NA专栏|宿新宝|上海近代建筑新材料与新技术的出现、演变及其价值认知

学术   文化   2024-09-24 20:37   湖北  

文章摘要


1843年上海开埠,西式建筑进入上海并引起了建筑风格和式样的巨大变化,而支撑这种变化的正是新的建筑材料与技术的出现和演变。它们在百年时间内经历了从传统到改良、从舶来到自产的过程,现代建筑施工业也逐步取代了传统匠作营造业。文章通过搜集整理近代文献、图纸中的新材料与新技术,并结合近代建筑遗产保护工程中的实物案例,概要性梳理了上海近代建筑中新材料与新技术的类型、特征与演变过程;并从建造价值的角度,阐释了建造技术与建筑遗产的关系,并基于近代建筑建造的价值认知提出针对性的保护建议。





宿新宝/华东建筑设计研究院有限公司



为什么要研究上海近代建筑的材料与技术

建筑风格是建筑外在最直观的体现,其演化规律是建筑史研究的重要内容。而上海在1843年开埠后,城市与建筑都经历了前所未有的变化,“上海近代建筑的发展并没有遵循西方建筑史的脉络。复古与新潮对于上海而言,都只是一种风格,新的建筑式样只是又一种比新古典主义建筑更为时髦的新式样而已”。建筑风格“几乎覆盖从早期基督教建筑、罗马风建筑、哥特建筑、文艺复兴建筑、巴洛克建筑、新古典主义建筑到现代建筑,以及中国传统复兴约2000年间的各种风格演变”。上海近代建筑形式的突变性、随机性强于延续性,风格选择更多遵从于业主与建筑师的好恶与时尚流行。生吞活剥式的引进,不免疏于制度建设和观念碰撞,却让技术因素凸显出来。

西洋建筑舶来上海,绝不仅是简单的房屋样式与建筑风格的输入,还必然涉及外来(全新)的建筑材料、建造技术与施工工艺。当建筑风格与形制在环境影响下发生“突变”与“嫁接”时,探究建筑演变过程中“风格”以外的“慢变量”因素就成为认知建筑史的重要方法。建筑技术史,是围绕建筑材料与结构、施工工艺等技术要素的产生、传播、选择、演化等的历史研究与理论阐释,试图挖掘技术现象的成因和内在动力。就此而言,建筑技术就是相对形式与风格的“慢变量”,各异的风格与式样背后是建筑材料、技术的更替、演进与支撑。技术史研究,不是忽略建筑学的其他方面,而是将其他方面贯穿于技术之中,从而获知更加全面的建筑史。

相比建筑学其他领域,国内针对建筑技术史的教学和研究比较薄弱,技术史研究长期未获足够重视,有关近代建筑技术的认知和研究成果尚显不足。在近代建筑遗产保护工程领域,也由于对建造和材料认知的局限性,保护工程更多关注建筑形制的完整性与真实性,而经常忽略建筑材料、设备、构造等建造方面的真实性,无意或有意对此造成不可逆的破坏,这也是亟需加强近代建筑材料与建造认知的重要原因。

因此,在建筑风格和历史文化所蕴含的艺术、历史价值外,建筑新材料、新技术的出现、演变和发展,也是历史建筑科学价值的重要体现,是建于近代时期的历史建筑之研究不可或缺的内容,也是认知历史建筑的重要视角。作为传统手工业向现代工业转型的最具代表性城市,近代上海的建筑新材料、新技术的出现与演变,也是近代建筑技术史研究的主要对象。本文正是因应这一现实需求而抛砖引玉。

2 新材料、新技术的出现和演变

上海开埠以来,西式建筑伴随着从事贸易的洋商和传教士进入上海。上海近代建筑的新材料和新技术,也如同近代上海人对其他西方现代物质形式的接受,遵循着“初则惊,继则异,再继则羡,后继则效”的步骤。在近代百年时间内,这些新材料和新技术也经历了从江南传统到混合改良、从舶来到自产的演变,传统匠作营造业也渐渐演变为现代建筑工业。

