基于超級利用理念的可持續(xù)建筑設(shè)計應(yīng)用解析

劉長安宋開鵬高曉明

(山東建筑大學建筑城規(guī)學院，山東濟南250101)

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展和城市的急劇擴張，人類對于各類資源的消耗和廢棄物排放的與日俱增，產(chǎn)生了一系列環(huán)境問題[1]。如何解決日趨緊張的資源問題與日漸嚴重的環(huán)境污染問題成為擺在人們面前的一道難題。作為工業(yè)革命的發(fā)源地，歐洲各國較早地意識到了這些問題并付諸行動，并提出了一系列可持續(xù)發(fā)展策略[2]。而建筑作為城市的基本構(gòu)成單元和人類日常生活的主要載體，已成為可持續(xù)發(fā)展重點的研究對象[3]。

荷蘭作為可持續(xù)設(shè)計的先鋒，對可持續(xù)性發(fā)展有著獨到的見解，并將前瞻的理論于生態(tài)社區(qū)和綠色建筑中實踐，包含了對諸多綠色、可持續(xù)建筑理論和技術(shù)的開創(chuàng)性探索，因而在建筑設(shè)計領(lǐng)域中被譽為“超級荷蘭”[4]。在大多數(shù)綠色建筑尚停留在提高熱工性能、建成后通過節(jié)能技術(shù)降低能耗，或者回收利用舊建材的階段時，荷蘭的超級利用工作室另辟蹊徑，在建筑設(shè)計階段便已開始最大程度地減少資源消耗，并提出了超級利用理念[5]。

與之類似的理念還有材料循環(huán)利用、舊材料再利用等。材料循環(huán)利用雖然能夠?qū)⑴f材料轉(zhuǎn)化為方便易用的新建材，但浪費舊材料所蘊含的物化能，還需要投入額外的資源，在處理舊材料時并非最佳解決方法。而舊材料的再利用則有很多案例著眼于具有一定歷史性社會價值的舊材料，如王澍等[6]使用傳統(tǒng)的“瓦爿墻”技術(shù)，用帶有當?shù)氐赜蛱厣呐f材料建造的一系列建筑，以及部分工業(yè)區(qū)改造項目中由保留的、機械制造的景觀小品也具有類似作用。而像超級利用理念一樣使用常見的舊材料直接建造建筑物的案例并不多見。目前只有超級利用工作室獨自開展研究超級利用理念，近幾年在國內(nèi)也開設(shè)了該工作室的分部，但直到目前還沒有實際的項目建成。超級利用理念是結(jié)合了從搖籃到搖籃理論的新型材料再利用設(shè)計理念，再搭配一系列設(shè)計工具形成了一套完整的設(shè)計體系，就近使用各類舊材料構(gòu)建新建筑，并以此達到設(shè)計與建造過程中節(jié)能減排的目的，同時解決各類廢舊材料的處理問題。文章介紹了超級利用理念的產(chǎn)生、形成以及設(shè)計要點與輔助工具，對比了從搖籃到搖籃理論的異同點，并結(jié)合實際案例深入分析了在超級利用理念下建筑設(shè)計的具體實踐過程，為我國可持續(xù)建筑設(shè)計提供新的啟示。

1 超級利用理念概述

長期以來，物質(zhì)循環(huán)與能量流動并沒有明確且統(tǒng)一的概念，傳統(tǒng)生產(chǎn)、建設(shè)模式中的物質(zhì)循環(huán)通常是以從搖籃到墳?zāi)沟哪Ｊ竭M行的，其中大部分資源的生命周期呈線性代謝分布，從開采、加工、消費，直到最后廢棄的材料中所蘊含的能量逐級減少，且沒有任何回收利用的行為，浪費了大量的能量，如圖1所示。20世紀中期，人們開始意識到可持續(xù)發(fā)展的重要性，對物質(zhì)循環(huán)和能量流動逐漸重視起來。

