當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計策略研究(2)

2013年4月3日

第一章緒論

1.1 研究的對象、背景和意義

在物流領(lǐng)域中流轉(zhuǎn)的集裝箱，長期使用后會產(chǎn)生油漆脫落、箱體銹蝕或變形等損耗，由于針對這些損耗的維修成本較高，造成了每年有大量的集裝箱因箱體的完整性無法達(dá)到運輸業(yè)規(guī)范的要求而“退役”。目前全球流轉(zhuǎn)的集裝箱逾2400萬TEU，每年從運輸業(yè)淘汰的集裝箱逾100萬TEU。這些集裝箱只有少量作為二手集裝箱轉(zhuǎn)賣繼續(xù)用于低標(biāo)準(zhǔn)的運輸，大多數(shù)還是閑置在碼頭，一般的處理方式為回爐煉鋼，但會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。事實上，這些退役集裝箱的主體框架依然良好，如果可以通過轉(zhuǎn)換使用方式將這些廢棄集裝箱應(yīng)用到其他領(lǐng)域，將會產(chǎn)生很好的生態(tài)效益。

此外，運輸業(yè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的節(jié)奏有著緊密的聯(lián)系，集裝箱作為一種服務(wù)于運輸業(yè)的載貨容器，其使用與分布情況受到了東西方貿(mào)易失衡的嚴(yán)重影響。據(jù)統(tǒng)計，每年有大約3億只集裝箱在全球流轉(zhuǎn)，而在這其中有26%是由中國發(fā)出的；2005年從亞洲發(fā)往美國的集裝箱數(shù)量達(dá)1288萬只，而在這其中只有大約454萬只集裝箱返回發(fā)送地，致使800多萬個集裝箱閑置在歐美港口。將這些集裝箱空置運回出發(fā)地需要產(chǎn)生相應(yīng)的運輸成本，而由于全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，使得在某些地區(qū)每運返一個集裝箱所產(chǎn)生的成本比購買一個全新的集裝箱還要多，因此閑置在歐美碼頭的集裝箱有增無減。

所謂集裝箱建筑，就是把回收集裝箱或新集裝箱作為一種建筑組件，應(yīng)用到各種類型的建筑中去，換句話說，就是使用集裝箱建造房屋。通過前述的兩點，可以看出集裝箱建筑是一種很好的廢品回收利用方式，它可以為那些既難找到利用價值又占用堆放場地的閑置集裝箱找到一條新的出路——建筑組件?？梢哉f，集裝箱建筑這種建造體系呼應(yīng)了當(dāng)前全球可持續(xù)發(fā)展這一趨勢。集裝箱具有堅固的結(jié)構(gòu)和完整的形式，能夠滿足各類建筑功能對于形式與結(jié)構(gòu)的要求，將集裝箱作為建筑組件使用，還具有以下優(yōu)點：

1. 建造浪費少。集裝箱房屋與磚混結(jié)構(gòu)房屋相比，磚混結(jié)構(gòu)房屋的施工用水量是集裝箱房屋的30倍，混凝土損耗是50倍，減少施工垃圾和裝修垃圾約99%。

2. 建造成本較低。二手集裝箱的價格較低，如一個40英尺的標(biāo)準(zhǔn)海運集裝箱價格大概為15000元，能提供約29m2的建筑面積。而要獲得相同的面積，磚混建筑的成本價格約為17400元；鋼混建筑的成本價格至少為29000元。使用二手集裝箱的建設(shè)成本是磚混建筑86%，是鋼混建筑的52%。

3. 集裝箱作為建筑組件，其標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，具有清晰的模數(shù)化特征，能夠提高設(shè)計與裝配的效率。

4. 集裝箱的運輸與吊裝十分方便快捷。集裝箱能夠嚴(yán)格適應(yīng)海陸運輸?shù)囊?，且箱體內(nèi)還可裝載其他建筑材料與構(gòu)件；而針對集裝箱吊裝也有非常完備的技術(shù)。因此，使用集裝箱建造體系能大大提升建造速度。

5. 集裝箱的結(jié)構(gòu)整體性好，組成的建筑堅固耐用，安全性高。集裝箱建筑的承重能力達(dá)到1.7噸/平方米，抗風(fēng)性達(dá)到10級，抗震等級8級，即使遇到惡劣自然災(zāi)害，箱體模塊單元也不會發(fā)生粉碎性破壞。

6. 拆除簡單，回收率高。集裝箱建筑的拆卸對比其他結(jié)構(gòu)建筑要簡單許多，且拆卸下來的箱體組件還可以重復(fù)使用，回收率高達(dá)90%，大大減少了建筑垃圾的產(chǎn)生。

7. 有一定的耐久性。許多人認(rèn)為集裝箱建筑只能作為臨時性過渡建筑使用，實際上集裝箱建筑的使用年限可以達(dá)到30年，而通過各種維護(hù)措施，可以將集裝箱建筑的使用年限提升至50年。

