集裝箱建筑的組合形式初探

陳彥百　郭敬煒　張效嘉　汪佳偉　翟向陽

(南通大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇 南通　226600)

汪佳偉(1996- )，男，在讀本科生；翟向陽(1996- )，男，在讀本科生

1　研究背景

2016年2月，《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》提出，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%。

集裝箱建筑是當(dāng)今建筑產(chǎn)業(yè)中最年輕的一個分支，無論是臨時建筑、公共建筑、住宅類建筑，還是戶外活動場所，都可以使用集裝箱來滿足其功能需要。像樂高積木一樣，集裝箱可以隨著業(yè)主的個人喜好形成各種不同形式的建筑。不同的空間可以形成不同的活動場所，空間的多樣性因組合形式的不同而得以具備。

集裝箱頗受現(xiàn)代社會歡迎，它不僅組裝快速、成本低廉、綠色環(huán)保，而且可以滿足建筑的多樣性需求。全球每年運(yùn)轉(zhuǎn)集裝箱數(shù)量超過3 000萬只，而伴隨著如此巨大的流動，每年廢棄的集裝箱數(shù)量超過100萬只。為創(chuàng)建低碳生活，人類應(yīng)對這些廢棄的集裝箱加以利用。

本文的研究目的是將單調(diào)的集裝箱個體通過建筑設(shè)計手法去進(jìn)行組合優(yōu)化。

2　集裝箱建筑組合形式的現(xiàn)有研究

目前,常見的集裝箱建筑多集中于單體建筑及小型建筑設(shè)施應(yīng)用中，其特點(diǎn)為：1)建筑體量較小，多由1個～2個集裝箱組合而成；2)建筑內(nèi)部空間形式單一，單獨(dú)的矩形空間通過構(gòu)建進(jìn)行劃分；3)能滿足的建筑功能較為簡單，例如居住、售賣等，主要作為臨時建筑使用；4)建筑結(jié)構(gòu)基本以集裝箱的原有結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，內(nèi)外墻體難以滿足更高的保溫及外觀要求。

這種較小體量的集裝箱在組合過程中，往往只利用個位數(shù)的現(xiàn)有集裝箱，通過焊接、拼接、嵌套等傳統(tǒng)的方式進(jìn)行組合，因此也會在施工及使用中產(chǎn)生一些問題。例如：施工過程十分繁瑣，面對復(fù)雜的組合形式時需要進(jìn)行切割、焊接等工序。與此同時，固有的集裝箱面板都是基于運(yùn)輸及存儲功能設(shè)計生產(chǎn)的，難以滿足作為建筑使用的其他功能要求，在保暖、采光、通風(fēng)等方面均難以滿足，需要進(jìn)行后續(xù)的加工處理。

本文從單個集裝箱建筑出發(fā)，進(jìn)行進(jìn)一步的猜想：是否能夠使用更多的集裝箱，組合加工成為體量、規(guī)模更大的大型公共建筑。當(dāng)設(shè)計者使用的集裝箱數(shù)量增加之后，使用堆疊、穿插、嵌套、自由組合等組合形式，可形成的建筑形體也更為豐富，能夠形成中庭、挑高、夾層等更為豐富的空間形式。大尺度的內(nèi)部空間也進(jìn)一步增加了集裝箱建筑對其他社會功能的適應(yīng)性。因此，大規(guī)模的集裝箱建筑在使用及建筑外形上，都具有一定的優(yōu)點(diǎn)。

2.1　集裝箱建筑組合形式的設(shè)計原則

2.1.1箱體組合與功能關(guān)系

集裝箱單體雖然尺寸有限，但是其可以通過不同形式的組裝，來滿足不同人群居住、工作、游憩和交通等的功能需要。居住空間和工作空間需要良好的朝向，單一的箱體較為方正，面臨功能較多的建筑時難以解決，需要通過組合形式完成基本需求。游憩空間需要有良好的景觀和獨(dú)特的空間感受，在組合變化中通過懸挑、錯位等手段，避免了呆板與單調(diào)，給人新穎的視覺體驗(yàn)。

2.1.2箱體組合與環(huán)境關(guān)系

集裝箱單體較簡潔、沉穩(wěn)，多個集裝箱組合堆疊后可以組成不同的形態(tài)，給人或規(guī)整或活潑的感受。在不同的環(huán)境中應(yīng)合理設(shè)計集裝箱組合形態(tài)，合理選擇集裝箱開窗位置及尺寸。設(shè)計者可以通過箱體的組合變換使不同功能的使用空間與周邊環(huán)境相融合。

