王 松 王江波

(空軍研究院工程設(shè)計研究所，北京 100068)

集裝箱建筑，從它的起源上講，是利用集裝箱作為空間載體，通過一定的技術(shù)改造，使其滿足人們使用需求的一種特殊建筑形式。隨著集裝箱建筑的不斷發(fā)展，其便捷性和環(huán)境友好性等多種優(yōu)良屬性被人們不斷發(fā)掘，集裝箱建筑也不再限制于對廢舊集裝箱改造這一單一模式，而出現(xiàn)了以集裝箱結(jié)構(gòu)體系為框架，采用新的圍護(hù)材料及預(yù)制構(gòu)件組合而成的裝配式預(yù)制房屋，其尺寸大小符合國際通用集裝箱標(biāo)準(zhǔn)，但性能更加優(yōu)越，功能也更加豐富。由于集裝箱建筑環(huán)境控制技術(shù)的不斷提高，其使用壽命也不斷延長，集裝箱建筑已逐漸被廣泛運(yùn)用于各種建筑類型。

1 集裝箱建筑的發(fā)展歷程

1901年俄國在世界上首次使用木材建造箱式房屋，開啟了箱式建筑在世界各國的發(fā)展。美國的John M.DiMartino將箱式建筑設(shè)計方法與閑置集裝箱改造相結(jié)合，最先提出了模數(shù)化的集裝箱建筑體系，并于1983年申請了專利。集裝箱建筑的首次大規(guī)模應(yīng)用是在1991年的海灣戰(zhàn)爭時期，主要用于運(yùn)送戰(zhàn)俘及軍用臨時建筑[1]。此后，集裝箱建筑開始受到廣泛關(guān)注，從簡易的單箱臨時建筑，到多箱體的住宅及小型公共建筑，再到復(fù)雜形體的商業(yè)，文化建筑，集裝箱建筑的改造、研發(fā)和應(yīng)用活動在世界各地廣泛開展。

我國集裝箱建筑發(fā)展起步較晚，蔡偉杰、蔡仁洋于2002年申請發(fā)明專利“快速安裝集裝箱式建筑物”，在國內(nèi)率先提出以集裝箱和集裝箱部件為主要構(gòu)成單元的建筑物。2004年，香港中文大學(xué)的柏庭衛(wèi)、顧大慶和胡佩玲出版了國內(nèi)第一本關(guān)于集裝箱建筑的著作《香港集裝箱建筑》，該著作以香港和集裝箱建筑為研究對象，從類型學(xué)的角度總結(jié)了集裝箱建筑的設(shè)計原理和組合形式。近年來，以中集集團(tuán)為代表的集裝箱企業(yè)開始大力發(fā)展集裝箱建筑，已經(jīng)形成了一套較為成熟的生產(chǎn)體系。中集集團(tuán)還組織開展國家《集裝箱模塊化組合房屋技術(shù)規(guī)程》的編制工作，該規(guī)程于2013年6月在全國范圍內(nèi)出版發(fā)行。

2 集裝箱建筑的優(yōu)缺點

2.1 集裝箱建筑的優(yōu)點

集裝箱建筑的優(yōu)點可總結(jié)為安全堅固、模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工簡易、靈活便捷、節(jié)能節(jié)材五個方面。

2.1.1 安全堅固

集裝箱最早是作為貨運(yùn)載體而存在的，在風(fēng)吹日曬的運(yùn)輸環(huán)境中能夠反復(fù)使用，其本身的安全性和堅固性較好，一般情況下，集裝箱單元的基本結(jié)構(gòu)不易破壞，可以保證居住使用上的安全性，為滿足運(yùn)輸要求，集裝箱具有成熟的水密性設(shè)計，具備良好的防雨功能。

2.1.2 模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1970年，國際化標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)確立了集裝箱的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一了集裝箱的模數(shù)尺寸。因此，集裝箱建筑保留了集裝箱的工業(yè)模數(shù)化特性，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，無論是設(shè)計、生產(chǎn)還是施工中，均形成了一套基于標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的工法流程。

2.1.3 施工簡易

集裝箱建筑具有標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)體系，裝配構(gòu)件都在工廠中預(yù)制加工完成，現(xiàn)場作業(yè)量??；加之施工團(tuán)隊的專業(yè)化、機(jī)械化程度較高，施工速度快，集裝箱建筑的施工與傳統(tǒng)建筑的施工相比，省時省力，有效節(jié)約了勞動成本。

2.1.4 靈活便捷(圖1)

