集装箱建筑适应性设计与建造研究(11)

2013年6月22日

普通传统建筑拆除后可重复利用的建筑材料一般为钢筋、粘土砖、铝合金门窗框、木材、玻璃等，而混凝土、破损砌块等等海量建筑材料及内部装修材料都被当作固体垃圾被废弃。在我国建筑寿命普遍只有三十年的情况下，大量建筑需要拆除重建，建筑材料无法重复性使用，浪费率高得惊人。而使用集装箱建筑，由于其固有属性使得其重复利用率得到极大的提升。首先集装箱本身就是一个单独的结构体且便于运输。可以避免因为主体结构的结构体需要拆除而致使内部装修被拆毁，独立完整的结构体可以再次乃至反复使用。其次集装箱用于建筑，其本身材料就为钢材，在国内有着大量的回收机构回收废旧金属，可以保证这种建筑材料被当作垃圾丢弃的情况不会发生。

因此对淘汰二手集装箱的建筑再利用，就是利用箱体材料及内部空间，通过组合构成、使用附加结构增强其适应性。并在改造中对内部进行整修，并增添设施、改善性能，使之成为可以达到良好使用条件的居住空间或办公场所。

3.1.3 旧集装箱改造建筑的低碳可持续理论依据

对废旧二手集装箱改造建筑进行全生命周期能源消耗分析，首先要将集装箱与其他结构建筑进行对比，而钢筋混凝土、集装箱、木材三种结构形式是最常见的建筑结构形式。“Sustainability in prefabricated architecture——A comparative life cycle analysis of container architecture for residential structures ”研究论文对这三种结构建筑的全生命周期碳排放进行了案例分析。文中显示集装箱、混凝土、木材三种结构的建筑在建造过程中排放的二氧化碳分别如表3.3所示：

表 3.3 集装箱建筑、混凝土建筑、木材建筑全生命周期二氧化碳排放表

	集装箱建筑	混凝土建筑	木材建筑
原材料制造阶段阶段CO2排放	1955 kg/m²	335 kg/m²	84 kg/m²
围护与保养阶段CO2排放	201 kg/m²	194 kg/m²	116 kg/m²
运营使用阶段CO2排放	2559 kg/m²	1914 kg/m²	1780 kg/m²
废弃物处理阶段CO2排放	174 kg/m²	1355 kg/m²	245 kg/m²
100年全生命周期CO2排放合计	4889 kg/m²	3797 kg/m²	2225 kg/m²
排除集装箱初次制造阶段后的CO2排放	2943 kg/m²	3797 kg/m²	2225 kg/m²

依据表格可以发现，集装箱建筑从全生命周期来看会消耗更多的能源、排放出更多的二氧化碳。归咎来说，集装箱箱体这种钢质材料较之混凝土、木材在从原材料到成品建材的金属冶炼过程中会消耗更多能源，而在保养与围护、运营使用两个阶段基本与另两种材料持平，而在废弃物处理阶段对混凝土结构则有非常明显的优势。

由于集装箱并非是一种专用建筑材料，集装箱建筑（即集装箱改造建筑）大多是在利用集装箱箱体作为废弃物在建筑设计上的再次利用。因此在排除集装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别为：2943 kg/m²，3797 kg/m²，2225 kg/m²（图 3.3）。可以看出三种结构的建筑在全生命周期二氧化碳的排放量从小到大依次为：木材结构建筑<旧集装箱改造建筑<混凝土建筑。

集装箱建筑、混凝土建筑、木材建筑生命周期不同阶段二氧化碳

图 3.3 集装箱建筑、混凝土建筑、木材建筑生命周期不同阶段二氧化碳

这说明，使用定制的新制集装箱箱体进行房屋的建造并不是一项节约能源环保可持续的方式，只有当集装箱在退出物流流通领域之后作为废弃物在建筑领域进行再次利用，才能体现出集装箱建筑节能可持续的价值。这是一条重要的结论，指导我们必须要循环再利用废旧箱体而不要用使用崭新的定制箱体作为集装箱建筑的箱体材料，否则就失去了环保可持续的意义。

依据上文数据统计，每当对一个20英尺的废旧二手集装箱进行建筑再利用，便可相对混凝土建筑在生命周期内减少12吨二氧化碳排放，并可减少耗水2.2立方、省电3.7度、节约1.7吨钢材和0.4立方米木材。

3.1.4 集装箱改造建筑的制约因素

虽然以集装箱为载体的集装箱改造建筑较之传统建筑结构类型具有很多优势，但由于其箱体结构的先天制约，使得集装箱建筑在建造过程中必须加以改造和处理才能加以利用。

首先，由于集装箱箱体空间的限制，每个标准单元室内改造后的宽度约为2.34米，高度2.38米，长度5.9米至11.9米，可以使用的净空间较为局促。室内高度偏低使得集装箱单元体的使用多局限在住宅类建筑上，例如各类旅馆、房屋、宿舍，集装箱的室内布局、功能扩展受到很大制约。同时装配组合式集装箱建筑在实际使用过程中，堆积高度不能过高以防止失稳，并且这种类型建筑的结构设计缺乏相关法律法规的约束，这对集装箱组合式建筑的发展也起到了限制作用。

其次，由于集装箱材料受本身金属结构物理特性的影响，热传导能力强，保温隔热性能差，使得室内热环境不稳定，需要另外设置保温隔热层才能有效控制室内热环境，并在南方地区需要对集装箱箱体进行遮阳处理；另外由于金属材质的使用，箱体容易锈蚀，需要为集装箱涂刷防锈油漆来阻止锈蚀。同时某些国际海运集装箱在转运的时候常常为了防止病虫害的扩散，部分国家生产的集装箱油漆中使用了铬酸盐、含磷或含铅的涂料，因此在转换成住宅使用时需要鉴别箱体产地来源，对于某些国家生产的集装箱将原箱体的残余油漆打磨掉才能安全使用。

因此，集装箱建筑只有通过多种方式进行精细化的室内设计、适应性的改造和组合，才能满足不同建筑类型的需求。

3.2 集装箱建筑适应性功能探索

3.2.1 用于灾后应急住房

1. “种子计划（seed project）”应急住宅

“种子计划”的目的是寻求用集装箱这类预制工业产品来建造紧急住房的方式。这项计划并不仅仅为灾民提供寄居的临时庇护所，而是尽可能保障生活质量，避免了灾后长时期生活在条件极端简陋、不甚安全的帐篷和简易板房环境中（图 3.4）。并目标在三周内建成集装箱应急房屋社区，重建邻里社区，实现灾民对家的期待。

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图 3.4 “种子计划”海地紧急住房建筑

“种子计划”的研究主要针对加勒比海地区展开。由于加勒比地区经常遭受飓风侵袭，而该地区沿岸大量废弃的二手集装箱正巧可以满足飓风灾害频发地区对住房防水、抗风、坚固性能的需求。由于集装箱结构整体化特征，使得它在救灾建筑的使用方便性大大超过类型其他结构体，可以通过“预制——运达”的方式直接用于灾区使用。同时，结构的坚固性特点使得集装箱紧急住房不但解决了频繁的灾后重建问题，同时也被当地居民长期居住，解决了当地住房紧缺的问题（图 3.5）。

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图 3.5 “种子计划”应急集装箱建筑平面图及剖面图