2.1 结构体系

上海地方传统建筑是植根于江南《营造法原》体系下的木结构建筑,多为一到两层,立贴(穿斗)式与抬梁式厅堂相结合。上海开埠早期,房屋由最初来沪从事贸易的洋商自筹自建,外观为“殖民地外廊式”,采用本地材料和工艺,雇佣本地工匠施工。“洋行都是方形建筑,没有奇思妙想,也没有建筑师的蓝图,但舒适通风。……洋行的底层有四间大屋,上海绅士们用作写字间,……楼上有四间大屋,上海绅士们用作起居室。两层都有敞开的走廊……。”这类早期的梁柱外廊式建筑的信息如今大多只能通过文献和历史图像获知,但结合长江沿线其他城市的外廊式建筑遗存,推测早期上海“殖民地外廊式”建筑应多为杉木原木加工、榫卯连接的砖木混合结构建筑,建筑用材与加工工艺都更贴近传统营造。

19世纪中后期,随着砖的本土化生产规模扩大和洋松(北美黄杉)的进口,砖墙承重与木搁栅楼板、木桁架组合的建筑逐渐替代了中式结构改良的梁柱外廊式建筑。以典型的木搁栅为例,木搁栅平行搁置于房间短跨承重砖墙上,搁栅断面高而窄,高宽比在3∶1甚至5∶1之间,断面尺寸有2 in×10 in(51 mm×254 mm)、3 in×9 in(76 mm×228 mm)、3 in×12 in(76 mm×305 mm)和千金搁栅4 in×9 in(102 mm×228 mm)等;搁栅间距400~500 mm左右,荷载较大的公共建筑也有间距仅12 in(305 mm)的;搁栅上铺1 in(25 mm)厚的企口洋松楼板;为防止搁栅失稳,在搁栅之间增加交叉的剪刀形“箍撑”,形成稳定的“搁栅-箍撑-板”组合木楼板。在卫生间等用水房间,在钢混楼板未普遍使用前也有采用木搁栅夹砂楼板的做法,即在木搁栅楼板上先铺油毛毡,上捣水泥煤屑混凝土,再铺贴马赛克或缸砖等面层。新式里弄、花园洋房多采用此做法,部分公共建筑的卫生间也有采用此法,如原法国球场总会在1926年扩建时附加于木楼梯间的卫生间。

▲ 杜彦耿绘制的《楼板及火斗上层楼板之图样》(单位:in)

用作坡屋面结构的西式屋架(主要是各类木桁架)也很快取代了传统的穿斗和抬梁屋架。与开埠初期西式的外廊建筑内采用穿斗屋架恰好相反,20世纪初期的教会建筑等虽外观模仿中国传统式样的“大屋顶”建筑,屋顶内部结构却已是西式的桁架。1924年建成的英国传教士李德立(Edward S. Little)自宅地处虹桥路的尽头——也是近代上海行政辖区的边界,其外观为一层中式建筑,翼角起翘和屋脊装饰等都与其周边的江南民居相似,而室内的屋架却是严谨的西式木桁架结构。

▲ 李德立自宅

上:历史照片

下:室内木屋架


20世纪初,钢结构与钢混结构逐步在上海普及,公共建筑已开始改用新的结构体系,这些新技术也为20年代中后期高层建筑的快速发展提供了技术支持。在常见的钢筋混凝土框架梁板结构外,也有一些如今看来较为特殊的做法,如空心砖混凝土密肋组合楼板。这种做法是在绑扎密肋梁钢筋时即按照弹线位置整齐嵌入多孔空心砖,利用空心砖充当密肋梁间的混凝土模板,再浇筑混凝土形成组合梁板。此举一方面节省了小密肋梁的支模时间和木模板量,也起到良好的隔声、隔热效果,同时因板底平整、无主梁而有利于室内灵活分隔,获得了较高的净高空间。建于1933年的雷士德医学研究院(Lester Institute of Medical Research)和1934年的雷士德工学院(Lester School and Henry Lester Institute of Technical Education),均由德和洋行(Lester, Johnson & Morriss Architects and Civil Engineers)和费博土木建筑工程师(S. E. Faber Consulting Civil Engineer)分别负责建筑设计与结构设计,结构上均采用了钢筋混凝土框架结构和空心砖混凝土密肋组合楼板。这种做法也见于1938年汉斯·柏韵士(Hans Berents)设计的怡和纱厂羊绒染烘间的混凝土锯齿形坡屋面。

