集裝箱建筑適應性設計與建造研究(4)

2013年6月15日

第 1 章緒論

1.1 選題背景及意義

1.1.1 選題背景

我國是集裝箱生產第一大國，生產能力已經達到每年580萬TEU（國際標準箱單位，以20英尺箱體容積為計量單位），全世界96％以上的新造集裝箱由我國生產。同時，我國也是集裝箱淘汰大國，累計有約120萬個集裝箱在中國被淘汰出貨運業，并且每年在國內淘汰出貨運業的集裝箱多達30萬個。如果將其全部改造加以利用，那么每年可以建造出近450萬平方米建筑面積的集裝箱建筑物。由于集裝箱大修成本很高，一般正常工作10年之后就會出現結構及圍護鋼板銹蝕強度降低的問題，不適合再作為運輸集裝箱使用。對舊集裝箱的處理方法一般為閑置在碼頭任由銹蝕或者將其回爐煉鋼，這樣的處理方式既不經濟也不環保。如何對從運輸業淘汰下的集裝箱進行再利用逐漸成為一項社會問題。

與此同時，隨著經濟和社會的不斷發展，各種新興建筑類型的需求不斷涌現，半永久性建筑、快速建造建筑、臨時性建筑、可移動建筑等等具有特殊要求的建筑建造和設計研究卻未跟得上需求的發展。隨處可見的簡易板房、彩鋼房、臨時性磚房往往由使用者自行建造，由此導致的安全性差，衛生條件落后，在城市中往往與低劣的居住環境劃上等號。而集裝箱則擁有現成的內部空間，并有著堅固、方便轉運、價格低廉、可重復性使用等等優勢，為這類建筑的發展提供了現成的內部空間、建筑材料和發展思路。

舊集裝箱用于建筑設計并不是一個陌生的課題。在國外特別是荷蘭、美國、日本這類海運集裝箱存量特別大的國家，對集裝箱建筑的改造設計有著豐富的經驗。不僅僅在港口城市，由于集裝箱可以極為方便的通過鐵路、卡車轉運至內陸城市，在遠離港口的內陸地區也有眾多成熟案例。集裝箱建筑的設計和建造在西方發達國家已經成為一項擁有廣闊市場，有著相當高設計水平和技術水平的成熟建造方式。同時這種建造方式也直接發展出屬于集裝箱建筑特有的美學價值，并且正在逐漸發展出集裝箱建筑文化，通過名目繁多的集裝箱專賣店、藝術館、住宅、各類集裝箱藝術展覽、箱體建筑DIY網站等等表現形式不斷涌現。集裝箱建筑在西方國家已經不僅僅是粗糙和廉價的代名詞，反而成為一種相當酷的藝術門類，有著非常多的業主和設計師熱愛著這樣的建構方式。

這種具有完整內部空間及良好結構狀態的工業制成品，如果將它重新作為建筑構件或者建筑的單元體加以再利用，可以帶來良好的低碳環保效應。如何利用這類從運輸業中淘汰下來的舊集裝箱，發達國家在這方面有著豐富的經驗，而國內這項研究還遠遠落在后面。

1.1.2 研究目的及意義

隨著集裝箱貿易的擴大和推廣，在我國長三角、珠三角、渤海灣地區，以及港口、鐵路交通便利的地區，舊集裝箱改造建筑的出現逐漸成為一種社會現象。這種以集裝箱改造活動房、改造房屋、簡易集裝箱房等等為名的集裝箱改造建筑產業鏈已經形成，發展非常迅速。但是這種發展卻缺乏深入的理論研究，特別是缺乏建筑學專業視角的關注。雖有花樣繁多的生產企業，但是卻始終難以擺脫廉價的外衣。比如各類建設工地的集裝箱臨時性房屋，集裝箱臨時性辦公用房等等，這類集裝箱的改造往往只是對集裝箱箱體進行簡單加工，室內陳設簡陋，給排水、電器等設備未經統一安排布設，節能保溫等性能改造過程中缺乏嚴謹的科學理論分析與實驗檢測，節點設計不盡科學美觀，缺乏舒適性僅僅滿足最基本的使用需求。因此對集裝箱建筑這種建筑形式進行針對性研究，并對其經濟性、功能適應性等方面進行探討，是相當有現實意義的。