圖1 “從搖籃到墳?zāi)埂蹦Ｊ轿镔|(zhì)能量流動示意圖

1.1 超級利用理念的產(chǎn)生

20世紀 60年代以來，環(huán)境運動逐步興起。1962年，Carson[7]發(fā)表了環(huán)境保護著作《寂靜的春天》，指出依靠資源消耗和無視環(huán)境破壞的傳統(tǒng)工業(yè)化道路是行不通的。1966年，Boulding[8]提出了“宇宙飛船理論”，認為地球就像一艘在宇宙中航行的宇宙飛船，只能依靠自身攜帶的資源維持運轉(zhuǎn)，一旦人類使用的自然資源超出了地球的承載能力，只能走向滅亡。1971年，Roegen等[9]提出傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展方式下的新技術(shù)并不能創(chuàng)造新的資源，只能加快能源、資源秩序和生物豐富性的衰減。1972年，Meadows等[10]指出，如果按傳統(tǒng)的經(jīng)濟方式發(fā)展下去，人類的經(jīng)濟將在100年內(nèi)達到增長的極限，之后勢必面臨資源與能源的枯竭以及整個社會的崩潰。這些對于人與地球關(guān)系的新認知促使人們開始思考當下面臨的各種環(huán)境問題，進而關(guān)注各類資源的循環(huán)使用問題。

早期物質(zhì)循環(huán)利用模式只是一種簡單的補救措施，在某種程度上只能稱之為“降價性循環(huán)利用”[11]。不恰當?shù)难h(huán)利用不僅對減少污染沒有產(chǎn)生積極影響，反而會在整個生產(chǎn)循環(huán)中產(chǎn)生更多的污染與浪費，因為回收、運輸、處理廢棄物會產(chǎn)生額外的污染，同時消耗水、電等資源[12]，因此，單純的循環(huán)利用并不能很好地解決人類所面臨的各種問題。后期出現(xiàn)的材料再利用方式優(yōu)化了循環(huán)利用的不足之處，依照材料屬性進行再利用，真正減少了浪費，如木材加工廢料進行再利用生產(chǎn)人造板材，可將樹木的利用率從實木產(chǎn)品的60%增加到工業(yè)木材的95%[13-14]，如圖2所示。

圖2 循環(huán)利用物質(zhì)能量流動示意圖

隨著循環(huán)利用理論的發(fā)展，各種物質(zhì)循環(huán)利用的方式也日趨完善。2002年，由McDonough等[11]出版的《從搖籃到搖籃:循環(huán)經(jīng)濟設(shè)計之探索》一書揭示了早期循環(huán)利用概念中隱含的弊端，并結(jié)合人類社會發(fā)展分析現(xiàn)階段存在問題的原因，指出櫻桃樹花果豐碩卻不會耗盡周邊資源，落葉落果反而降解成為滋養(yǎng)環(huán)境的養(yǎng)分，根據(jù)櫻桃樹的這種零浪費的生長模式，提出了從搖籃到搖籃理論，希望以此達到更加高效的物質(zhì)循環(huán)模式，如圖3所示。

圖3 “從搖籃到搖籃”物質(zhì)能量流動示意圖

從搖籃到搖籃理論中的物質(zhì)流分為了生態(tài)物質(zhì)流與工藝物質(zhì)流(即工業(yè)物質(zhì)流)。通常認為生態(tài)物質(zhì)流中的“廢棄物”都是有益于自然界的“食物”；而將工藝物質(zhì)流中的“廢棄物”拆解后重新做成新產(chǎn)品或建筑材料。理論上整個物質(zhì)流全程不會產(chǎn)生浪費，也不會有真正的“廢棄物”產(chǎn)生。為了達成這一目的，在設(shè)計開始之時便會盡量排除各種不利于上述2條物質(zhì)流的物質(zhì)，此外，也需要針對所需材料本身選取整個生命周期內(nèi)對各系統(tǒng)造成傷害相對較小者，后續(xù)依靠創(chuàng)新和設(shè)計完善整條物質(zhì)流，使其最終達到理想的狀態(tài)。

