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            行業動態

            可持續發展的國內集裝箱建筑應用探究

            點擊數:8102017-05-04 15:03:47

            摘要: 在國外,集裝箱建筑應用比較廣泛,國內研究和應用則相對較少。在目前世界所倡導的低碳經濟發展的道路上,在對建筑材料如何降低碳排放的探索過程中,用集裝箱改造的建筑設計無疑是一種新的思路。本文依托集裝箱改造的建筑設計理念,結合可持續發展建筑的“節能”和“低碳”要求,以國外應用的典型實例論述了以集裝箱為建筑設計的元素,探討用集裝箱做建筑主材,利用集裝箱建筑的低成本、可移動和標準化設計,探討其在建筑領域的應用,希望能為低碳建筑的發展提供思路和啟發。

            關鍵詞:可持續發展,集裝箱,建筑,應用

            概 述

            二氧化碳的過多排放導致全球氣候逐年變暖,而全球氣候的變暖對整個人類的生存和發展產生了嚴重威脅。城市里的碳排放60%來源于建筑,因此,在世界所倡導的低碳發展道路上,建筑的“節能”和“低碳”注定成為繞不開的話題。在對建筑材料如何降低碳排放的探索過程中,以可回收的鋼材為主材的集裝箱改造的建筑成為了歐美建筑界的新寵兒。同時集裝箱建筑具有模塊化、工業化、經濟、可循環利用、易安裝拆卸、堅固耐用等諸多特點,可以充分應用在建筑的各個領域,可以說是實現低碳建筑目標的一劑良方。

            集裝箱是采用鋼材制造的大型裝貨容器,1921年最早出現在美國紐約鐵路運輸總公司。到今天,集裝箱運輸已經成為了世界經濟的生命線,每年有約3億只集裝箱在全球流轉,其中26%是從中國發出的。據《日本經濟新聞》報道,2005年亞洲地區發往美國的集裝箱數為1288萬,而返回數為454萬,這導致歐美港口的空箱堆積如山。根據國際海運規定,集裝箱使用10年后強制退役,這些到期的集裝箱只有少量經過檢驗合格后繼續用于運輸,大多數還是閑置在碼頭,待碼頭上的集裝箱堆積過多時,就要被處理掉,一般的處理方式就是回爐煉鋼,而集裝箱制造業本身就是個高能耗,高污染的產業,回爐的過程中會產生大量的二氧化碳,造成嚴重的環境污染。

            實際上,到期的集裝箱并不代表不能使用,只是為了保證運輸絕對的安全性而強制退役。于是,將舊二手集裝箱改造為建筑也就成為解決該問題的有效嘗試。在最初的集裝箱建筑應用中,集裝箱建筑多出現在緊鄰集裝箱碼頭的建設工地,用于建造辦公室、食堂、宿舍等臨時建筑。這一階段的箱體改造往往因陋就簡,僅添加門窗、鋪設地板等滿足基本功能需求。隨著時間的推移,集裝箱建筑以其自身特點,越來越具設計內涵和美感,也吸引了更多設計師的關注。

            1.集裝箱建筑的特點

            集裝箱改造為建筑擁有天然優勢,箱體要承擔沉重貨物并可堆放6~8層,其結構強度約為1.7t/m2,遠高于建筑荷載要求的0.25t/m2,因而穩定牢固。同時,由于集裝箱本身的密封性能好,因而其防水防火防腐性能極好,并具有很強的抗震、抗變形能力。除了集裝箱本身帶來的優異性能,集裝箱建筑還具有如下優點:

            (1)適應模塊化、工業化要求

            集裝箱有標準尺寸,常見的有2種,如表1所示。

            表1集裝箱標準參數

            集裝箱 外部尺寸 內部尺寸 面積 集裝箱自重 集裝箱可裝載重量
            類型 (單位mm) (單位mm) (單位m2) (單位kg) (單位kg)
            大集裝箱 長:12192 長:12032 29.72 2200 21800
            寬:2438 寬:2350
            高:2591 高:2390
            小集裝箱 長:6058 長:5898 14.77 3800 26680
            寬:2438 寬:2350
            高:2591 高:2390