圖1 折疊集裝箱

集裝箱建筑的建筑造型靈活多變，有排列式、積聚式、單元式、集合式、夾心式、架空式等多種組合形式[2]。此外，集裝箱自重較輕，在地震帶更安全，對基礎(chǔ)的要求更低。集裝箱的安裝和拆卸也十分便利，方便運(yùn)輸。目前還出現(xiàn)了一種折疊式的集裝箱建筑，無需拆卸，折疊后即可立即運(yùn)輸，節(jié)省了安裝和拆卸的時間。

2.1.5 節(jié)能節(jié)材

集裝箱建筑的所有單元構(gòu)件均根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)制作，現(xiàn)場安裝，對環(huán)境的破壞程度較低。其次，與傳統(tǒng)建筑材料混凝土相比，集裝箱建筑材料主要以鋼、木為主，報廢后的材料可以有效的回收利用，減少了碳足跡，有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.2 集裝箱建筑的缺點

集裝箱建筑的諸多特點使其在很多方面比傳統(tǒng)建筑更具發(fā)展?jié)摿?，但作為一個較為“年輕”的建筑學(xué)分支，集裝箱建筑在某些方面發(fā)展尚不成熟，存在一些缺點與不足。

2.2.1 層數(shù)限制

常規(guī)的集裝箱建筑由于連接方式的限制，層數(shù)一般控制在1-3層，對于高度更高，造型更為復(fù)雜的建筑產(chǎn)品，常規(guī)的連接方式已經(jīng)不能滿足節(jié)點連接的牢固性與整體結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2.2 空間限制

單個集裝箱箱體長度為6m和12m，和一般房間的尺寸相近，但其高度只有大約2.5m，寬度2.4m，作為建筑空間而言是偏低、偏窄的，且集裝箱內(nèi)部需要進(jìn)行二次裝修，頂棚安裝會進(jìn)一步降低層高凈空，管道的鋪設(shè)還需要抬高地面，空間高度會更加局促。

2.2.3 結(jié)構(gòu)過熱

集裝箱箱體外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為金屬板材，導(dǎo)熱系數(shù)大，無法滿足建筑室內(nèi)對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的要求，因此需要對其進(jìn)行保溫隔熱處理。

3 集裝箱建筑的環(huán)境控制技術(shù)

3.1 保溫

集裝箱建筑的保溫可分為箱體外保溫系統(tǒng)和箱體內(nèi)保溫系統(tǒng)兩種。

3.1.1 箱體外保溫系統(tǒng)

箱體外保溫系統(tǒng)即使用防腐木板隔層、白色陶瓷隔熱保溫涂料等外保溫裝飾材料對集裝箱進(jìn)行包裹，外保溫可以遮蓋集裝箱的外表皮，保溫效果好，且減少對集裝箱內(nèi)部空間的侵蝕，但外保溫一般在集裝箱建筑整體完成后進(jìn)行施工，現(xiàn)場作業(yè)較為復(fù)雜。

3.1.2 箱體內(nèi)保溫系統(tǒng)

箱體內(nèi)保溫系統(tǒng)即將保溫材料填充于集裝箱箱體外圍護(hù)板材與內(nèi)飾板材之間，采用內(nèi)保溫的圍護(hù)板材便于預(yù)制加工及運(yùn)輸安裝。內(nèi)保溫設(shè)計應(yīng)兼顧圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝飾設(shè)計，力求保溫隔熱材料和內(nèi)裝飾材料的一體化在裝修，內(nèi)保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)的露點位置是在靠近外墻內(nèi)側(cè)的表面存在結(jié)構(gòu)冷(熱)橋的部位，這些部位因內(nèi)外溫差過大常常產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，在內(nèi)保溫設(shè)計中應(yīng)避免結(jié)構(gòu)冷(熱)橋的存在。

3.1.3 彩鋼夾芯板內(nèi)保溫系統(tǒng)(圖2)

圖2 彩鋼夾芯板內(nèi)保溫

彩鋼夾芯板是將彩色涂層鋼板面板和彩色涂層鋼板或鍍鋅鋼板底板與保溫芯材通過黏結(jié)劑(或發(fā)泡)復(fù)合而成的保溫圍護(hù)板材，按保溫芯材的不同可分為硬質(zhì)聚氨酯夾芯板、聚苯乙烯(或擠塑聚苯乙烯)夾芯板和巖棉夾芯板。彩鋼夾芯板間采用咬合連接形式；用于潮濕場所的，可預(yù)先在面板表面高頻熱合PVC飾面。彩鋼夾芯板內(nèi)保溫系統(tǒng)一般用于干箱箱體結(jié)構(gòu)、對保溫性能要求不高的集裝箱式活動房。