1.2 超級利用理念的形成

超級利用理念由荷蘭超級利用工作室提出，是在從搖籃到搖籃理論基礎(chǔ)上進一步發(fā)展而來的新型資源循環(huán)利用策略。在從搖籃到搖籃理論中，工藝物質(zhì)流所包含的材料大多仍需要經(jīng)過一系列的再加工，重新成為可使用的原材料。雖然該過程相較之前簡單的回收利用更加科學合理，但仍需要消耗能量并產(chǎn)生污染。超級利用工作室認為，其中的很多能量也是可以節(jié)省的，通常的做法是避免回爐重造，直接將某些材料和部件用于新項目。正如工作室創(chuàng)始人之一Jongert[15]在建筑基金會講座中所提到的:“在我們的設(shè)計中，樹葉并不是離開樹，而是直接轉(zhuǎn)化成樹木的其他部分繼續(xù)存在?！贝送?，Jongert還認為從搖籃到搖籃理論所描繪的物質(zhì)能量循環(huán)是單一系統(tǒng)內(nèi)的閉環(huán)，大部分物質(zhì)循環(huán)在這一系統(tǒng)內(nèi)完成，而超級利用理念主張多個系統(tǒng)間相互交流，即某些在當前循環(huán)無利用價值的材料，可以在另一循環(huán)的某一環(huán)節(jié)發(fā)揮價值，這樣多個不同的循環(huán)系統(tǒng)之間打破閉環(huán)流通相互關(guān)聯(lián)，使得盡可能多的材料得到超級利用，實現(xiàn)最大化的資源節(jié)約，如圖4所示。也就是說在這一理念指導下誕生的作品可能由各種“廢棄物”制作而成，而且所使用的“廢棄物”可能來自完全不同的領(lǐng)域[16]。這些廢舊材料在確認符合要求后，經(jīng)過簡單的處理便可以得到重生，從而成為新事物的組成部分。

圖4 “超級利用”物質(zhì)能量流動示意圖

超級利用理念是受到從搖籃到搖籃理論的啟發(fā)，二者有諸多相似點，包括從設(shè)計開始整個物質(zhì)流運轉(zhuǎn)方式，對項目生命周期中產(chǎn)生“廢棄物”的再利用方式，零浪費、零排放的設(shè)計目的等。但從搖籃到搖籃理論著眼于新建一個完整的循環(huán)，所運用的材料在制造時便考慮到再利用的可能性，建成的循環(huán)將不再向外界排放污染。而超級利用理念則是超級利用工作室在眾多城市循環(huán)代謝理念中的一環(huán)，更著重于建筑、家具、裝飾等單體層面，主張運用容易得到的舊材料，特別是建造時并未考慮再利用的材料到新的循環(huán)之中，最終產(chǎn)生的廢棄物將盡可能的應(yīng)用于其他項目。

1.3 設(shè)計要點與輔助工具

超級利用理念在建筑設(shè)計領(lǐng)域中最直觀的體現(xiàn)是材料的應(yīng)用方式。超級利用設(shè)計是一種以材料為主導的設(shè)計，由于廢舊材料并不像全新建材那樣有著穩(wěn)定的來源，因此在超級利用理念指導下的建筑設(shè)計是以材料為主導的，沒有保證材料穩(wěn)定供應(yīng)的情況下難以開展項目建設(shè)。如工作室早期的一個入口改造項目中，團隊最先決定使用樹坑格柵作為主要建材，但正式建造時卻發(fā)現(xiàn)先前選定的樹坑格柵已經(jīng)處理掉，只能重新設(shè)計并臨時更換材料。因此，工作室認為超級利用指導下的設(shè)計應(yīng)該是一個設(shè)計與材料尋找同步進行的過程，不但可以開發(fā)所找到的材料潛力，而且還會減少因后期材料不足而帶來的設(shè)計返工和人力損耗。超級利用非?？简炘O(shè)計師對于舊材料的創(chuàng)新應(yīng)用能力，能夠獨出心裁地開發(fā)出材料的新用法才能真正做到對舊材料的超級利用。