            集裝箱的標準尺寸適應了形成模塊化、工業化的要求,形式可以自由組合,創造多樣化的組合模式。同時可以利用此特點組織標準化設計,減少制作工序,取得更大的經濟效益。

            (2)經濟與資源循環利用

            一個長12m的大集裝箱面積為29m2,二手產品的價格約為15000元,相同面積的磚混建筑的成本價格為600~800元/m2,29m2為17400~23200元;鋼混建筑的成本價格至少為1000元/m2,29m2的建筑面積其成本為29000元;使用二手集裝箱的建設成本是磚混建筑面積的64%~86%之間,是鋼混建筑的52%,在建筑經濟性方面具有的明顯優勢。經濟性的另一方面體現在資源的循環利用,將廢棄的二手集裝箱當做鋼材回收利用,不產生建筑垃圾,不污染環境,充分利用資源,體現了環保理念,也實現低碳建筑的要求。

            (3)施工簡便、周期短、拆裝和遷移方便

            集裝箱建筑的安裝極為簡便,就像搭積木一樣,通過鋼構件將每個集裝箱牢固地連接在一起。與傳統建造磚混結構房屋的方式相比,可減少施工用水量、混凝土損耗約60%,減少施工垃圾和裝修垃圾約70%,施工周期縮短40%以上,節能約50%,減少城市噪音污染和粉塵污染,整體生產效率提高約2~3倍。此外,集裝箱建筑為整體結構,墻體為鋼板,可以非常方便的進行拆裝和遷移。

            當然,集裝箱也存在一些不適合居住的缺點:如金屬材質導熱快,易銹蝕,需要在技術改造中著重墻體的保溫、隔熱和防銹。這些集裝箱本身帶來的技術問題可以通過如涂刷防銹油漆、在室內制作隔熱、保溫層來解決。

            2.集裝箱建筑改造在國內外的應用探討

            在國外,集裝箱建筑應用比較廣泛,國內研究和應用則相對較少。參照國外集裝箱建筑的應用,國內集裝箱建筑改造在國內的應用應集中在如下方面:

            (1)災后臨時安置房

            集裝箱作為安置房,一方面可以將救災物資裝于集裝箱內運送,一方面待將箱內貨物卸載,集裝箱可以改造成臨時居所,兼顧救災物資運輸和災民臨時居住兩大功能。

            在現實應用方面,2008年10月21日,在“5?12汶川地震”中坍塌的綿陽六中校舍原址之上,一座由52個集裝箱經過改造而成的亞洲最大的集裝箱學校落成并交付使用。每個集裝箱長12.5m,寬和高都是2.5m,52個集裝箱經過切割、拼裝、加固,共做成了26間面積相同的房間,每間房由兩個集裝箱做成,共62m2。針對災區重建的特點,集裝箱校舍從選型、設計、規劃、生產、運輸組裝到建成使用,僅用了8周時間。新校舍具有良好抗震、抗風、防火的性能,其良好的防寒、隔熱性保證了校舍的安全及舒適。為確保安全,所有的墻體和地面的木板與金屬外殼間還加入了防火隔熱材料。同時,集裝箱和木地板連接成了一個整體,由于其材料的特殊性和輕巧,因此在地震等自然災害發生時,可以最大限度地減輕對師生的危害(見圖1)。教室使用壽命可達到15~20年,并可回收再利用,不產生環境污染。這給了人們一個啟示:集裝箱不僅可以搭建災區學校,也可以應用于災區住宅、戰時醫院等方向,其中的設備擺放按標準化設計,災情發生后,可以由多種途徑快速將集裝箱住宅、醫院等送至災區,快速搭建展開救援,這樣人員傷亡可以更少,救災工作會更加從容。

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            圖1 綿陽六中集裝箱學校

            (2)集裝箱學生公寓

            對于學校,每年入學的學生人數無法準確估量,或增多或減少,如果增建更多的磚混校舍,在學生人數減少的情況下便會閑置。既造成資源的浪費,同時又占用了大量的土地,那么用集裝箱房就可以很好地解決此問題。

            在實例方面珠海城職院近日建成全國首個1萬m2集裝箱學生公寓,用于解決隨著招生規模擴大,學生宿舍及辦公等辦學基礎條件嚴重不足的問題。公寓從外觀上看與普通的磚混結構房屋沒什么區別,粉刷成乳白色的公寓配著暗紅色飛起的屋檐,每個房間外都有一個獨立的小陽臺(見圖2)。該公寓采用國際標準集裝箱,具有很高的強度,承重能力達到1.7噸/m2,抗風性達到了傳統磚混結構房屋的10級要求;抗震性超過了傳統磚混結構房屋的7級,達到了8級;即使遇到惡劣自然災害,集裝箱房屋這種獨立式模塊化單元也不會發生粉碎性破壞,極大程度上保障學生人身安全。