當(dāng)然，由于受到箱體結(jié)構(gòu)、材料、形式等多方面的限制，集裝箱建筑也具有一定局限性，將集裝箱作為建筑組件使用，必須解決以下幾個方面的問題：

1. 箱體結(jié)構(gòu)約束了箱體空間的體積、尺寸與形狀，因此集裝箱建筑在空間形式上具有一定的局限性。

2. 箱體金屬外殼保溫、隔熱、防火性能差，需要通過對箱體外殼進(jìn)行改造處理來使集裝箱建筑具有足夠的保溫、隔熱、防火性能。

3. 對吊裝設(shè)備以及公路運輸條件有一定的要求。

4. 作為一種新型建造體系，集裝箱建筑在滿足各地建筑規(guī)范的過程中可能會遇到方方面面的矛盾。此外，不少人可能對這種類型的建筑比較陌生，對集裝箱建筑的接受可能需要一個過程。

集裝箱建筑在建造效率、經(jīng)濟(jì)性以及可持續(xù)性方面的優(yōu)勢使得世界各地出現(xiàn)了越來越多的利用集裝箱作為建筑組件的嘗試，產(chǎn)生了豐富多彩的集裝箱建筑。在這一過程中，開發(fā)方、設(shè)計方與承建方都突破了種種經(jīng)營與技術(shù)局限，開創(chuàng)了各種解決問題的方法，積累了豐富的經(jīng)驗。隨著集裝箱建筑應(yīng)用范圍的擴大與建造手段的拓展，中國也逐漸出現(xiàn)了有專業(yè)的設(shè)計人員參與的集裝箱建筑項目。但從目前的發(fā)展水平來看，中國的建筑設(shè)計從業(yè)人員對這種新型建造體系的了解與認(rèn)識尚不夠全面與深入，國內(nèi)項目的設(shè)計水平不高。

集裝箱建筑既有著自己的優(yōu)勢，也在許多方面具有其局限性。本研究以集裝箱建筑設(shè)計作為研究對象，希望從設(shè)計者的角度出發(fā)，探討集裝箱建筑在功能、結(jié)構(gòu)與形式上的可能性，分析集裝箱建筑設(shè)計中可能遇到的各種問題，并提出相應(yīng)的解決方案，讓國內(nèi)外的建筑設(shè)計從業(yè)人員對這種建造體系的優(yōu)點與缺陷有一個更全面和深入的了解，并掌握集裝箱建筑設(shè)計的基本原理，以提高集裝箱建筑的設(shè)計水平。

1.2 相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

1.2.1 國外針對集裝箱建筑的研究狀況

集裝箱建筑在國外的應(yīng)用已有了一定的時間，各地出現(xiàn)了大量的集裝箱建筑項目。有人收集了這些項目的概況與圖片，并將這些信息整理成書。例如 Jure Kotnik 的《集裝箱建筑》（Container Architecture）就是這樣一本介紹性的著作，書中雖然沒有針對集裝箱建筑的項目開發(fā)、設(shè)計原理或建造策略作抽象的分析與概括，但對在國外出現(xiàn)的一些集裝箱建筑項目作了基本的介紹。

英國布萊頓大學(xué)建造環(huán)境學(xué)院的 J.D.Smith ，在2005年完成了一篇名為“Shipping Containers as Building Components”的學(xué)位論文。論文分析了使用集裝箱作為建筑構(gòu)件的特點與可行性，搜集了英國以及世界上的一些使用集裝箱作為建筑構(gòu)件的工程實例。在集裝箱建筑的應(yīng)用情況方面，作者匯集了一定數(shù)量的案例資料，通過圖表的形式對不同規(guī)格、功能類型的集裝箱在選用基礎(chǔ)類型、與一般建造的結(jié)合程度以及在不同地段的使用情況等方面進(jìn)行了整理與分析。關(guān)于集裝箱建筑在應(yīng)用中所遇到的政策與規(guī)范問題，論文指出，目前英國尚未有專門針對集裝箱建筑的規(guī)范，但作者以英國的普通建筑規(guī)范為例，大致羅列出了集裝箱建筑的設(shè)計與建造過程可能會對應(yīng)到的規(guī)范條款，并從宏觀上提出了應(yīng)對策略。對于集裝箱建筑設(shè)計的深入研究，作者使用一種計算模型測算了標(biāo)準(zhǔn)集裝箱原型與加隔熱層后的U值，根據(jù)結(jié)果提出了幾種構(gòu)造方案，并對比了這些方案中構(gòu)造結(jié)構(gòu)的厚度及其對內(nèi)部空間尺度的影響。文章雖然沒有給出實例應(yīng)用或構(gòu)造詳圖，但提出了使用何種材料與構(gòu)造方式作為防潮、隔熱或隔音層的設(shè)想，并附上了產(chǎn)品說明書。

