集裝箱建筑適應(yīng)性設(shè)計(jì)與建造研究(11)

2013年6月22日

普通傳統(tǒng)建筑拆除后可重復(fù)利用的建筑材料一般為鋼筋、粘土磚、鋁合金門(mén)窗框、木材、玻璃等，而混凝土、破損砌塊等等海量建筑材料及內(nèi)部裝修材料都被當(dāng)作固體垃圾被廢棄。在我國(guó)建筑壽命普遍只有三十年的情況下，大量建筑需要拆除重建，建筑材料無(wú)法重復(fù)性使用，浪費(fèi)率高得驚人。而使用集裝箱建筑，由于其固有屬性使得其重復(fù)利用率得到極大的提升。首先集裝箱本身就是一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)體且便于運(yùn)輸。可以避免因?yàn)橹黧w結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體需要拆除而致使內(nèi)部裝修被拆毀，獨(dú)立完整的結(jié)構(gòu)體可以再次乃至反復(fù)使用。其次集裝箱用于建筑，其本身材料就為鋼材，在國(guó)內(nèi)有著大量的回收機(jī)構(gòu)回收廢舊金屬，可以保證這種建筑材料被當(dāng)作垃圾丟棄的情況不會(huì)發(fā)生。

因此對(duì)淘汰二手集裝箱的建筑再利用，就是利用箱體材料及內(nèi)部空間，通過(guò)組合構(gòu)成、使用附加結(jié)構(gòu)增強(qiáng)其適應(yīng)性。并在改造中對(duì)內(nèi)部進(jìn)行整修，并增添設(shè)施、改善性能，使之成為可以達(dá)到良好使用條件的居住空間或辦公場(chǎng)所。

3.1.3 舊集裝箱改造建筑的低碳可持續(xù)理論依據(jù)

對(duì)廢舊二手集裝箱改造建筑進(jìn)行全生命周期能源消耗分析，首先要將集裝箱與其他結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行對(duì)比，而鋼筋混凝土、集裝箱、木材三種結(jié)構(gòu)形式是最常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)形式。“Sustainability in prefabricated architecture——A comparative life cycle analysis of container architecture for residential structures ”研究論文對(duì)這三種結(jié)構(gòu)建筑的全生命周期碳排放進(jìn)行了案例分析。文中顯示集裝箱、混凝土、木材三種結(jié)構(gòu)的建筑在建造過(guò)程中排放的二氧化碳分別如表3.3所示：

表 3.3 集裝箱建筑、混凝土建筑、木材建筑全生命周期二氧化碳排放表

	集裝箱建筑	混凝土建筑	木材建筑
原材料制造階段階段CO2排放	1955 kg/m2	335 kg/m2	84 kg/m2
圍護(hù)與保養(yǎng)階段CO2排放	201 kg/m2	194 kg/m2	116 kg/m2
運(yùn)營(yíng)使用階段CO2排放	2559 kg/m2	1914 kg/m2	1780 kg/m2
廢棄物處理階段CO2排放	174 kg/m2	1355 kg/m2	245 kg/m2
100年全生命周期CO2排放合計(jì)	4889 kg/m2	3797 kg/m2	2225 kg/m2
排除集裝箱初次制造階段后的CO2排放	2943 kg/m2	3797 kg/m2	2225 kg/m2

依據(jù)表格可以發(fā)現(xiàn)，集裝箱建筑從全生命周期來(lái)看會(huì)消耗更多的能源、排放出更多的二氧化碳。歸咎來(lái)說(shuō)，集裝箱箱體這種鋼質(zhì)材料較之混凝土、木材在從原材料到成品建材的金屬冶煉過(guò)程中會(huì)消耗更多能源，而在保養(yǎng)與圍護(hù)、運(yùn)營(yíng)使用兩個(gè)階段基本與另兩種材料持平，而在廢棄物處理階段對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)則有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

由于集裝箱并非是一種專(zhuān)用建筑材料，集裝箱建筑（即集裝箱改造建筑）大多是在利用集裝箱箱體作為廢棄物在建筑設(shè)計(jì)上的再次利用。因此在排除集裝箱初次制造排放的二氧化碳之后，三者的二氧化碳排放量分別為：2943 kg/m2，3797 kg/m2，2225 kg/m2（圖 3.3）?？梢钥闯鋈N結(jié)構(gòu)的建筑在全生命周期二氧化碳的排放量從小到大依次為：木材結(jié)構(gòu)建筑<舊集裝箱改造建筑<混凝土建筑。

集裝箱建筑、混凝土建筑、木材建筑生命周期不同階段二氧化碳

圖 3.3 集裝箱建筑、混凝土建筑、木材建筑生命周期不同階段二氧化碳

這說(shuō)明，使用定制的新制集裝箱箱體進(jìn)行房屋的建造并不是一項(xiàng)節(jié)約能源環(huán)?？沙掷m(xù)的方式，只有當(dāng)集裝箱在退出物流流通領(lǐng)域之后作為廢棄物在建筑領(lǐng)域進(jìn)行再次利用，才能體現(xiàn)出集裝箱建筑節(jié)能可持續(xù)的價(jià)值。這是一條重要的結(jié)論，指導(dǎo)我們必須要循環(huán)再利用廢舊箱體而不要用使用嶄新的定制箱體作為集裝箱建筑的箱體材料，否則就失去了環(huán)?？沙掷m(xù)的意義。

