集装箱建筑的模块化设计与低碳模式.doc

集装箱建筑的模块化设计与低碳模式（可能在原文的基础上删掉了些内容，请仔细核对）1 集装箱建筑的特性1. 1 标准性按国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO)第104技术委员会的规定，集装箱应具备：1)能长期地反复使用，具有足够的强度。2)途中转运不用移动箱内货物，就可以直接换装。3) 可以进行快速装卸，并可从一种运输工具直接方便地换装到另一种运输工具。4) 便于货物的装满和卸空。5)具有1m3（即35.32立方英尺)或以上的容积。满足以上述5个条件的大型装货容器才能称为集装箱。集装箱通常由地基梁、顶端框架梁，端墙、角部框架柱、顶倒框架梁、 屋面、侧墙、角部吊装节点等构件组合而成。在一定程度上保证了集装箱建筑在未来建筑发展的工业化和标准化。1.2 安全性集装箱具有坚固、耐用、安全性高的特点。通常40英尺集装箱的顶部、底部和前后侧面的承重能力达1.7t/m2，左右侧面的抗压能力为0.5t/m2，4个角柱的承重能力达到86.4t。横向刚性15.2t，纵向刚性7.6t，其抗压和抗风能力很强。通常情况下集装箱建筑结构较为牢固，同时自身有较好的水密性与防腐蚀性，能够有效保证居住者的安全性。1. 3 环保性首先，集装箱建筑所有的模块化单元都是根据国际标准化生产而成。其组装和安装便捷， 能够有效缩短现场施工周期与提高施工效率，减少对周边的环境污染，属于预制式建筑；其次，与传统建筑材料混凝土相比集装箱建筑的材料主要以钢材木板为主，在集装箱建筑报废后其材料能有效地再利用和回收，减少了碳足迹，属于绿色环保型产业，有利于循环经济的发展。1.4 经济性集装箱在全球范围内应用广泛，作为一种目前最普遍的运输单元，相关的运输和装卸配套设施比较完善。集装箱建筑灵活性强，移动便捷，是临时居住的最佳选择。集装箱建筑搬迁时无需大规模的拆卸，无论是运输，安装还是拆卸都十分方便。这些特点决定了集装箱建筑在人力、物力上显著的经济性。集装箱本身的封闭结构，决定了集装箱建筑对周边环境与配套设施的要求不高，平整的基地即可达到施工要求。有效节约了土地资源。集装箱建筑这些性质可以在很多领域广泛适用，便捷且经济。2 集装箱在建筑模块化设计中的实践“模块化设计”(block-baseddesign)的概念最开始用于机床设计，直到1950年代，欧美一些国家才正式提出“模块化设计”的定义。目前模块化设计的思想已经渗透到如航空、交通、家电、机床、信息等众多领域，其特征表现为系列化、组合化、通用化、标准化。以上模块化设计的4个特征基本为集装箱这种产品所具有的属性，集装箱是存储货物的容器，它本不具有供人居住和使用的条件，但是，如果我们对其略加改造，如在墙面上开门供人出入，开窗以接纳光线和空气，在内部做一些基本的处理，集装箱也可以成为1个单一的使用空间。通常在建筑概念设计或初步设计阶段就基本确定了建筑的整体性能以及造型，也基本决定了集装箱所需的类型和布置方式。集装箱本身是一个模块化的空间单元，同时也是一个结构单元，这是它作为建筑设计手段的一个最基本的特点。其作为结构单元本身就是工业化和标准化的产物，这种工业化，标准化影响到集装箱建筑的“人性化”设计，因而建筑师在考虑集装箱建筑功能和规模时，也要考虑集装箱建筑的细节构造，从而有效地保证集装箱建筑的人性化。通过对LOT-EK：mobile dwelling unit Vernacular Contained 又名香港集装箱建筑、CONTAINER ARCHITECTURE 、 Container Atlas : A Practical Guide to Container Architecture 这4本在集装箱建筑设计领域中最具有代表性的著作中的案例进行解读过程中发现在集装箱建筑设计的实践中，这些建筑通常体现为不同的组合模式。