▲ 空心砖混凝土密肋组合楼板剖透视示意


2.2 外墙(饰面)材料

外墙起到承载受力、围合分隔、保温隔热和装饰等作用,而外墙材料也受到生产技术、施工工艺、审美喜好等多方面因素的共同影响。开埠后西式建筑的外墙(或其饰面)工艺大体经历了传统青砖外覆灰泥—清水砖墙—石材饰面—仿石抹灰—面砖等变化过程。

开埠初期,以“殖民地外廊式”为主要风格的西式建筑还多用传统青砖砌筑,墙砖依靠表面覆盖白色灰泥或粉刷的方式提升外墙的防水和耐候性能。这类外廊式建筑现仅存个别孤例,且因后期不同程度的干预已很难辨别其外墙饰面真实性,仅能通过历史照片和文献见其端倪。湖南岳阳黄沙湾教会学校(湖滨大学)旧址中约建于1901年前后的校长楼即属于这类建筑。这座方形平面、四面外廊式布局的二层建筑,采用穿斗式木结构和小青瓦冷滩四坡顶做法,外墙为青砖砌筑外薄涂石灰砂浆。岳阳于清光绪二十五年(1899年)开埠,教会学校建筑正是美国传教士与当地工匠合作完成的带有近代早期特点的外廊式建筑,可谨慎地作为早于岳阳50余年开埠的上海近代早期建筑的标本加以比较学研究。

▲ 岳阳黄沙湾教会学校校长楼


19世纪60年代开始,随着更多的西方建筑师、工程师抵沪,流行于英国的维多利亚建筑风格建筑被引入上海,由此促使红砖和机制砖技术在上海流行起来。19世纪末,采用连续的窑室和焙烧工艺的霍夫曼窑被引入中国,极大提升了砖的生产效率和产能,使得清水砖墙建筑在上海流行起来,并成为19世纪末到20世纪初期公共建筑外墙的主流做法。清水砖墙对砖的材料强度、吸水率、质量规格、色彩、砌筑及勾缝工艺等都有更为严格的要求。到民国时期,机制砖已基本实现国产化,上海及周边地区形成了全国最为发达的砖瓦制造业中心。

进入20世纪后尤其是第一次世界大战后,随着钢筋混凝土结构的兴盛和新古典主义风格的流行,上海大型公共建筑外墙,从承重与装饰结合的清水砖墙逐渐转变为采用石材包镶和仿石抹灰作为主要饰面的填充墙体。根据近代文献,上海近代建筑外墙所用花岗岩,产地多为苏州、宁波、青岛等地,也有从中国香港九龙、日本德山(Tokuyama)等地进口。而装饰用大理石则多从意大利、墨西哥等地进口。外墙石材安装则采用砌体墙外再砌筑石块或镶贴石板的包石墙做法,砌筑特点是底层石块厚度较大,至上层逐渐变薄或改用薄石板,呈现清水石墙的外观效果。

取材、运输、加工都将影响建筑工程实施的完成程度。在石材饰面的市场需求与上海并非花岗石产地的矛盾下,仿石抹灰(上海方言称为“批荡”,plaster的音译)作为石材饰面的替代者,一经引入(水刷石旧称Japanese Stone Plaster,因此多被解读为由日本传入)便因其施工便利、取材廉价且模仿效果好而在上海迅速流行起来,常见如水刷石、斩假石等,并一直沿用到解放后。如1955年建成的中苏友好大厦外墙采用了白色石子与淡黄色砂浆混合而成的水刷石饰面,呈现出淡黄色的仿石效果。

20世纪20年代后期至30年代,面砖成为钢混结构公共建筑的主要饰面材料,其中以泰山砖瓦股份有限公司生产的“泰山牌”面砖最为知名。1927年,泰山砖瓦公司研制出砖薄质轻的薄式面砖,并于1928年11月向商标局注册泰山牌商标。泰山砖瓦公司早期面砖以模仿清水砖为主要形式,多为红褐色、黄褐色毛面砖,面砖拼贴也按丁砖与顺砖相间错缝形式。30年代后,装饰艺术派和现代风格建筑多用釉面砖(时称“避水光面砖”),其尺寸灵活,可对缝铺贴;色彩也更加多样,如黄色、绿色、白色、暗红色等。