3.1.4 龍骨內(nèi)保溫系統(tǒng)(圖3)

圖3 龍骨內(nèi)保溫系統(tǒng)

龍骨內(nèi)保溫系統(tǒng)是配合石膏板、纖維水泥板、硅酸鈣板、氧化鎂板等內(nèi)墻裝飾板而采取的一種內(nèi)保溫形式。箱體結(jié)構(gòu)結(jié)合輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)造特點。薄板輕鋼龍骨既作為結(jié)構(gòu)承載構(gòu)件，也作為內(nèi)墻板的固定基礎(chǔ)，外側(cè)版可為干箱大波筋、平板、墻面壓型板等多種截面形式，龍骨間通常填充巖棉和玻璃棉等纖維狀保溫材料。

3.1.5 復(fù)合保溫石膏板內(nèi)保溫系統(tǒng)(圖4)

圖4 石膏復(fù)合保溫板

歐洲于20世紀(jì)70年代初開始在建筑上應(yīng)用復(fù)合保溫石膏板內(nèi)保溫系統(tǒng)，經(jīng)過近40年的大規(guī)模工程實踐和考驗，已形成完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成為歐洲主流的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)。自2006年由以拉法基為代表的外資建材企業(yè)引進(jìn)我國之后，該系統(tǒng)已通過建筑行業(yè)的一系列理論和檢測論證，發(fā)布相關(guān)技術(shù)規(guī)程和圖集，并成功應(yīng)用于許多工程項目中。復(fù)合保溫石膏板兼有石膏板的裝飾性和保溫材料的出色保溫性能，實現(xiàn)集裝箱活動房保溫材料和內(nèi)墻裝飾板的一體化裝修，提升裝修效率。

3.1.6 聚氨酯內(nèi)保溫系統(tǒng)

聚氨酯內(nèi)保溫系統(tǒng)是結(jié)合冷箱發(fā)泡技術(shù)而成的一種集裝箱活動房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)保溫系統(tǒng)，其主要工藝特點是預(yù)先對集裝箱活動房各圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚氨酯模壓注射發(fā)泡，從而形成頂、側(cè)、底等幾大總裝部件，總裝后，再對各整體部件交界處進(jìn)行二次發(fā)泡。聚氨酯內(nèi)保溫系統(tǒng)適用于各種形式的箱體結(jié)構(gòu)。

3.2 隔熱

3.2.1 遮陽隔熱

集裝箱建筑的遮陽設(shè)計主要采用添加外部遮陽構(gòu)件的處理方式，可分為遮陽板、遮陽布和遮陽百葉三大類。

3.2.2 遮陽板(圖5)

圖5 集裝箱遮陽板

遮陽板是將飾面板通過外掛或者獨(dú)立結(jié)構(gòu)的形式與集裝箱組合，起到遮陽作用，同時兼有防雨排水的功能。

3.2.3 遮陽布(圖6)

圖6 集裝箱房入口處的張拉遮陽布

遮陽布是一種柔韌性較強(qiáng)的織物，可采用外掛幕布的形式垂吊于集裝箱的側(cè)板外，也可采用張拉形式固定于附加集裝箱外側(cè)的金屬骨架上。與遮陽板相比，遮陽布強(qiáng)度較低，耐久性較差，但造價更低，也易于更換。

3.2.4 遮陽百葉(圖7)

圖7 Infiniski宣言之家

遮陽百葉通過外部龍骨固定于集裝箱房的外側(cè)立面，不僅可以有效減少太陽輻射，也可以形成一種統(tǒng)一并富有韻律的建筑形式。

3.2.5 綠植隔熱

綠植隔熱的策略是通過在集裝箱建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上種植綠色植物，遮擋并吸收陽光熱量，減少箱體表面的熱輻射，從而達(dá)到降低室內(nèi)溫度，保證環(huán)境舒適的要求。綠色植物不僅可以遮陽，還可以提供冷氣流，從而減少建筑整體的熱能耗。綠植隔熱主要分為屋面綠化和側(cè)墻綠化兩類。

3.2.6 屋面綠化(圖8)

圖8 立方體住宅

屋面綠化是指在建筑的屋頂上種植綠色植被，吸收太陽輻射熱，從而控制室內(nèi)環(huán)境溫度。

3.2.7 側(cè)墻綠化(圖9)