依據(jù)上文數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每當(dāng)對(duì)一個(gè)20英尺的廢舊二手集裝箱進(jìn)行建筑再利用，便可相對(duì)混凝土建筑在生命周期內(nèi)減少12噸二氧化碳排放，并可減少耗水2.2立方、省電3.7度、節(jié)約1.7噸鋼材和0.4立方米木材。

3.1.4 集裝箱改造建筑的制約因素

雖然以集裝箱為載體的集裝箱改造建筑較之傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型具有很多優(yōu)勢(shì)，但由于其箱體結(jié)構(gòu)的先天制約，使得集裝箱建筑在建造過(guò)程中必須加以改造和處理才能加以利用。

首先，由于集裝箱箱體空間的限制，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元室內(nèi)改造后的寬度約為2.34米，高度2.38米，長(zhǎng)度5.9米至11.9米，可以使用的凈空間較為局促。室內(nèi)高度偏低使得集裝箱單元體的使用多局限在住宅類(lèi)建筑上，例如各類(lèi)旅館、房屋、宿舍，集裝箱的室內(nèi)布局、功能擴(kuò)展受到很大制約。同時(shí)裝配組合式集裝箱建筑在實(shí)際使用過(guò)程中，堆積高度不能過(guò)高以防止失穩(wěn)，并且這種類(lèi)型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏相關(guān)法律法規(guī)的約束，這對(duì)集裝箱組合式建筑的發(fā)展也起到了限制作用。

其次，由于集裝箱材料受本身金屬結(jié)構(gòu)物理特性的影響，熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)，保溫隔熱性能差，使得室內(nèi)熱環(huán)境不穩(wěn)定，需要另外設(shè)置保溫隔熱層才能有效控制室內(nèi)熱環(huán)境，并在南方地區(qū)需要對(duì)集裝箱箱體進(jìn)行遮陽(yáng)處理；另外由于金屬材質(zhì)的使用，箱體容易銹蝕，需要為集裝箱涂刷防銹油漆來(lái)阻止銹蝕。同時(shí)某些國(guó)際海運(yùn)集裝箱在轉(zhuǎn)運(yùn)的時(shí)候常常為了防止病蟲(chóng)害的擴(kuò)散，部分國(guó)家生產(chǎn)的集裝箱油漆中使用了鉻酸鹽、含磷或含鉛的涂料，因此在轉(zhuǎn)換成住宅使用時(shí)需要鑒別箱體產(chǎn)地來(lái)源，對(duì)于某些國(guó)家生產(chǎn)的集裝箱將原箱體的殘余油漆打磨掉才能安全使用。

因此，集裝箱建筑只有通過(guò)多種方式進(jìn)行精細(xì)化的室內(nèi)設(shè)計(jì)、適應(yīng)性的改造和組合，才能滿足不同建筑類(lèi)型的需求。

3.2 集裝箱建筑適應(yīng)性功能探索

3.2.1 用于災(zāi)后應(yīng)急住房

1. “種子計(jì)劃（seed project）”應(yīng)急住宅

“種子計(jì)劃”的目的是尋求用集裝箱這類(lèi)預(yù)制工業(yè)產(chǎn)品來(lái)建造緊急住房的方式。這項(xiàng)計(jì)劃并不僅僅為災(zāi)民提供寄居的臨時(shí)庇護(hù)所，而是盡可能保障生活質(zhì)量，避免了災(zāi)后長(zhǎng)時(shí)期生活在條件極端簡(jiǎn)陋、不甚安全的帳篷和簡(jiǎn)易板房環(huán)境中（圖 3.4）。并目標(biāo)在三周內(nèi)建成集裝箱應(yīng)急房屋社區(qū)，重建鄰里社區(qū)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)民對(duì)家的期待。

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圖 3.4 “種子計(jì)劃”海地緊急住房建筑

“種子計(jì)劃”的研究主要針對(duì)加勒比海地區(qū)展開(kāi)。由于加勒比地區(qū)經(jīng)常遭受颶風(fēng)侵襲，而該地區(qū)沿岸大量廢棄的二手集裝箱正巧可以滿足颶風(fēng)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)對(duì)住房防水、抗風(fēng)、堅(jiān)固性能的需求。由于集裝箱結(jié)構(gòu)整體化特征，使得它在救災(zāi)建筑的使用方便性大大超過(guò)類(lèi)型其他結(jié)構(gòu)體，可以通過(guò)“預(yù)制——運(yùn)達(dá)”的方式直接用于災(zāi)區(qū)使用。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性特點(diǎn)使得集裝箱緊急住房不但解決了頻繁的災(zāi)后重建問(wèn)題，同時(shí)也被當(dāng)?shù)鼐用耖L(zhǎng)期居住，解決了當(dāng)?shù)刈》烤o缺的問(wèn)題（圖 3.5）。

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