為了更有效地尋找廢舊材料，超級利用工作室提出了收獲地圖的概念。收獲地圖是基于谷歌地圖的材料信息分布圖，由設(shè)計者調(diào)研獲取并上傳或直接由材料供應(yīng)商提供，將各種廢舊材料按木材、金屬、布料、玻璃制品等屬性進行分類。地圖上的每個圖釘代表了一處廢舊材料供應(yīng)商，點擊之后進入詳細信息界面，包括材料種類、具體位置、應(yīng)用舉例、供應(yīng)商價格等各種有用信息，如圖5所示。工作室希望更多人使用收獲地圖分享其擁有的舊材料，詳細的信息將節(jié)省設(shè)計師尋找材料的時間和人力，設(shè)計師可以收獲地圖所提供的各種信息，快速選擇距離基地最近的適宜材料，更加高效地完成設(shè)計工作。

圖5 收獲地圖界面圖

2 超級利用理念的可持續(xù)建筑設(shè)計應(yīng)用解析

超級利用理念在實際操作中根據(jù)具體情況而定，整個設(shè)計的核心在于材料的收集整理和重新設(shè)計，而如何減少污染排放和資源消耗是其作為可持續(xù)設(shè)計策略需要解決的重要問題。以超級利用工作室已完成項目對上述問題進行解析和探討。

2.1 維普洛別墅

2009年建成的維普洛別墅坐落于荷蘭恩斯赫德市郊區(qū)的羅姆貝克區(qū)，這一私人住宅項目不僅是超級利用工作室的代表作，也是工作室在超級利用理念指導下設(shè)計并建造完成的第一座完整建筑，如圖6所示。項目的設(shè)計與施工過程可看作基于超級利用理念的可持續(xù)建筑設(shè)計模板，項目進行期間工作室還提出了收獲地圖這一重要工具，對于理念的完善具有重要意義。

在基于超級利用理念的設(shè)計中，其材料收集與設(shè)計是同步進行的，該案例中由于收獲地圖概念剛剛提出，建筑師可利用的資料有限，材料獲取階段仍需要靠傳統(tǒng)的實地調(diào)查走訪，這也是最初推廣實踐超級利用模式繞不開的一步。因此，為盡可能減少排放，同時也為了減少后期的尋找材料里程，在案例中材料選取的主要范圍劃定為以基地為中心向外輻射15 km的區(qū)域內(nèi)，如圖7所示。

圖7 維普洛別墅項目收獲地圖

在劃定范圍內(nèi)所能搜尋到的材料會初步進行分類，確定其大致用途并以此為基礎(chǔ)進行設(shè)計。如在案例中主要結(jié)構(gòu)的鋼架來自附近舊制布工廠的廢棄機器。此處設(shè)計也再次體現(xiàn)出超級利用理念下設(shè)計與材料的相互制衡關(guān)系。初步的設(shè)計由于沒有考慮到舊鋼架翻新處理時可能存在的損耗問題，導致在翻新后的鋼架運抵基地時長度與方案不符，使得方案整體數(shù)據(jù)需要再次調(diào)整，如圖8所示。除了作為主要支撐結(jié)構(gòu)的鋼架，團隊還收集了周邊地區(qū)被拆除房屋的木質(zhì)構(gòu)件以及鐵路枕木，作為維普洛別墅的樓板，舊電纜線圈木板作為外立面主要構(gòu)成部分。此外，收集到的材料除了用作建筑主體結(jié)構(gòu)之外，還根據(jù)其特性用于裝飾以及家具制作。這一階段對回收材料的設(shè)計利用也是超級利用不同于以往舊建筑材料再利用之處。之前的再利用理念均強調(diào)在統(tǒng)一體系內(nèi)的材料再利用，如舊建筑材料再利用強調(diào)對舊建筑實行拆解以盡可能保存舊建筑構(gòu)件并將其運用于新建筑之上；而在超級利用理念中，可用于新建筑的不再局限于舊建筑材料，其目的是建立一種不同體系間舊材料再利用的機制，最大化發(fā)揮舊材料的潛在作用。