2.1.3箱體組合與人體舒適性關(guān)系

集裝箱建筑的空間設(shè)計需考慮人體工程學(xué)因素，提供舒適的空間尺度。在空間組合變化中通過堆疊、交叉等手段，高效而合理地創(chuàng)造符合人體尺度的室內(nèi)空間。例如商業(yè)建筑設(shè)計中公共使用部分需求，設(shè)計者可以通過兩個集裝箱的堆疊來擴(kuò)大局部空間的室內(nèi)高度，予以不同的認(rèn)知感受。次要部分形成緊湊的空間體現(xiàn)出空間的領(lǐng)域性，實(shí)現(xiàn)環(huán)境心理學(xué)對室內(nèi)空間的影響。以人體工程學(xué)為設(shè)計依據(jù)，促進(jìn)了箱體秩序的合理組織。

2.2　空間組合形式

2.2.1水平方向

1)單元橫向串聯(lián)組合。

單元橫向串聯(lián)組合是指多個相同模數(shù)的單元集裝箱體或同類型的集裝箱體在水平方向并列排布。多個集裝箱因此形成的組團(tuán)形狀規(guī)整，布局簡潔，整齊劃一。每個集裝箱有其獨(dú)立的使用空間，功能區(qū)分嚴(yán)謹(jǐn)專一。橫向串聯(lián)，層數(shù)較低，以一個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱高度為層高，容易滿足安全要求，是最基本的集裝箱組合形式。

2)單元橫向相交組合。

a.集裝箱箱體垂直橫向相交。集裝箱箱體垂直橫向相交是指在水平方向，兩個集裝箱成垂直相交，相交部分相互連通形成一個整體空間。這樣形成的空間，相交部分容易成為整個建筑的中心，承接著轉(zhuǎn)折與過渡的功能要求。垂直相交，空間相對開闊，規(guī)則較為美觀，容易形成良好的景觀效果。

b.集裝箱箱體銳角橫向相交。集裝箱箱體除了正交還可以按照不同的角度相交形成特殊的組合形式，這對其空間功能利用有特殊的要求。銳角相交就是兩個集裝箱相交的夾角小于90°，這種夾角下的空間其負(fù)空間較多，較為難以利用，在需求特殊造型的建筑類型中使用較多。

c.集裝箱箱體鈍角橫向相交。除了集裝箱箱體銳角相交外還有呈鈍角相交的形式，鈍角相交其視野廣闊。鈍角相比于銳角缺少了銳角的尖銳性，多了一些柔和性，其組合的空間也可以較好的利用。同濟(jì)大學(xué)設(shè)計的“Y型集裝箱實(shí)驗(yàn)性住宅”是由6個二手集裝箱，兩兩呈120°相交組合，提供了充分的視野。

3)單元橫向錯位組合。

單元橫向錯位組合是指多個集裝箱橫向串聯(lián)排列時，切割某個集裝箱減少其長度再與其他標(biāo)準(zhǔn)集裝箱組合。這種組合方式可以使集裝箱的采光通風(fēng)由4個面變成6個面或者更多，優(yōu)化其采光通風(fēng)效果。在大型橫向串聯(lián)的集裝箱組合中，夾雜使用橫向錯位的方式，可以優(yōu)化其采光通風(fēng)效果。在平面布局中錯動的折線可以在立面上產(chǎn)生凹凸變化的體量，創(chuàng)造更好的視覺效果。

2.2.2垂直方向

1)單元豎向疊加串聯(lián)組合。

集裝箱單元豎向疊加串聯(lián)的組合方式，是在水平串聯(lián)的基礎(chǔ)上在垂直方向進(jìn)行疊加集裝箱。這種組合方式類似于現(xiàn)代多層建筑，形式規(guī)整，可以節(jié)省土地面積。因此，集裝箱箱體橫向和垂直方向的串聯(lián)組合常結(jié)合使用。

2)單元豎向疊加懸挑組合。單元豎向疊加懸挑組合是指將箱體的一部分落放在底層集裝箱之上，其余部分可以從箱體組合中懸挑出來。這種組合方式較為靈動，容易形成特殊的功能空間，比如：露臺，入口，陽臺等豐富的建筑灰空間。這種組合使用于對造型要求較高的建筑類型，容易形成良好景觀效果。但是，疊加懸挑的組合形式對結(jié)構(gòu)要求較高，應(yīng)充分考慮其承重特點(diǎn)，選擇合適位置進(jìn)行疊加懸挑，特殊情況需增加支撐結(jié)構(gòu)。

3)單元豎向疊加錯位組合。單元豎向疊加錯位是在垂直方向上進(jìn)行切割集裝箱箱體，改變箱體大小滿足功能需要，同時滿足了采光通風(fēng)的要求。錯位部分容易形成天然露臺，造型上美觀整齊，同時在結(jié)構(gòu)上要求較少。