國外的設(shè)計人員在集裝箱建筑的嘗試與探索中積累了不少寶貴的經(jīng)驗，一些從事集裝箱建筑設(shè)計的機構(gòu)與個人在實踐的基礎(chǔ)上總結(jié)了集裝箱建筑設(shè)計的方法與步驟，出版了一系列指導(dǎo)建筑師進(jìn)行集裝箱建筑設(shè)計的書籍。這類著作包括由 Alastair Gordon 與 Adam Kalkin 等人共同寫作的“Quick Build: Adam Kalkin's ABC of Container Architecture”、由 H.Slawik 寫作的“Container Atlas: A Practical Guide to Container Architecture”以及由 Paul Sawyers 寫作的“Intermodal Shipping Container Small Steel Buildings”等書籍。

可以看到，國外針對集裝箱建筑的研究不僅有概括性的介紹，也出現(xiàn)了較為深入的設(shè)計與建造策略研究，這些研究涉及到了集裝箱建筑的設(shè)計與建造過程中可能碰到的多方面問題。

1.2.2 國內(nèi)針對集裝箱建筑的研究狀況

相對于國外，國內(nèi)針對集裝箱建筑的研究大多數(shù)停留在對概念的解釋以及對現(xiàn)象的觀察上，不少文章從集裝箱建筑的特點與應(yīng)用概況上介紹了這種建造體系。如由天津大學(xué)建筑學(xué)院的貢小雷和張玉坤發(fā)表的文章“集裝箱的建筑改造——一種可持續(xù)建筑的發(fā)展嘗試”，文章概括性地介紹了集裝箱建筑的特點，集裝箱建筑在世界上的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及一些工程實例和先鋒建筑師的嘗試，簡單說明了集裝箱建筑的技術(shù)改造特點，展望了集裝箱建筑在中國的發(fā)展前景。

在設(shè)計研究方面，香港中文大學(xué)建筑學(xué)系的柏庭衛(wèi)、顧大慶、胡佩玲的著作《香港集裝箱建筑》介紹了香港的民間對集裝箱建筑的應(yīng)用。香港繁忙的港口的集裝箱吞吐量居世界之冠，人們利用集裝箱自發(fā)地進(jìn)行了許多建設(shè)，這些在民間廣泛采用集裝箱作為臨時性建筑的做法與其他地區(qū)有很大的不同。作者搜集了大量香港的集裝箱建筑案例，這些沒有建筑師參與的民間建筑展現(xiàn)出了組合上的無限可能性以及簡潔的美學(xué)。在此基礎(chǔ)上，作者對這些案例進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，探究了集裝箱建筑的基本建造原理、組合變化以及形式類型等等。由于書中收集的案例多為臨時性的簡易建筑，因此對細(xì)部構(gòu)造的研究并沒有被納入此書的內(nèi)容當(dāng)中。由于集裝箱建筑在國內(nèi)成規(guī)模的應(yīng)用尚不算多，參與的設(shè)計人員較少，因此目前對此類針對集裝箱建筑設(shè)計方面的研究是比較缺乏的。

在解決集裝箱建筑在建造中所遇到的難題方面，有哈爾濱工業(yè)大學(xué)查曉雄、王璐璐、鐘善桐發(fā)表的文章“構(gòu)建多層集裝箱改造房的方法及確保其安全性實用公式推導(dǎo)”，文章從建筑和結(jié)構(gòu)兩個方面對這一新興的鋼結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行了研究。一方面給出了以常見的用于改造的兩種集裝箱模塊為基礎(chǔ)的建筑組合原則；另一方面通過對集裝箱模塊的合理簡化得出了在建筑理論限定范圍內(nèi)在豎向荷載下隨意搭建的多層集裝箱房屋中任意柱子的軸力計算公式和保證其在水平荷載作用下的穩(wěn)定性的側(cè)移計算公式。

另外，張玉津的兩篇文章：“集裝箱式活動房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計”和“嚴(yán)寒地區(qū)集裝箱式活動房的熱工性能”，針對集裝箱圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能處理進(jìn)行了討論。

從國內(nèi)研究的現(xiàn)狀可以看到，國內(nèi)對于集裝箱建筑的設(shè)計分析較少，缺乏全面、系統(tǒng)的設(shè)計研究。雖然出現(xiàn)了一些針對集裝箱的結(jié)構(gòu)安全以及箱體熱工性能的討論，但目前缺乏將此類建造問題與建筑的功能與形式設(shè)計結(jié)合起來分析的文獻(xiàn)。

相關(guān)內(nèi)容：

當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計策略研究(1)

當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計策略研究(3)

當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計策略研究(4)

當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計策略研究(5)

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