對舊材料的翻新處理是方案設(shè)計階段面臨的重要問題，需要盡可能地在減少污染的前提下將舊材料轉(zhuǎn)化為新建筑的構(gòu)成部分。在維普洛別墅中，鋼架進行了除銹和重新噴漆的翻新處理，為了方便后期建造，對其末端進行了相應(yīng)的加工，使之成為建筑構(gòu)件。電纜線圈木板由于其數(shù)量眾多且形式一致，將用作外立面材料，之后事務(wù)所還使用了一種專利技術(shù)對其進行熱處理，可以延長40年的使用壽命，如圖9所示。別墅衛(wèi)生間墻面，由壓碎的咖啡杯制成的面磚組成。制作家具的回收材料則經(jīng)過簡單的處理，如廣告板制成的櫥柜和雨傘架制成的射燈，翻新過程不會使用太多額外的資源，具有更佳的環(huán)保特性。

據(jù)統(tǒng)計，維普洛別墅項目所用建材中有60%是回收的材料，其中主體結(jié)構(gòu)所用鋼材有90%來自回收的鋼材，基本可以替代全新鋼材使用。根據(jù)各種材料所包含的物化能計算，使用新鋼材與回收鋼材相比，每m2多消耗超過8倍的能量；在減少溫室氣體排放方面，使用新的木板和鋼架比舊的分別多排放15和8倍的二氧化碳[17]。如圖10所示，在超級利用這一理念指導下，以資源分布為基礎(chǔ)的建筑建造無論是在資源消耗還是溫室氣體排放方面都要遠低于傳統(tǒng)模式。這正是超級利用所提倡的，更加充分地發(fā)揮各種廢舊材料的潛力以達到節(jié)約自然資源、減少浪費，營造更加科學合理的能量流動與物質(zhì)循環(huán)模式理念。

圖8 別墅使用鋼架圖

圖9 別墅使用的舊電纜線圈、木板圖

圖10 能耗對比計算圖

2.2 沃爾姆總部

沃爾姆總部更新項目是超級利用工作室于2011年為鹿特丹前衛(wèi)娛樂研究所沃爾姆俱樂部進行的室內(nèi)改造項目，體現(xiàn)了工作室對于廢舊材料的創(chuàng)造性應(yīng)用和遵循超級利用理念進行設(shè)計的重要技能水平。

由于收獲地圖等一系列工具的發(fā)展完善，使得設(shè)計過程更加接近工作室的預想狀態(tài)。大量的前期材料調(diào)研從收獲地圖這一在線工具開展，無需工作人員前往實地搜尋，節(jié)省了大量人力、時間、資源，也減少了相應(yīng)的污染排放。大量舊材料依然本著就近取材的原則，從基地周邊十余公里的范圍內(nèi)取得，只有少部分材料由于項目本身的屬性選取了需要耗費更長運輸里程但更具有個性的物品。項目對于原建筑結(jié)構(gòu)的改動盡量減少不必要的浪費，更新改造主要在于引入重新設(shè)計利用的各類舊材料所制成的家具，營造出適合不同區(qū)域性格的氛圍，而不像傳統(tǒng)意義上的建筑更新改造對整棟建筑進行翻新，制造出更多的廢棄物。