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            圖2 珠海集裝箱學生公寓

            公寓每間房間15平方米,可容納兩個人居住,每個房間都有獨立的洗手間,洗浴設施齊全。此外,集裝箱學生公寓樓的水電系統采用的是節能水閥和太陽能系統,過道上的路燈也將利用風能與太陽能發電;學生屋內的供熱則采取空氣能,可節能50%。這種新型學生公寓還能減少大量建筑垃圾和裝修垃圾。搭建集裝箱學生公寓用水量僅為磚混結構的1/30,混凝土損耗僅為1/50,建筑垃圾減少99%左右。集裝箱學生公寓不僅能夠解決實用問題,而且在低碳、環保、節能、安全性和循環經濟發展上獨具特色。

            (3)品牌概念店

            集裝箱房屋既具有易裝易拆、移動方便、牢固等優點,而且在時尚個性上也能充分發揮其所長。蘇黎世FREITAG旗艦店就是其中的典型代表(見圖3)。FREITAG蘇黎世旗艦店由十七個報廢的二手集裝箱經過加固、切割、焊接和組裝組合而成。該建筑如同一座高大的藝術品矗立在蘇黎世城市邊緣的高速公路附近。因其獨一無二的設計創意和FREITAG絕對環保而時尚的產品品牌,使該建筑成為了蘇黎世城市的標志,到蘇黎世的旅游者大都會光顧此店。

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            圖3 蘇黎世FREITAG旗艦店

            該建筑內部空間比較簡單,中間九個集裝箱為樓梯,解決垂直交通問題。南向四個集裝箱組合一起形成兩層高的產品展示廳兼門廳和服務臺。北端四個垂直累積的集裝箱為一、二、三、四層的產品展示間,該展示間臨街面將集裝箱打通,安裝整塊透明玻璃解決室內的開光。五到八層為登頂樓梯,九層為屋頂瞭望平臺。FREITAG集裝箱建筑因尊重周邊整體的環境和場所文脈而獲得德國設計大獎。蘇黎世FREITAG的旗艦店因其創新加環保設計理念,甚至被專家們認為是世界上最為精彩的六個商店之一。

            (4)公共類建筑

            國外集裝箱建筑不僅涉及住宅、商業領域等領域,而且被應用于公共建筑的改造。與傳統建筑形式相比,集裝箱建筑的最大優勢就是可遷移。局部需更新改造時,可用新箱體替換,需移走拆除時可很方便地整體拆解并異地重建,而且集裝箱有全球統一標準,可以實現了全球標準化設計和施工,成熟的全球集裝箱運輸網絡與集裝箱機械連接方式也保證了集裝箱建筑可不斷異地重建。

            中國的近鄰國日本,由建筑師坂茂設計的世界上最大的移動博物館——游牧博物館就是一個集裝箱公共建筑應用的典范(見圖4)。該建筑是一個由152個二手集裝箱搭建而成的可移動的建筑,其最大的特點是全部建筑材料均為再生資源,立柱和屋頂分別使用了廢卷紙和乙烯材料。游牧博物館本身就是一個藝術品,又是一個可以遷徙的藝術展廳。

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            圖4 游牧博物館

            游牧博物館先后到訪美國紐約,日本東京,墨西哥等國。游牧博物館依靠全球標準化集裝箱實現其可持續性,每到一個地方僅運輸37個必備集裝箱和輕質結構材料,外墻就地取材,由到訪城市提供的廢舊二手集裝箱交錯堆放??諜n處斜拉織布材料,棋盤式的日景落影呈現強烈的明暗對比。租借的箱體沒有粉刷的必要,外觀上保留了略帶污演的金屬壁板和各類商標圖案。雖然細節粗糙,但整體效果的壯觀恰恰能暗示舊二手集裝箱的涅架重生。大部分墻體所需箱體都可以在碼頭現場選擇,并且每次重新搭建都會受場地、材料影響而改變外觀,但博物館延續歷史的精神內涵卻始終如一。

            (5)經濟型酒店

            近10年內集裝箱居住建筑逐步由個性化設計走向專業化體系。集裝箱建酒店可謂一種新的“住宿革命”,2008年Travelodge集團在英國倫敦建造全球第一家可回收式集裝箱酒店(見圖5)。其采用集裝箱打造酒店主體,靠螺栓鉚接在一起,方便未來整體拆卸加以利用。酒店客房為特制集裝箱尺寸為5m×3m和6m×3.5m。酒店施工比傳統周期縮短25%成本減少10%,不僅節約了成本、提高了速度,而且最大程度上減少了對環境的破壞。

