集装箱建筑适应性设计与建造研究(4)

2013年6月15日

第 1 章绪论

1.1 选题背景及意义

1.1.1 选题背景

我国是集装箱生产第一大国，生产能力已经达到每年580万TEU（国际标准箱单位，以20英尺箱体容积为计量单位），全世界96％以上的新造集装箱由我国生产。同时，我国也是集装箱淘汰大国，累计有约120万个集装箱在中国被淘汰出货运业，并且每年在国内淘汰出货运业的集装箱多达30万个。如果将其全部改造加以利用，那么每年可以建造出近450万平方米建筑面积的集装箱建筑物。由于集装箱大修成本很高，一般正常工作10年之后就会出现结构及围护钢板锈蚀强度降低的问题，不适合再作为运输集装箱使用。对旧集装箱的处理方法一般为闲置在码头任由锈蚀或者将其回炉炼钢，这样的处理方式既不经济也不环保。如何对从运输业淘汰下的集装箱进行再利用逐渐成为一项社会问题。

与此同时，随着经济和社会的不断发展，各种新兴建筑类型的需求不断涌现，半永久性建筑、快速建造建筑、临时性建筑、可移动建筑等等具有特殊要求的建筑建造和设计研究却未跟得上需求的发展。随处可见的简易板房、彩钢房、临时性砖房往往由使用者自行建造，由此导致的安全性差，卫生条件落后，在城市中往往与低劣的居住环境划上等号。而集装箱则拥有现成的内部空间，并有着坚固、方便转运、价格低廉、可重复性使用等等优势，为这类建筑的发展提供了现成的内部空间、建筑材料和发展思路。

旧集装箱用于建筑设计并不是一个陌生的课题。在国外特别是荷兰、美国、日本这类海运集装箱存量特别大的国家，对集装箱建筑的改造设计有着丰富的经验。不仅仅在港口城市，由于集装箱可以极为方便的通过铁路、卡车转运至内陆城市，在远离港口的内陆地区也有众多成熟案例。集装箱建筑的设计和建造在西方发达国家已经成为一项拥有广阔市场，有着相当高设计水平和技术水平的成熟建造方式。同时这种建造方式也直接发展出属于集装箱建筑特有的美学价值，并且正在逐渐发展出集装箱建筑文化，通过名目繁多的集装箱专卖店、艺术馆、住宅、各类集装箱艺术展览、箱体建筑DIY网站等等表现形式不断涌现。集装箱建筑在西方国家已经不仅仅是粗糙和廉价的代名词，反而成为一种相当酷的艺术门类，有着非常多的业主和设计师热爱着这样的建构方式。

这种具有完整内部空间及良好结构状态的工业制成品，如果将它重新作为建筑构件或者建筑的单元体加以再利用，可以带来良好的低碳环保效应。如何利用这类从运输业中淘汰下来的旧集装箱，发达国家在这方面有着丰富的经验，而国内这项研究还远远落在后面。

1.1.2 研究目的及意义

随着集装箱贸易的扩大和推广，在我国长三角、珠三角、渤海湾地区，以及港口、铁路交通便利的地区，旧集装箱改造建筑的出现逐渐成为一种社会现象。这种以集装箱改造活动房、改造房屋、简易集装箱房等等为名的集装箱改造建筑产业链已经形成，发展非常迅速。但是这种发展却缺乏深入的理论研究，特别是缺乏建筑学专业视角的关注。虽有花样繁多的生产企业，但是却始终难以摆脱廉价的外衣。比如各类建设工地的集装箱临时性房屋，集装箱临时性办公用房等等，这类集装箱的改造往往只是对集装箱箱体进行简单加工，室内陈设简陋，给排水、电器等设备未经统一安排布设，节能保温等性能改造过程中缺乏严谨的科学理论分析与实验检测，节点设计不尽科学美观，缺乏舒适性仅仅满足最基本的使用需求。因此对集装箱建筑这种建筑形式进行针对性研究，并对其经济性、功能适应性等方面进行探讨，是相当有现实意义的。