▲ 泰山避水光面砖用于四行储蓄会大楼(今国际饭店)的广告


▲ 四行储蓄会大楼外墙的暗红色釉面砖


2.3 门窗

近代西式建筑的引入也带来了门窗的变化。传统木窗在制作材料、开启方式、构造、五金等方面都进行了西化改良,应用更为广泛。而更具近代特征的是实腹钢窗的引入和普及。

实腹钢窗,是采用异形断面的钢条焊接成框料后镶嵌玻璃的钢窗。钢窗除了比木窗有更好的透光率外,也可避免木窗伸缩变形以致密闭性不佳的缺点。20世纪20年代中后期,钢窗逐渐取代木窗成为公共建筑用窗的主要选项。初期钢窗也主要依靠进口,品牌如“好勃司”(HOPE’S)、“葛莱道”(CRITTALL)等,此后由“泰康行”汤景贤首创钢窗国产制造,钢窗逐渐实现国产并量产,到30年代初期上海钢窗“十之七八已属华商,外货则占一二而已”,主要钢窗厂家有泰康行、中国铜铁工厂、东方钢窗公司、大东钢窗公司等十余家。

▲ 杜彦耿绘制的钢窗构造示意图


2.4 屋面材料

瓦是中外传统坡屋面建筑普遍采用的屋面材料。开埠前,上海传统民居广泛使用小青瓦,开埠初期的教会和洋行等西式建筑也只能使用这种本地材料,只是外加了檐沟。

▲ 1880年美国领事馆 “殖民地外廊式”建筑屋面采用小青瓦铺设


机平瓦,是机制平瓦的简称,伴随机制砖一同流行起来,本土砖瓦厂如泰山、华大、大中、振苏、东南等都有生产。机平瓦在瓦片形式上有外凸“后爪”和下翻“前爪”,铺设的构造也有木质顺水条、挂瓦条,不需坐浆固定,瓦片搭接长度仅几厘米,当屋面坡度大时采用铅丝或铜丝绑扎,相比小青瓦有更好的排水、防水效果,且屋面重量较小青瓦有大幅的减轻。19世纪末期起,机平瓦伴随制砖业发展开始大量国产并运用于各类坡屋面建筑中。此外,近代瓦屋面建筑中还有配合建筑风格的西班牙筒瓦(Spanish tile)、筒板瓦(pan-and-roll tile)和菱形瓦等烧结类瓦材。

除烧结类瓦外,近代教堂建筑屋面陡峭,多采用层状页岩石板瓦。以建于1869年的圣三一堂为例,其页岩瓦片厚度5 mm左右,切割为长宽比约1∶2的长方形,瓦头带钉孔,使瓦片钉于木望板,上层瓦错缝搭接在下层瓦上,搭接长度约为瓦长的1/2。

▲ 圣三一堂屋面页岩瓦片
上:实景
下:构造示意

工业厂房等大跨度建筑以采用木桁架实现无柱或少柱空间为目标,由此促使工程师选择比瓦更轻的屋面材料。瓦楞镀锌铁皮、石棉瓦等波形瓦材料,每片长约2 m、宽1 m,搭盖3根檩条,相比小块材的瓦片,尺寸大、造价低、分量轻、易施工,因此在工业厂房、仓库等建筑中广泛使用。建于20世纪初期的杨树浦怡和纱厂的历史图纸中标注屋面材料即为瓦楞白铁或石棉瓦。

对于新古典主义建筑中所特有的穹顶、塔楼锥顶等复杂形态,尤其是曲面屋顶,则利用金属皮的锁缝拼合能力,把单块金属片边缘相互咬合而制成屋面覆盖层。上海近代建筑中常用金属有铜皮、铅皮、白铁皮(镀锡铁皮或镀铅锡铁皮或镀锌铁皮)等,金属皮之间采用卷边锁缝、直立锁缝等卷边咬合方式。

▲ 德国总会大楼(1907年建)塔楼金属屋面鸟瞰历史照片

▲ 新瑞和洋行绘制的大北电报公司1917年修缮图纸中的铅皮(lead)屋面


2.5 设备设施

近代上海建筑营造技术引入与革新的同时,社会构成与市民生活方式也发生着重大变化。现代设备设施的应用是生活方式转变的重要体现之一,例如卫生洁具、壁炉、热水汀、空调、电梯和消防设备的普及和使用。

