多尺度关系框架下的建筑更替转化过程研究

《Sustainable Cities and Society》：Understanding building replacement as a transformation process through a multiscale relational framework

　　

该研究通过多尺度关系框架将建筑更替（Building Replacement, BR）概念化为一个转化过程。不同于将拆除与新建视为独立事件，该框架将其表示为相互关联的转化关系，从而能够系统分析建筑存量如何通过更替被重组。跨空间尺度，BR表现出三个反复出现的特征：显著的物理强化、向住宅用途的系统性转变、以及更替路径和空间分布上的强选择性。在住宅层面，这些转变伴随着人均空间和材料供给的增加。研究进一步表明，BR项目由多种形式的过时性（obsolescence）而非单一因素驱动。方法上，所提出的基于双图（bigraph）的建模方法使拆除-新建关系在经验上可观察和可量化，为分析建筑存量转化的关系维度提供了一个可转移的框架。

建筑更替（Building Replacement, BR）指在同一地块上拆除既有建筑并新建建筑的过程，是建成环境转型的重要途径。已有研究表明，BR占城市建筑活动的相当比例，例如在芬兰坦佩雷2000-2018年间，BR占新建建筑的38%和新建楼面面积的24%。然而，BR的可持续性影响存在争议：虽然BR可通过节能建筑带来运营收益，但随着能源系统脱碳，拆除与新建的隐含影响可能超过运营绩效改善。因此，理解BR如何转化既有建筑存量对于可持续城市更新至关重要。现有研究多将拆除和新建视为独立事件，缺乏对转化过程的显式关系表达，且主要在城市尺度上分析，忽略了建筑、项目等尺度上的差异。为此，研究人员提出以“转移模式”（shift pattern）为核心概念，将BR视为相互关联的转化过程，并构建多尺度关系框架进行分析。

该研究以瑞士苏黎世为关键案例，利用苏黎世市统计局（SSZ）提供的2001-2019年建筑更替数据集（包含3359栋拆除建筑、2756栋新建建筑，共1018个更替项目，通过EGID-ENID框架关联），以及苏黎世州统计局通过苏黎世测绘办公室（GeoZ）提供的建筑年龄数据集，对BR进行了城市、项目、建筑和住宅子集四个尺度的系统分析。研究识别了BR的尺度依赖模式，揭示了其物理强化、功能重组和选择性路径等特征，并提出了过程敏感的可持续更新评估建议。该论文发表在《Sustainable Cities and Society》。

在技术方法上，研究人员主要采用了以下关键方法：首先，基于苏黎世市更替数据集构建了多尺度分析框架，包括城市尺度、项目尺度、建筑尺度和住宅子集尺度；其次，采用排列检验（permutation test）评估分类维度间的非随机依赖；第三，提出双图（bigraph）模型，将项目层面的拆除-新建关系分解为建筑层面的“单元到单元”分析关系，并通过比例分配原则构建功能转移矩阵（functional-shift matrix），用以量化不同功能路径上的更替量；此外，还计算了紧凑比（compactness ratio）及其分解指标，用以分析建筑形态变化；最后，基于瑞士国家材料-体积比估算了材料通量。数据来源包括SSZ建筑更替数据集和GeoZ建筑年龄数据集。

研究结果如下：

**城市尺度：建筑存量转化。** 通过分析BR活动占城市新建建筑的比例和体积变化，发现2001-2019年间，BR相关建设占苏黎世新建建筑数量的51.4%和足迹面积的59.0%。BR项目地块的总建筑面积和体积分别增加1.26倍和2.44倍，估算的材料流入量是流出量的2.9倍。排列检验显示，BR活动在功能、时间、所有权和空间维度上呈现非随机的结构化分布，例如1946-1980年代的建筑占拆除量的46%，公共所有者占拆除量的69%。

**项目尺度：地块重构。** 对1018个项目的功能转变分析显示，多数项目保持或转向住宅主导（RtoR 656个，NRtoR 206个），而转向非住宅的极少（17个）。功能共现分析表明，混合功能配置不常见，且更替后功能共现进一步降低。项目规模方面，大多数项目的体积扩大1-5倍，中位数约为3倍，且更替强度与原始规模呈负相关。

**建筑尺度：更替路径。** 通过双图分析构建的功能转移矩阵揭示了64条功能路径，其中少量主导路径集中了大量更替量。最大的路径是MTR→MTR（就地更替），占拆除和新建体积约30%，更替比为2.45；其次是OFC→MTR（20.2%拆除体积）和IPW→MTR（16.67%新建体积）。约40%的更替无功能变化，60%为跨功能更替。建筑形式方面，新建建筑的平均足迹为拆除的1.5倍，高度约2倍，体积近3倍；紧凑比从0.52降至0.32，且主要由体积因子下降驱动。

**住宅建筑更替和住房强化。** 对335个纯住宅更替项目的分析显示，尽管建筑数量从628栋减至556栋，公寓数量增加了59%，住宅面积增加了2.16倍，人均居住面积从42.1 m²增至45.4 m²，人均建筑体积增加24%，人均材料存量增加53.1%。这表明BR在扩大住房供应的同时，也提高了人均资源占用水平。

在讨论部分，研究人员将BR解释为一种系统性的城市过滤器，即通过多维度的选择性机制重构建筑存量