这些组合通常为将集装箱按照一定的原则拼装成一个小型的复合体，其外形多简洁直观。根据不同的建筑的用途因地制宜设计出不同的组合模式以满足对建筑空间、周边氛围的不同需求。其具体的组合原则主要可归类为：排列式、积聚式，单元式、合并式、夹心式、架空式、组合式。2.1 排列式集装箱排列式设计通常是指由4个或4个以上同等规模的集装箱模块，有顺序，有规则地横向排列而成的集装箱建筑物。这种排列方式的集装箱建筑外形简洁，其变化局限于集装箱本身的改造和数量的变化。实例工程如Travelodge集装箱酒店，英国经济型连锁酒店巨头Travelodge集团2005年6月在伦敦西区的欧克斯桥附近建造全球第一家可回收式酒店集装箱式酒店。该酒店建筑设计特点主要以“排列式”的设计方法建设施工，每层楼由4个集装箱模块拼装而成，客房内部全部采用预制构件集成。建筑材料全部使用可以回收再利用的低碳材料。一旦酒店将来需要拆除，用于搭建客房的集装箱经拆卸后都可当作优质钢材加以循环利用，符合环保理念。该酒店的每间客房全部都是由高强度集装箱打造，尺寸比普通标准集装箱略大，系伦敦Verbus Systems公司设计的专利产品。建筑工人在施工时，只需将一个个预制模块化的集装箱由低到高如“堆积木”摆放，再用螺钉彼此拴住。最后，再对酒店的外立面稍加装饰。2. 2 积聚式积聚式是以多种类别或一种的集装箱模块横、竖向交错堆积而成，结合附加结构以及构建产生的集装箱建筑，其整体形态具有不规则性，多样性。这种排列模式可塑造出错落有致，时尚个性的外观及不目的空间效果。可以根据需要设计出露台，覆盖面。实例工程如丹雷文体育馆，这座位于伦敦西南部兰贝斯区的丹雷文南学校新体育馆丹雷文体育馆(Dunraven Sports Hall）被创新、可持续，低碳以及更加醒目等词来形容。此项目是由区政府发起的“为未来建设学校”的计划，由于其创新的设计方式和可持续发展的理念，被正在进行2009年的建筑产业建设奖评选为“最佳小型建设项目”。建筑师SCABAL和他的团队只花费了3个月的时间便把这座8208m3的体育馆建成了，而安装与焊接这些集装箱时间只有3天，建筑内部分为4个大的功能区：体育运动大厅、观赛看台、更衣区以及在2搂的办公区域。建筑师充分挖掘出集装箱自身结构的优点进行改造，让建筑本身的结构成本降低，同时除在整个建筑中使用集装箱本身以外的建筑附属材料大大降低，与传统建筑相比在建造过程中有效地控制了建筑的碳足迹。这个体育馆具有下述的合并式设计的特点，但其外观时尚个性，则为积聚式设计的集装箱建筑的典型代表。2.3 单元式单元式是利用集装箱本身具有的可相互叠加的特点产生不同的形态，例如：两个模块单元相叠加，或两个模块以上相叠加，产生串联式规则以集装箱模块构建成的空间形态。其串联的附件为单边的走道，单边的楼梯以及位于两个单元之间，两边单元可共同使用的内平台。这种单元式设计的优势在于，各个单元互相独立，一个单元空间即可为一个用途空间。实例工程如曼塞尔街社区服务中心，曼赛尔街社区服务中心(Mansell Street Community Centre)由伦敦地铁公司委托，曼塞尔街社区中心是在城市密集区狭窄而非常不规则的基地上设计施工完成的项目。项目过程中使用的集装箱预制容器为8个所创造出了3个功能区面积共250m2左右，其用途主要以社区服务以及托儿所为主。建造过程中通过使用起重机起吊集装箱预制构件仅花费了一天的时间，其中两个预制集装箱内部包含着各自的独立功能空间单位可以完全被拆卸，以便在完成该地的工作以后，如果需要可以非常简单快捷地转移它。目前，曼塞尔街社区服务中心并不仅仅是一个建筑灵活性的成功典范，对于当地居民来说，也是一种具有趣味的共享社会资源。