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            圖5 集裝箱酒店

            (6)保障性住宅

            目前走出蝸居,保障性住房成為最重要的民生議題之一,《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》提出:我國今年將建設1000萬套保障性住房和棚戶區改造住房,并計劃整個“十二五”期間建設3600萬套保障性住房,使保障性住房的覆蓋率達到20%。而在現實中,保障房存在著嚴重資金和各地區間不同的成本控制問題,集裝箱住宅則可以其低成本及模塊化特點很好的解決這些問題。其一,成本低廉,一個集裝箱尺寸是6m×2.4m×2.6m,裝修后套內面積約13m2,每個集裝箱9000~1.5萬元左右,約900元/m2;其二,集裝箱住宅可以工廠生產,模塊化建造,時間短,而又低碳環保。

            在國內,集裝箱住宅也有一定程度的應用,但是多是工廠宿舍和廉價、簡陋的住房。在深圳甚至出現了每個集裝箱房屋每天6元的外來務工人員租住集裝箱房屋。集裝箱建住宅在國內甚至成為了廉價、簡陋住房的代名詞(見圖6)。

            國內廉價、簡陋的集裝箱房屋,集裝箱建筑,集裝箱房屋,集裝箱活動房,集裝箱住宅,住人集裝箱,二手集裝箱

            圖6 國內廉價、簡陋的集裝箱房屋

            集裝箱住宅居住起來是否舒適方便?是否安全?其實,用集裝箱建住宅只要合理地改造同樣舒適耐用。2001年英國城市空間管理公司在倫敦泰晤士河附近完成“集裝箱城”項目(見圖7)。集裝箱箱體交錯搭接,采用紅黃白等幾種純色,立面延續了圓窗風格。這是新世紀第一個用集裝箱建造集合住宅的案例,因成本低廉而適合中低收入群體居住,一套住宅的月租金僅100英鎊。美國ICGreen公司以集裝箱住宅為主打產品,推出了各種住宅及不同戶型,全部采用6m標準集裝箱進行組合??蛻暨x擇后預制化生產,在工廠加工完成后,由貨車送到目的地再進行裝配保證了大規模、高質量的快速生產,減少了傳統現場作業的環境污染。類似這樣的專業化公司在美國不斷涌現:如邏輯家公司推出的集裝箱與其他結構混合型的住宅、HybirdSeattle公司推出的“Cargotecture”住宅體系等。與初期的個性化設計不同,專業化的集裝箱住宅公司不再受限于某一特定客戶或特定地點,主要考慮消費群體的共同需求而制定住宅設計方案(見圖8)。為減少生產成本、謀求競爭力,各公司首先制定一個住宅范式再由此衍生多種類型供客戶選擇。隨著大眾對此類住宅的逐步接受,其審美標準也從粗糙走向精致,廢舊箱體被粉刷一新或被其他材料包襄。2007年,美國建筑師彼得?迪馬利亞(PeterDemaria)在留東多海岸住宅設計中將廢舊箱體與傳統木結構結合建造出獨具特色的高檔別里獲得當年美國AIA建筑改造設計獎,這標志著集裝箱建筑已獲得專業領域的高度認可。

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            圖7 集裝箱城

            根據客戶需要定制的各種住宅設計方案,集裝箱建筑,集裝箱房屋,集裝箱活動房,集裝箱住宅,住人集裝箱,二手集裝箱

            圖8 根據客戶需要定制的各種住宅設計方案

            3.集裝箱建筑展望

            集裝箱房屋堅固、隔熱、防風、防震、防潮、防水、節能減排、環保、低碳、經濟實惠等特點,都可以充分地說明集裝箱完全可以為可持續低碳建筑發展提供了一個嶄新思路。集裝箱建筑存在和發展的意義不僅在于可以完成對建筑、環境本身的空間營造和表達,也體現了資源的循環利用建設節約型社會發展趨勢的應對策略,為社會的可持續發展做出貢獻。

            全球每年約有30萬個廢舊二手集裝箱被用于建造成集裝箱房屋,建筑面積超過50萬m2,可以不夸張的說,集裝箱建筑正在引發一場建筑效率的革命。中國擁有成熟的集裝箱制造及相關產業,很多的國外的集裝箱建筑都由中國制造。2008年中集集團集裝箱房屋業務年產值約1億美元,建筑面積約10萬m2,已經形成了成熟的產品設計、開發制造到安裝等項目整體解決方案供應能力;并且在2009年底成立了以房地產業務為主的集裝箱房屋地產公司。中國對于集裝箱建筑改造的過硬技術保障和低廉產品價格完全可以為中國集裝箱建筑的全面發展提供良好的基礎,進一步加強對于集裝箱建筑改造的研究,中國就能在集裝箱建筑改造領域得到更為廣闊的發展平臺。

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