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集裝箱建筑適應性設計與建造研究(11)

2013年6月22日

普通傳統建筑拆除后可重復利用的建筑材料一般為鋼筋、粘土磚、鋁合金門窗框、木材、玻璃等,而混凝土、破損砌塊等等海量建筑材料及內部裝修材料都被當作固體垃圾被廢棄。在我國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,建筑材料無法重復性使用,浪費率高得驚人。而使用集裝箱建筑,由于其固有屬性使得其重復利用率得到極大的提升。首先集裝箱本身就是一個單獨的結構體且便于運輸??梢员苊庖驗橹黧w結構的結構體需要拆除而致使內部裝修被拆毀,獨立完整的結構體可以再次乃至反復使用。其次集裝箱用于建筑,其本身材料就為鋼材,在國內有著大量的回收機構回收廢舊金屬,可以保證這種建筑材料被當作垃圾丟棄的情況不會發生。

因此對淘汰二手集裝箱的建筑再利用,就是利用箱體材料及內部空間,通過組合構成、使用附加結構增強其適應性。并在改造中對內部進行整修,并增添設施、改善性能,使之成為可以達到良好使用條件的居住空間或辦公場所。

3.1.3 舊集裝箱改造建筑的低碳可持續理論依據

對廢舊二手集裝箱改造建筑進行全生命周期能源消耗分析,首先要將集裝箱與其他結構建筑進行對比,而鋼筋混凝土、集裝箱、木材三種結構形式是最常見的建筑結構形式?!癝ustainability in prefabricated architecture——A comparative life cycle analysis of container architecture for residential structures ”研究論文對這三種結構建筑的全生命周期碳排放進行了案例分析。文中顯示集裝箱、混凝土、木材三種結構的建筑在建造過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
圍護與保養階段CO2排放 201 kg/m2 194 kg/m2 116 kg/m2
運營使用階段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 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

依據表格可以發現,集裝箱建筑從全生命周期來看會消耗更多的能源、排放出更多的二氧化碳。歸咎來說,集裝箱箱體這種鋼質材料較之混凝土、木材在從原材料到成品建材的金屬冶煉過程中會消耗更多能源,而在保養與圍護、運營使用兩個階段基本與另兩種材料持平,而在廢棄物處理階段對混凝土結構則有非常明顯的優勢。

由于集裝箱并非是一種專用建筑材料,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計上的再次利用。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結構的建筑在全生命周期二氧化碳的排放量從小到大依次為:木材結構建筑<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

這說明,使用定制的新制集裝箱箱體進行房屋的建造并不是一項節約能源環??沙掷m的方式,只有當集裝箱在退出物流流通領域之后作為廢棄物在建筑領域進行再次利用,才能體現出集裝箱建筑節能可持續的價值。這是一條重要的結論,指導我們必須要循環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??沙掷m的意義。

依據上文數據統計,每當對一個20英尺的廢舊二手集裝箱進行建筑再利用,便可相對混凝土建筑在生命周期內減少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建筑結構類型具有很多優勢,但由于其箱體結構的先天制約,使得集裝箱建筑在建造過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,每個標準單元室內改造后的寬度約為2.34米,高度2.38米,長度5.9米至11.9米,可以使用的凈空間較為局促。室內高度偏低使得集裝箱單元體的使用多局限在住宅類建筑上,例如各類旅館、房屋、宿舍,集裝箱的室內布局、功能擴展受到很大制約。同時裝配組合式集裝箱建筑在實際使用過程中,堆積高度不能過高以防止失穩,并且這種類型建筑的結構設計缺乏相關法律法規的約束,這對集裝箱組合式建筑的發展也起到了限制作用。

其次,由于集裝箱材料受本身金屬結構物理特性的影響,熱傳導能力強,保溫隔熱性能差,使得室內熱環境不穩定,需要另外設置保溫隔熱層才能有效控制室內熱環境,并在南方地區需要對集裝箱箱體進行遮陽處理;另外由于金屬材質的使用,箱體容易銹蝕,需要為集裝箱涂刷防銹油漆來阻止銹蝕。同時某些國際海運集裝箱在轉運的時候常常為了防止病蟲害的擴散,部分國家生產的集裝箱油漆中使用了鉻酸鹽、含磷或含鉛的涂料,因此在轉換成住宅使用時需要鑒別箱體產地來源,對于某些國家生產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多種方式進行精細化的室內設計、適應性的改造和組合,才能滿足不同建筑類型的需求。

3.2 集裝箱建筑適應性功能探索

3.2.1 用于災后應急住房

1. “種子計劃(seed project)”應急住宅

“種子計劃”的目的是尋求用集裝箱這類預制工業產品來建造緊急住房的方式。這項計劃并不僅僅為災民提供寄居的臨時庇護所,而是盡可能保障生活質量,避免了災后長時期生活在條件極端簡陋、不甚安全的帳篷和簡易板房環境中(圖 3.4)。并目標在三周內建成集裝箱應急房屋社區,重建鄰里社區,實現災民對家的期待。

“種子計劃”海地緊急住房建筑,集裝箱房屋,集裝箱活動房,住人集裝箱,集裝箱住宅,集裝箱建筑

圖 3.4 “種子計劃”海地緊急住房建筑

“種子計劃”的研究主要針對加勒比海地區展開。由于加勒比地區經常遭受颶風侵襲,而該地區沿岸大量廢棄的二手集裝箱正巧可以滿足颶風災害頻發地區對住房防水、抗風、堅固性能的需求。由于集裝箱結構整體化特征,使得它在救災建筑的使用方便性大大超過類型其他結構體,可以通過“預制——運達”的方式直接用于災區使用。同時,結構的堅固性特點使得集裝箱緊急住房不但解決了頻繁的災后重建問題,同時也被當地居民長期居住,解決了當地住房緊缺的問題(圖 3.5)。

“種子計劃”應急集裝箱建筑平面圖及剖面圖,集裝箱房屋,集裝箱活動房,住人集裝箱,集裝箱住宅

圖 3.5 “種子計劃”應急集裝箱建筑平面圖及剖面圖

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