此前維普洛別墅項目積累的經(jīng)驗讓工作室成員能夠更加大膽地進行設(shè)計創(chuàng)新，使得這一項目的改造充滿了設(shè)計師對材料利用的奇思妙想。改造后的沃爾姆俱樂部室內(nèi)所用材料有70%來自于回收材料，主要包括被拆除建筑上的舊板件、舊家具、廁所隔板、電纜線圈木板、文件柜，甚至舊飛機等，都在這一項目中獲得新生。如圖11所示，電影放映區(qū)域是俱樂部中一處重要的公共場所，使用了廢棄客機作為主要材料來源。設(shè)計師將機身切割成為墻體和天花板，把燈光巧妙地隱藏在原本的飛機舷窗中，還直接利用了原有的機艙座椅，為觀眾提供奇妙的視覺氛圍和舒適的觀影體驗。衛(wèi)生間也是由各種廢棄物品改造而成，如廢舊機器部件制成的洗手池以及舊水箱制成的廁所隔間等。在門廳，從檔案館回收的可移動文件柜被改造成可移動桌椅組合，根據(jù)需求可以將幾組桌椅任意組合拆分，廢輪胎則變成了休息區(qū)沙發(fā)。

圖11 沃爾姆總部改造項目圖

這些改造都反映出在遵循“超級利用”理念進行設(shè)計時，設(shè)計師對于不同材料屬性的熟悉度，以及在設(shè)計中運用的熟練度和創(chuàng)造性，使設(shè)計師對材料的全面把控和創(chuàng)新、探索精神有了更高的要求。

3 結(jié)語

超級利用理念作為可持續(xù)循環(huán)設(shè)計的前沿思想，是對前人理論的進一步完善和發(fā)展，在物質(zhì)與材料方面有著積極的應(yīng)用價值，為回收處理廢舊材料提供了全新的思路。從已完成的案例來看，基于設(shè)計思想能夠從多方面減少資源消耗和污染物排放，符合可持續(xù)發(fā)展的時代潮流。該理念并不局限于建筑設(shè)計，而是涵蓋城市設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、藝術(shù)設(shè)計等多個領(lǐng)域，日后隨著實踐的進一步發(fā)展推廣，勢必在節(jié)約資源方面做出更大的貢獻。同時，除了材料層面，人力、能源供應(yīng)、水資源、運輸和食品等領(lǐng)域都在超級利用的考慮范圍之內(nèi)，這也是超級利用工作室所致力的將各種資源做到最優(yōu)化利用，其內(nèi)核中包含的創(chuàng)新精神驅(qū)動著使用者不斷適應(yīng)新的時代需求并創(chuàng)造性的處理和使用材料，充分挖掘廢舊材料的潛力。若借鑒和推廣超級利用的設(shè)計理念，突破傳統(tǒng)思維方式的束縛，學習其靈活的材料利用方式，將大幅減少自然資源的浪費和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染排放，解決因我國城鎮(zhèn)建設(shè)高速發(fā)展而出現(xiàn)大拆大建、浪費嚴重的問題，契合當前建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的發(fā)展目標。

通過實際案例解析不難發(fā)現(xiàn)，超級利用理念在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用存在一定的局限性。(1)不穩(wěn)定的原材料供應(yīng)使得材料的獲取仍然具有一定難度，導致建設(shè)的規(guī)模一般較小，多是利用廢舊材料進行建筑更新、制作建筑小品、制作家具等，而且每個項目都無法復制，這在推廣上增加了難度；(2)收獲地圖等工具和平臺仍不夠成熟，雖然工作室前期為了保持收獲地圖活力、構(gòu)建適合生態(tài)而進行了大量實地調(diào)研，建立了專用網(wǎng)站，傳授材料再利用知識，鼓勵人們使用回收材料，但收獲地圖網(wǎng)站運營至今，材料信息仍局限于荷蘭境內(nèi)，且具有一定滯后性。若將其引入我國，需協(xié)調(diào)好材料供應(yīng)商、設(shè)計師、普通個人，甚至企業(yè)、政府部門之間的關(guān)系，保障材料信息具有較好的實效性，使之較快形成能夠自持的生態(tài)圈。此外，要讓使用者接受舊材料建成的建筑需要一定的觀念轉(zhuǎn)變，設(shè)計師對材料特性的把控也會成為限制其發(fā)展的重要因素。