側(cè)墻綠化是指在建筑側(cè)墻上種植綠色植被，吸收太陽輻射熱，從而控制室內(nèi)環(huán)境溫度。

3.2.8 隔熱涂料

隔熱涂料是指最近發(fā)展起來的一種阻擋、反射、輻射太陽光近紅外熱量的功能性水性涂料，令屋面隔熱降溫，節(jié)能減耗。具有隔熱、防水、防銹、防腐、工期短、見效快等特性，全面取代水噴淋系統(tǒng)，保溫棉、發(fā)泡海綿、夾層鐵皮等。隔熱涂料從特性原理分類主要有三種：隔絕傳導(dǎo)型隔熱涂料、反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料。

3.2.9 空氣隔熱

空氣隔熱是采用帶有空氣通風(fēng)夾層的幕墻做法。具體構(gòu)造如圖10。

圖10 復(fù)合板外保溫(隔熱)外墻實例

3.3 防銹

3.3.1 涂層防銹

涂層防銹是指在鋼材的表面涂抹一層涂料，以隔絕鋼材與環(huán)境接觸，防止生銹。如油性防腐漆(價格低廉，但含有毒物質(zhì)，國家已限制使用。)、水性金屬防銹漆、防銹顏料。

3.3.2 電位防銹

電位防銹即電化學(xué)防腐，是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備上采取措施，使之成為服飾電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。電位防銹用于有水或潮濕環(huán)境中的集裝箱建筑防銹工作。

3.3.3 材質(zhì)防銹

材質(zhì)防銹是指通過改變材料表面的材質(zhì)以阻斷銹蝕作用。以COR-TEN耐候鋼為例，其本身并不防銹，在非保護(hù)狀態(tài)下，初期與普通碳鋼一樣會產(chǎn)生銹蝕，但是后期由于Cu，P等元素富集于鋼材表面，形成一層致密的非晶態(tài)銹層組織，阻斷了鋼材的銹蝕過程和銹蝕環(huán)境，從而實現(xiàn)了耐候防腐的作用。

3.4 防火

3.4.1 防火涂料

防火涂料是指可涂抹在集裝箱體的內(nèi)外表皮、梁、柱等金屬構(gòu)件表面的面層，提高材料的耐火能力，減緩火焰蔓延傳播速度，或在一定時間內(nèi)能阻止燃燒。

3.4.2 防火封堵

防火封堵是指用防火材料封堵集裝箱構(gòu)件連接組合時形成的貫穿空腔、縫隙，以免火勢通過這些空腔縫隙蔓延。

3.5 隔聲

3.5.1 空氣聲隔聲

在集裝箱建筑中，箱體內(nèi)側(cè)飾面板與外側(cè)鋼板存在空氣間層，建筑的內(nèi)隔墻也為存在空氣間層的雙層墻壁，這些空氣間層可形成聲音的傳播通道，應(yīng)注意封堵，例如用防火材料進(jìn)行封堵。

3.5.2 撞擊聲隔聲

撞擊聲是指集裝箱建筑中組合構(gòu)件之間因震動撞擊產(chǎn)生的噪聲。如門窗、樓梯、廚房操作臺等位置產(chǎn)生的噪聲，此類噪聲應(yīng)在震源部位做必要的隔聲、隔振處理，選用消音隔振的材料和構(gòu)造措施，如彈性減震構(gòu)造、木構(gòu)件或鋼木構(gòu)件的使用。

4 結(jié) 語

集裝箱建筑是一種具有生態(tài)效益的可持續(xù)性建筑形式，不僅有效利用了閑置的集裝箱體，也形成了模數(shù)化、規(guī)模化的生產(chǎn)體系。在集裝箱建筑的生產(chǎn)改造中，要注意揚(yáng)長避短，最大程度的發(fā)揮集裝箱建筑的優(yōu)勢與特點，并將新材料、新技術(shù)運(yùn)用到集裝箱建筑的設(shè)計研發(fā)中，將集裝箱建筑向著更為廣闊的建筑領(lǐng)域不斷推進(jìn)。集裝箱建筑的發(fā)展需要一個從粗到精的過程，大眾對集裝箱建筑的認(rèn)識也需要一個由淺入深的過程。相信隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，集裝箱建筑的重要性將不斷凸顯，人們對集裝箱建筑的認(rèn)識也將愈加完善，越來越多的集裝箱建筑將會出現(xiàn)，在不同領(lǐng)域中發(fā)揮其獨(dú)到的作用。