2.4 合并式合并式是指将两个或两个以上并列的集装箱模块横向合并成一个大的集装箱模块空间，实现合并的方法是将其之间对接的端墙面卸去。实例工程如莫珀斯学校教室，莫珀斯学校教室(Morpeth School Classrooms)是由莫珀斯学校直接委托都市空间规划组织(Urban Space Management)2007年进行设计与建造的项目，项目将教室节省下来的公共空间，建成了超过2500m2的以人行道相连的极有价值的额外空间。项目位于学校操场内，建造至少节省了半个学期的时间，对学生们的学习与生活的负面影响降低到最小化。集装箱教室只花费了4个工作日就完成了4间教室的安装与组台，建筑师考虑到外立面应该漆成热情活力的红色，能够激发出孩子们在学习与生活中有创意的天性。此项目又一次证明集装箱建筑在校园建筑设计中优势，为集装箱进入新的功能领域提供了实践依据。合并式设计方法使得集装建筑突破了空间的限制，灵活的根据校园建筑的需求分配空间，在校园建筑的使用上优势明显。2.5 夹心式夹心式是指将集装箱模块分开排列，在中间留出一部分公共的空间即为夹心空间，再在夹心空间上部以大屋顶覆盖而形成的集装箱建筑。实例工程如Adriance住宅，建筑师adam kalkin将12个集装箱放置在一个大屋顶之下来建造位于缅因州的adriance住宅。集装箱在其中除了具有空间属性的同时还分担了一部分支撑结构的任务，建筑外部以一个光滑的玻璃结构包裹。建筑的首层功能布置以敞开式的厨房和客厅为主，其次两个钢楼梯则通向2楼的卧室。所有的集装箱所占用的建筑面积将近360m2左右，较高的开放式车库的设计，将居住空间有机的与户外空间相连接起来，为家庭成员提供了开阔的公共活动空间。2.6 架空式架空式最显著的特点是集装箱模块与楼梯及楼梯平台、挑廊，阳台等结构之间的不同组合形态。这些不同组合的共同之处在于，它们均选择了以独立框架支撑集装箱模块，其集装箱建筑中楼梯、阳台、挑廊之间的开放交相呼应。实例工程如Puma营销店，在20082009年沃尔沃环球帆船赛期间来自纽约的建筑团队LOT-EK和Puma公司的员工联合创作的Puma营销店，它是由24个70英尺集装箱自由组合而成的可移动的大规模的空间规划。整个营销店交错的堆叠的红色集装箱呈现出虚实的多变光学美感。建筑外立面以红色外加巨型Puma标志呈现出品牌形象；集装箱组合后的内部空间简洁明快、分配均匀和谐，营销店内部面积达11000m2，共有3层空间，第1层为销售区，第2层为办公与存储区，第3层为休闲娱乐区。其设计中点晴之笔在于落地窗的使用，有效的导引自然光线进入，让隐蔽的空间变得明亮，产生整体的时尚感。2.7 组合式组合式也可称为混搭式，以上的各种空间形态中的两种或两种以上的形式共存在一个整体之中，在一个组合式集装箱建筑，我们可以看到架空式的灵活，可以看到夹心式的随性，也可以将合并式建筑的宽敞和单元式的规则熔于一炉。实例工程如英国集装箱城二期，英国集装箱箱二期(Container City ll)是由继英国都市空间规划组织(Irban Space Management)在2001年建成了位于伦敦码头区的“集装箱城一期”（Container City l)后。为了再次满足该地区人们对环保材料建成的房屋非常迫切的需求，于2002年又紧邻一期修建了英国集装箱城二期。在此项目中建筑师尼古拉斯雷希大概使用了30个集装箱作为建筑组合的容器，没有拘泥于将单个集装箱建成单个房屋的固有理念。在与团队的大胆创新之下，将集装箱灵活组合建成了更具有实用价值的生活和工作的趣味性场所。建筑层数共有5层和22个房间提供人们居住，建筑组合安装工期大概为8天左右。相对于一期，二期是一个更加时髦的金字塔形状，同时采用了许多鲜艳的色彩，以此来反映在这里生活与工作的是具有创造性天赋的人。