099.

9. Sergeev K.I., Kuleshova G.I. Territorial'no-gradostroitel'nye aspekty organizatsii tekh-noparkovykh struktur [Territorial and Urban Aspects of Organization of Technology Parks]. Vestnik RAN [Bulletin of the Russian Academy of Sciences]. 2007, vol. 77, no. 12, pp. 1100— 1106.

10. Isakova S.A. Metody ob"emno-planirovochnoy modernizatsii uchebnykh zdaniy uni-versitetov (na primere Yuzhnogo federal'nogo universiteta) [Methods of Spatial Modernization of Educational Buildings of Universities (Exemplified by Southern Federal University)]. Arkhi-tekton: izvestiya vuzov [Arkhitekton: News of Institutions of Higher Education]. December 2011, no. 36. Available at: http://www.archvuz.ru. Date of access: September 5, 2012.

About the authors: Bantserova Ol'ga Leonidovna — Candidate of Architectural Sciences, Professor, Department of Design of Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; olga. bancerova@gmail.com;

Loginov Igor' Yur'evich — postgraduate student, Department of Design of Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; igor.loginow@gmail.com.

For citation: Bantserova O.L., Loginov I.Yu. Opyt modernizatsii zdaniy nauchno-issledovatel'skikh institutov na primere ob"ektov khimicheskogo profilya [Implemented Modernization of Buildings of Scientific Research Institutions: Case Study of Institutes of Chemical Research]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 1, pp. 26—34.