對集裝箱在建筑領域內的研究和分析，不僅是對一種可能的建筑材料的再利用研究，同時也是對一種工業產品和建筑類型的跨界研究。通過對集裝箱單箱體的研究，探索在這種模數化單元空間內的功能精細化設計，可以促進集裝箱建筑工業化定制的發展；對集裝箱在建筑功能和空間上的可適性研究，有利于促進這種現成的空間資源大規模用于建筑的設計和建造；對集裝箱改造措施的研究，有利于科學地提高集裝箱的建筑適用范圍，提升使用舒適度，為集裝箱性能改造提供參考方案。因此需要研究國內外集裝箱建筑的成功范例，從中歸納可供設計、建造參考的理論依據，這是集裝箱建筑發展過程中急需解決的問題之一，也是作為一項新建筑類型必須完成的理論積累。

集裝箱建筑既是一種有價值的模塊化建筑類型，但同時由于集裝箱空間、材料等客觀條件的限制，也有著自身的局限性。對集裝箱用于建筑設計的潛力進行發掘，有利于今后設計師在使用集裝箱這種模塊工具進行設計時揚長避短，充分發揮自身的結構、空間優勢，促進集裝箱類型建筑的美學價值和建造技術快速提高。因此利用好這種特殊的工業與建筑跨界產品，研究其在設計和建造上的適應性，使之揚長避短發揮自身優勢，來實現新時期建筑發展對于低碳、低成本、快速建造、可拆卸等等需求，成為了建筑設計領域的一個嶄新課題。

1.2 有關概念及范疇界定

本文是對集裝箱在建筑領域的適應性再利用設計和建造的探索，以達到節能低碳環保的目的。在這里需要對研究對象及一些關鍵詞進行界定，以達到減少理解偏差的作用。

1.2.1 集裝箱的定義

集裝箱也被稱作貨箱或貨柜，是一種按照規格標準化生產的箱體貨運設備，可反復使用，并具有一定強度、剛度和整體性便于機械裝卸。由于集裝箱可以方便的進行轉移運輸，因此大大擴展了它在世界各地的傳播和使用。

集裝箱的結構主要分為以下幾個部分：鋼框架、構成箱體圍護的波浪形側墻板、地板及其附加梁，開啟門扇及其附屬部分、以及各裝卸用構件。各種組成部分相互焊接，形成了具有完整獨立的盒子結構體（圖1.1）。

20英尺標準集裝箱結構圖

圖1.1 20英尺標準集裝箱結構圖

1.2.2 用于集裝箱建筑改造的箱體分類

1. 安裝使用材料分類

由于集裝箱的主體結構（箱壁、門板、骨架）使用了怎樣的材料即決定了集裝箱的材料分類。因此依據材料分類集裝箱一般可以分為鋁質、玻璃鋼、鋼制三種。鋁質集裝箱重量輕加工方便，具有良好的防腐蝕性能修理費低使用年限長，外表看起來十分美觀，但是不足之處是造價太高，焊接性能差，同時使用量較少。玻璃鋼制集裝箱耐化學腐蝕，隔熱性好，修理簡便；缺點是老化速度快耐久性不強，而且重量大，螺栓連接部分強度比金屬集裝箱低。鋼制集裝箱最為常見，結構牢固，耐久性好，鋼質結構改造方便，價格低廉，在各類運輸中使用最為廣泛，因此是本文主要研究的用于建筑化改造的箱體類型。

2. 按照使用用途分類

集裝箱依據用途分類可以分為干貨柜（也叫貨柜）、冷凍柜、開頂柜、框架柜、罐式柜等等。其中干貨柜在集裝箱中的使用最多，一般在電視鏡頭看到的碼頭上成堆的貨柜都是這種集裝箱類型。干貨集裝箱采用封閉式結構，本身箱體水密性良好，在長度方向一側設置鋼質門扇，用來運輸無需控制溫度的件雜貨。常見的干貨集裝箱分為20英尺和40英尺長度兩種規格。

3. 其他分類方法

集裝箱按照總重分類可以分為2.5噸、5噸、10噸、20噸、30噸集裝箱。一般對于鋼制集裝箱來說，最常用的重量一般毛重為17-22噸左右，當改建作為建筑用箱體使用時，可以滿足荷載使用要求。此外依據結構的不同，還可以分為折疊式、固定式等集裝箱類型，這里就不一一列舉。

由于制造數量最多、使用最為廣泛、意義也最為重要的集裝箱是標準鋼制干貨柜集裝箱，這類集裝箱在舊集裝箱市場上最容易購買到。因此本文把對集裝箱改造的研究對象限定在20英尺、40英尺兩種最常見、最容易被改造成為集裝箱建筑的標準鋼制干貨集裝箱貨柜的改造利用上。對于采用輕鋼做結構骨架彩鋼夾芯板材為墻面，以集裝箱為名義但卻并沒有鋼質的結構體系的新造建筑，由于其結構體系、物理性能都與鋼制集裝箱相去甚遠，因此不在本文的研究范疇之內。