3　模塊化設(shè)計對空間組合形式設(shè)計的影響

首先，作為集裝箱建筑組成的基礎(chǔ)，本文針對現(xiàn)有集裝箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析?，F(xiàn)有集裝箱按結(jié)構(gòu)可大致分為三類，有固定式集裝箱、折疊式集裝箱、薄殼式集裝箱。在固定式集裝箱中還可分密閉集裝箱、開頂集裝箱、板架集裝箱等；折疊式集裝箱，指集裝箱的主要部件(側(cè)壁、端壁和箱頂)能簡單地折疊或分解，再次使用時可以方便的再組合起來；薄殼式集裝箱，是把所有部件組成一個鋼體，它的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，可以適應(yīng)所發(fā)生的扭力而不會引起永久變形。所以，集裝箱本身就具有一定的拆卸性，而本文則利用這種性質(zhì)，進(jìn)行進(jìn)一步的模塊化設(shè)計。

3.1　骨架部分

將集裝箱進(jìn)行拆解，剝離出其框架結(jié)構(gòu)部分，作為模塊的骨架。從下到上，骨架部分分別由：底側(cè)梁、底橫梁、前框、后框、頂側(cè)梁及角件組成。各部分共同組成完成的矩形空間骨架。各部分規(guī)格尺寸固定，為模塊化設(shè)計提供了良好的基礎(chǔ)。設(shè)計者可以利用基本骨架，進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計，通過骨架的組合連接，創(chuàng)造不一樣的建筑形體。

3.2　面板模塊部分

對于大體量的集裝箱建筑，本文采用骨架+面板的設(shè)計思路，與框架結(jié)構(gòu)相似，骨架作為建筑的結(jié)構(gòu)支撐，面板則符合骨架的模數(shù)尺寸，由不同功能的面板根據(jù)需要自由組合。即墻體、門窗、吊頂燈。在施工方面，面板及框架均在廠家進(jìn)行訂購生產(chǎn)，面板與框架的連接采用現(xiàn)場安插的方法，大大增加了施工效率。同時，形式多樣的面板，能在設(shè)計過程中就考慮到了作為建筑應(yīng)有的各種功能需要及細(xì)部處理，大大提高了建成建筑的舒適性。

4　案例分析

4.1　住宅類建筑——Grillagh水屋

Grillagh水屋是由Patrick Bradley設(shè)計的，建造于北愛爾蘭的一處私人鄉(xiāng)村住宅。住宅由四個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，上下兩層箱體十字交叉堆疊搭接而成。前后形成了夸張的懸挑，與周圍的斜坡環(huán)境相呼應(yīng)(見圖1)。

空間形式：水屋的出入口在二層，是斜坡的頂端。出入口通往一個開放式的起居區(qū)，通過中間疊加的空間，形成通往一層的樓梯。上下箱體十字交錯的搭接方式?jīng)Q定了室內(nèi)空間的基本形態(tài)，同時重合部分形成垂直交通，空間形式與建筑功能相輔相成。

4.2　商用展覽類建筑——Common Ground商業(yè)中心

Common Ground商業(yè)中心建于韓國首爾，占地面積約5 280 m2。它由200個藍(lán)色集裝箱拼疊而成，是世界上規(guī)模最大的集裝箱商業(yè)建筑(見圖2)。

它著力于打造文化與商業(yè)相結(jié)合的文創(chuàng)建筑，定義為商場，更像一個展覽館，吸引著世界各地的人前來欣賞。其建筑組合形式復(fù)雜多變。

箱體主要有四種搭接方式：水平聯(lián)排、豎向堆疊、局部錯疊、橫向交叉。南北兩側(cè)箱體橫向圍合出6 m高的中庭空間，處于整個商場的主導(dǎo)地位。內(nèi)部空間相對自由、靈動。東北角的入口通過箱體的凹凸錯位處理而得以強(qiáng)化。因?yàn)榧b箱的尺寸精小，所以集裝箱商業(yè)性建筑主要以中小型商業(yè)規(guī)模為主。可以做到店鋪小而精致，節(jié)省用地面積的同時仍然可以吸引大量顧客。

5　結(jié)語

本文以集裝箱建筑的組合形式為研究對象，對集裝箱建筑不同組合形式的特點(diǎn)做出了總結(jié)。然而，由于集裝箱單體尺寸有限，在大型建筑中尚未得到廣泛運(yùn)用。雖然集裝箱建筑在技術(shù)處理上存在諸多問題，但是集裝箱建筑的發(fā)展前景非常明朗。最終文章希望對以后集裝箱建筑的深入發(fā)展提供研究方向。