3 集装箱建筑对我国低碳建筑发展模式的启示3.1 集装箱建筑与传统建筑施工的比较随着全球不断恶化的环境陆陆续续的出现、节能、环保、绿色，可持续发展的方向已经成为文明国家的发展标准，在欧洲这种现象尤为突出，根据英国权威杂志New Civil engineer杂志报道分忻，1栋传统建筑在施工过程中碳排放量通常来源于以下14个方面：1)屋顶施工过程0.9%；2)自然通风设备使用部分10.7；3)外立面施工过程8.4；4)建筑施工材料运输过程部分1.8%：5)施工过程电梯使用部分1.2；6)建筑施工材料的浪费部分2.1；7)柴油机机器及办公室电器使用部分5.2；8)墙体和隔间施工部分2.1：9)建筑施工过程现场调度室电器使用部分4.2；10)活动地板施工过程4.6；11)混凝土墙体施工18；12)钢筋结构的使用部分35；13)建筑基础施工部分4.1；14)不可估计2碳排放量。通过与Trovelodge集团正在伦敦建造全球第一家可回收式集装箱酒店的施工过程对比后，可以发现首先在集装箱建筑施工过程中：1)建筑结构主体为钢结构，是可回收再利用材料：2)其内部空间主要以预制好的集装箱空间为主大大降低了二次装饰施工的浪费；3)在施工材料的运输过程中有效节省了人力、物力、以及减少了对周边环境的噪声与灰尘污染：4）有效缩短了建筑施工时间，减少了建筑基础部分和外立面的施工过程。通过与传统施工过程的碳排放量分析图对比后发现可以有效减少35.4左右的碳排放量。其次在自身条件方面：1)集装箱在运输方便，可以快速更换施工地点：2)集装箱自身材料全部为钢质组成，坚固耐用具有很强的抗震和抗压性；3)集装箱在性能上具有良好的密封性，和严格的制造工艺；4)由于集装箱的模块性可以根据不同的功能衍生出不同组合空间，如办公空间、居住空间、营救空间等；5)集装箱建筑拆装方便，稳定牢固，防水、防火、防腐，重量较轻。集装箱建筑一般为整体结构，内有框架，墙体为钢板，可用木板和泡沫板装饰内部来达到保温隔热的效果，通常集装箱建筑使用寿命可以达到20年以上。3.2 集装箱建筑的可持续应用3.2.1城市保障性住房随着我国工业化社会进程和市场经济改革的加快，“城市化”进程也在加快，越来越多的人发现：住房是他们人生中遇到的最大问题之一。“衣食住行”之“住”既是人们生存的根本条件，又是人们一生中最大的生活目标，是幸福生活的保证。然而城市高昂的房价令城市低收入群体“望房兴叹”，他们多么希望有自己的住处。而集装箱住房的出现让我们重新有希望去面对城市中高额的房价。集装箱建筑不像传统建筑形式，它不需要建筑模板，也无需脚手架，更不会造成大量的建筑垃圾，可以像生产汽车一样去生产住房。有效节省劳动力，更节省时间和金钱，也满足建筑节能要求，又能解决城市中高房价的问题。在深训集装箱住房900元m2左右。大多数低收入群体还是能够支付得起，因此集装箱住房是解决城市低收入群体住房问题的有效途径。深圳有外来务工人员租住集装箱住房，每个集装箱住房租金每天6元，而购买集装箱住房(约13m2）是每个1.2万元左右。集装箱建筑正在引发一场住宅效率的革命。3.2.2灾后重建由于我国是自然灾害大国，每年都会面对各种各样的自然灾害，如地震、干旱、洪水等，如何有效快速地给受灾群众及救灾人员提供住处是灾害重建工作的关键所在。集装箱建筑具有现成的单元式模块，为临时建筑提供了最简单可靠空间环境；集装箱可以尽可能的重复使用。在城市重建完成之时，集装箱建筑中的居民重返家园之后，集装箱可以有效的二次回收，不会造成资源上的浪费。此外，由于集装箱的尺寸规格是国际统一标准，而无需再次制定相应的规范和技术设备支持。如集装箱巨头丹麦马士基集团将52个远洋集装箱进行特殊加工和改造，制成了两座均为两层的教学楼，并将其赠送给了绵阳地震灾。“集装箱学校”坐落在绵阳六中原址之上。