19世纪60年代抽水马桶已进入上海,但水厕排污是由房屋所有者自行建造化粪池来解决。19世纪七八十年代开始有自来水供应和后期道路铺设排水管道,为租界内西式房屋使用卫生水厕提供了条件。到20世纪初期,由面盆、马桶、浴缸三件套组成的“大卫生”设备已在酒店、公寓和花园洋房等建筑中逐步普及。以“执宴舞之牛耳者”的百乐门大饭店舞厅公共卫生间为例,可见20世纪30年代的高档公共建筑中,卫生洁具已经与当代无异。

▲ “大卫生”三件套(浴缸、马桶、面盆)广告 


▲ 百乐门大饭店舞厅的厕所
上:女厕
下:男厕

近代卫生陶瓷洁具主要依靠进口,慎昌洋行(Andersen Meyer & Co., Ltd)是近代最重要的中介进口经销公司,主要代理经销标准制造公司的“司旦达”(Standard)洁具。国产洁具的代表是20世纪20年代后由唐山启新洋灰公司的启新磁厂生产的卫生陶瓷。

随着建筑层数增加,电梯也很快在上海普及。据记载,1887年开业的五层客利饭店(Grand Hotel Kalee)已经安装了电梯,此后美国沃的斯(OTIS)、德国西门子(Siemens)、英国伊斯顿(Easton)及史密斯和史蒂文斯公司(Smith, Major & Stevens)等电梯厂家分别在上海开设代理,电梯逐渐成为高档建筑的标准配置。1936年建成的铜仁路吴同文宅在三层住宅内还建成了非标平面定制的OTIS电梯,且至今仍可使用。而某些大型高层建筑已设置6部甚至10部电梯,且提升速度加快、轿厢扩大。到1936年,上海大约有1 000台电梯在运行。但由于电梯技术难度大,近代时期始终未能实现国产。

2.6 营造业发展

开埠后,上海营造业也经历了从传统水木作坊和个体工匠转向现代营造厂乃至建筑施工行业的发展变化。1864年开始,上海社会环境相对稳定,西方建筑师、营造厂进入上海,并引进建筑市场竞争机制和管理办法。建筑工匠的职业技能、职业身份和同业机构在近代时期开始转型,以川沙籍泥水匠杨斯盛等为代表的传统“水木作”施工单位转型为规模更大、内部组织更完善和与建筑师合作模式更成熟的营造厂。至20世纪二三十年代,上海近代营造业发展至鼎盛时期,1931年上海工务局登记在册的营造厂已有1 600余家,知名的如陶桂林的馥记营造厂、张效良的久记营造厂、顾兰洲的顾兰记营造厂、陶桂松的陶桂记营造厂、王皋荪的王荪记营造厂等。知名营造厂经营者也结为团体,开展交流以扩大影响力,如由陶桂林、杜彦耿等营造商发起,1931年成立的上海市建筑协会(The Shanghai Builders’ Association)等行业组织。营造业的现代转型与新材料、新技术推广普及相辅相成,共同促进了近代建造技术快速发展和传播。

3 建造技术与价值认知

自1843年开埠后不到一百年时间,上海从一个江南集镇发展为远东最大的摩登都市,这一过程离不开新的结构体系、建筑材料、建筑施工行业分工等技术手段和建筑材料的物质支撑。风格史研究中所关注的洋商、传教士与当地工匠合作的外廊式建筑、古典立面与钢结构融合的新古典建筑,乃至装饰艺术派和现代建筑,其背后都遵循建筑工程实现之“易建性”逻辑,即砖瓦、石材、钢材、混凝土、玻璃等材料和建造技术从少量舶来转化为在近代上海的特定环境与条件下易于获取和建造。这种“易建性”缘于新材料本地化生产或运输与交易便利,以及成熟可靠的设计、建造产业制度同步演进和人才队伍质量提升。