对集装箱在建筑领域内的研究和分析，不仅是对一种可能的建筑材料的再利用研究，同时也是对一种工业产品和建筑类型的跨界研究。通过对集装箱单箱体的研究，探索在这种模数化单元空间内的功能精细化设计，可以促进集装箱建筑工业化定制的发展；对集装箱在建筑功能和空间上的可适性研究，有利于促进这种现成的空间资源大规模用于建筑的设计和建造；对集装箱改造措施的研究，有利于科学地提高集装箱的建筑适用范围，提升使用舒适度，为集装箱性能改造提供参考方案。因此需要研究国内外集装箱建筑的成功范例，从中归纳可供设计、建造参考的理论依据，这是集装箱建筑发展过程中急需解决的问题之一，也是作为一项新建筑类型必须完成的理论积累。

集装箱建筑既是一种有价值的模块化建筑类型，但同时由于集装箱空间、材料等客观条件的限制，也有着自身的局限性。对集装箱用于建筑设计的潜力进行发掘，有利于今后设计师在使用集装箱这种模块工具进行设计时扬长避短，充分发挥自身的结构、空间优势，促进集装箱类型建筑的美学价值和建造技术快速提高。因此利用好这种特殊的工业与建筑跨界产品，研究其在设计和建造上的适应性，使之扬长避短发挥自身优势，来实现新时期建筑发展对于低碳、低成本、快速建造、可拆卸等等需求，成为了建筑设计领域的一个崭新课题。

1.2 有关概念及范畴界定

本文是对集装箱在建筑领域的适应性再利用设计和建造的探索，以达到节能低碳环保的目的。在这里需要对研究对象及一些关键词进行界定，以达到减少理解偏差的作用。

1.2.1 集装箱的定义

集装箱也被称作货箱或货柜，是一种按照规格标准化生产的箱体货运设备，可反复使用，并具有一定强度、刚度和整体性便于机械装卸。由于集装箱可以方便的进行转移运输，因此大大扩展了它在世界各地的传播和使用。

集装箱的结构主要分为以下几个部分：钢框架、构成箱体围护的波浪形侧墙板、地板及其附加梁，开启门扇及其附属部分、以及各装卸用构件。各种组成部分相互焊接，形成了具有完整独立的盒子结构体（图1.1）。

20英尺标准集装箱结构图

图1.1 20英尺标准集装箱结构图

1.2.2 用于集装箱建筑改造的箱体分类

1. 安装使用材料分类

由于集装箱的主体结构（箱壁、门板、骨架）使用了怎样的材料即决定了集装箱的材料分类。因此依据材料分类集装箱一般可以分为铝质、玻璃钢、钢制三种。铝质集装箱重量轻加工方便，具有良好的防腐蚀性能修理费低使用年限长，外表看起来十分美观，但是不足之处是造价太高，焊接性能差，同时使用量较少。玻璃钢制集装箱耐化学腐蚀，隔热性好，修理简便；缺点是老化速度快耐久性不强，而且重量大，螺栓连接部分强度比金属集装箱低。钢制集装箱最为常见，结构牢固，耐久性好，钢质结构改造方便，价格低廉，在各类运输中使用最为广泛，因此是本文主要研究的用于建筑化改造的箱体类型。

2. 按照使用用途分类

集装箱依据用途分类可以分为干货柜（也叫货柜）、冷冻柜、开顶柜、框架柜、罐式柜等等。其中干货柜在集装箱中的使用最多，一般在电视镜头看到的码头上成堆的货柜都是这种集装箱类型。干货集装箱采用封闭式结构，本身箱体水密性良好，在长度方向一侧设置钢质门扇，用来运输无需控制温度的件杂货。常见的干货集装箱分为20英尺和40英尺长度两种规格。

3. 其他分类方法

集装箱按照总重分类可以分为2.5吨、5吨、10吨、20吨、30吨集装箱。一般对于钢制集装箱来说，最常用的重量一般毛重为17-22吨左右，当改建作为建筑用箱体使用时，可以满足荷载使用要求。此外依据结构的不同，还可以分为折叠式、固定式等集装箱类型，这里就不一一列举。

由于制造数量最多、使用最为广泛、意义也最为重要的集装箱是标准钢制干货柜集装箱，这类集装箱在旧集装箱市场上最容易购买到。因此本文把对集装箱改造的研究对象限定在20英尺、40英尺两种最常见、最容易被改造成为集装箱建筑的标准钢制干货集装箱货柜的改造利用上。对于采用轻钢做结构骨架彩钢夹芯板材为墙面，以集装箱为名义但却并没有钢质的结构体系的新造建筑，由于其结构体系、物理性能都与钢制集装箱相去甚远，因此不在本文的研究范畴之内。