新材料、新技术在近代上海的发展也催生了建筑师、工程师与营造业的行业团体,他们又通过开展技术交流研究和行业管理等活动促进建造技术持续提升。如1901年在华外国工程师成立的“中华国际工程协会”(Shanghai Society of Engineers and Architects),早期就将地基和基础技术作为重要的基础专题持续观察和研究,并取得了重要成果,解决了上海软土地基工程建设难题。1927年冬,中国建筑师成立上海建筑师学会,第二年备案注册更名为中国建筑师学会(The Society of Chinese Architects)。1931年,营造业人士发起成立上海市建筑协会。这些行业团体通过制定行规、行业交流、开办教育、发行刊物等方式,对推动新材料和新技术的运用和传播,起到了非常重要的作用。

新材料、新技术的引入和发展也催生了新的规划和建筑管理制度。作为近代上海租界的管理机构,公共租界工部局分别在1900年10月和1903年8月颁布了《中式房屋法规》(Chinese Building Rules)和《西式房屋法规》(Foreign Building Rules),此后不断修订更新,又在1916年12月颁布了新的建筑法规——《新中式建筑规则》和《新西式建筑规则》,并于1917年6月21日正式实施。建筑规则涵盖建筑结构、消防、高度、退让等内容,既随着建造技术发展而不断完善,也在客观上促进了新材料、新技术的普及推广。

同时,近代新材料、新技术在上海推广普及的过程也伴随着民族工商业发展。20世纪后,本土建筑材料与营造企业——包括砖瓦、水泥、玻璃、建筑陶瓷、门窗等各方面,都经历了引进、发展、兴盛的曲折过程。对这一过程中建筑技术和建造的价值认知也是客观认知民族工商业发展历史与价值的重要途径。

随着建筑遗产价值认知逐步引起重视,越来越多的近代建筑成为建筑遗产并得以保护,而建造本身既是建筑遗产内涵的一部分,同时也为近代城市和建筑形成与发展提供了重要物质基础。新材料和新的建造技术带来了社会生产、生活方式的革新,促进了管理规程建立、建筑分工、行业创新和观念变革,在百年时间内塑造了近代中国乃至东亚地区最具现代性的城市,也对中国建筑现代化进程具有深远的影响。

4 结语

近代上海千姿百态的城市面貌与建筑风格,离不开新材料、新技术的物质支撑。这些材料与技术大多经历了舶来、模仿、改良和国产化的过程,厘清其在近代上海的演变历程有助于更全面认知建筑遗产价值,也对指导遗产保护工程、评估遗产价值具有现实意义。

由于长期以来人们对于近代建筑技术史,尤其是新材料、新技术未予以充分重视,既有研究成果尚较为局限;同时,即使如此之少的研究成果,也未能及时助益遗产保护工程,还很可能因认知缺陷而导致保护工程中不可逆地损毁重要历史信息。这其中甚至包括对近代建筑材料的无知和误解,例如,因对早期外廊式建筑采用抹灰保护青砖的做法不熟悉,而去除抹灰修复为清水青砖外墙;在部分修缮工程中,误认为空心砖是改革开放后的产物,而将20年代的空心砖隔墙拆除。也有一味追求外观形式而忽视工艺、工法和构造节点的情况,例如在干粘卵石外墙饰面修补中错误采用水刷石水洗翻做工艺修补,在内开木窗修缮中漏做披水板和泄水孔等。

因此,对近代建筑新材料、新技术的认知具有显见的必要性和紧迫性。笔者认为,除了加强建筑技术史专题研究外,还应在以下两个方面开展工作。一是建立近代材料设备样本库:由于近代建筑多处于日常使用之中,修缮、装修活动较为频繁,每次不当的材料或设备更替就将损失遗产的历史信息,因此需要尽快建立材料样本库,以便保存材料、设备和工艺样板等,为开展系统材料分析研究提供实物标本。二是围绕近代建造开展更大范围的比较学研究:对于“西式建筑”的欧洲原型,和近代其作为舶来品进入东亚地区尤其中国后受气候、技术、材料等影响的在地化变体,都可进一步开展比较研究,由此更加全面地认知上海和其他近代城市的建造技术特征与流变。 



原文请查阅《新建筑》2024年第4期(总第215期)

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引用本文|宿新宝. 上海近代建筑新材料与新技术的出现、演变及其价值认知[J]. 新建筑,2024(4):61-66.


|本期专栏文章索引|
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