浅谈集装箱建筑的优缺点及环境控制技术

王 松 王江波

(空军研究院工程设计研究所，北京 100068)

集装箱建筑，从它的起源上讲，是利用集装箱作为空间载体，通过一定的技术改造，使其满足人们使用需求的一种特殊建筑形式。随着集装箱建筑的不断发展，其便捷性和环境友好性等多种优良属性被人们不断发掘，集装箱建筑也不再限制于对废旧集装箱改造这一单一模式，而出现了以集装箱结构体系为框架，采用新的围护材料及预制构件组合而成的装配式预制房屋，其尺寸大小符合国际通用集装箱标准，但性能更加优越，功能也更加丰富。由于集装箱建筑环境控制技术的不断提高，其使用寿命也不断延长，集装箱建筑已逐渐被广泛运用于各种建筑类型。

1 集装箱建筑的发展历程

1901年俄国在世界上首次使用木材建造箱式房屋，开启了箱式建筑在世界各国的发展。美国的John M.DiMartino将箱式建筑设计方法与闲置集装箱改造相结合，最先提出了模数化的集装箱建筑体系，并于1983年申请了专利。集装箱建筑的首次大规模应用是在1991年的海湾战争时期，主要用于运送战俘及军用临时建筑[1]。此后，集装箱建筑开始受到广泛关注，从简易的单箱临时建筑，到多箱体的住宅及小型公共建筑，再到复杂形体的商业，文化建筑，集装箱建筑的改造、研发和应用活动在世界各地广泛开展。

我国集装箱建筑发展起步较晚，蔡伟杰、蔡仁洋于2002年申请发明专利“快速安装集装箱式建筑物”，在国内率先提出以集装箱和集装箱部件为主要构成单元的建筑物。2004年，香港中文大学的柏庭卫、顾大庆和胡佩玲出版了国内第一本关于集装箱建筑的著作《香港集装箱建筑》，该著作以香港和集装箱建筑为研究对象，从类型学的角度总结了集装箱建筑的设计原理和组合形式。近年来，以中集集团为代表的集装箱企业开始大力发展集装箱建筑，已经形成了一套较为成熟的生产体系。中集集团还组织开展国家《集装箱模块化组合房屋技术规程》的编制工作，该规程于2013年6月在全国范围内出版发行。

2 集装箱建筑的优缺点

2.1 集装箱建筑的优点

集装箱建筑的优点可总结为安全坚固、模数标准、施工简易、灵活便捷、节能节材五个方面。

2.1.1 安全坚固

集装箱最早是作为货运载体而存在的，在风吹日晒的运输环境中能够反复使用，其本身的安全性和坚固性较好，一般情况下，集装箱单元的基本结构不易破坏，可以保证居住使用上的安全性，为满足运输要求，集装箱具有成熟的水密性设计，具备良好的防雨功能。

2.1.2 模数标准

1970年，国际化标准组织(ISO)确立了集装箱的全球统一标准，统一了集装箱的模数尺寸。因此，集装箱建筑保留了集装箱的工业模数化特性，标准化程度高，无论是设计、生产还是施工中，均形成了一套基于标准模数的工法流程。

2.1.3 施工简易

集装箱建筑具有标准的模数体系，装配构件都在工厂中预制加工完成，现场作业量小；加之施工团队的专业化、机械化程度较高，施工速度快，集装箱建筑的施工与传统建筑的施工相比，省时省力，有效节约了劳动成本。

2.1.4 灵活便捷(图1)

图1 折叠集装箱

集装箱建筑的建筑造型灵活多变，有排列式、积聚式、单元式、集合式、夹心式、架空式等多种组合形式[2]。此外，集装箱自重较轻，在地震带更安全，对基础的要求更低。集装箱的安装和拆卸也十分便利，方便运输。目前还出现了一种折叠式的集装箱建筑，无需拆卸，折叠后即可立即运输，节省了安装和拆卸的时间。

2.1.5 节能节材

集装箱建筑的所有单元构件均根据国际标准化生产制作，现场安装，对环境的破坏程度较低。其次，与传统建筑材料混凝土相比，集装箱建筑材料主要以钢、木为主，报废后的材料可以有效的回收利用，减少了碳足迹，有利于循环经济的发展。

2.2 集装箱建筑的缺点

集装箱建筑的诸多特点使其在很多方面比传统建筑更具发展潜力，但作为一个较为“年轻”的建筑学分支，集装箱建筑在某些方面发展尚不成熟，存在一些缺点与不足。

2.2.1 层数限制

常规的集装箱建筑由于连接方式的限制，层数一般控制在1-3层，对于高度更高，造型更为复杂的建筑产品，常规的连接方式已经不能满足节点连接的牢固性与整体结构的安全性。

2.2.2 空间限制

单个集装箱箱体长度为6m和12m，和一般房间的尺寸相近，但其高度只有大约2.5m，宽度2.4m，作为建筑空间而言是偏低、偏窄的，且集装箱内部需要进行二次装修，顶棚安装会进一步降低层高净空，管道的铺设还需要抬高地面，空间高度会更加局促。

2.2.3 结构过热

集装箱箱体外围护结构为金属板材，导热系数大，无法满足建筑室内对外围护结构热工性能的要求，因此需要对其进行保温隔热处理。

3 集装箱建筑的环境控制技术

3.1 保温

集装箱建筑的保温可分为箱体外保温系统和箱体内保温系统两种。

3.1.1 箱体外保温系统

箱体外保温系统即使用防腐木板隔层、白色陶瓷隔热保温涂料等外保温装饰材料对集装箱进行包裹，外保温可以遮盖集装箱的外表皮，保温效果好，且减少对集装箱内部空间的侵蚀，但外保温一般在集装箱建筑整体完成后进行施工，现场作业较为复杂。

3.1.2 箱体内保温系统

箱体内保温系统即将保温材料填充于集装箱箱体外围护板材与内饰板材之间，采用内保温的围护板材便于预制加工及运输安装。内保温设计应兼顾围护结构的内装饰设计，力求保温隔热材料和内装饰材料的一体化在装修，内保温围护结构的露点位置是在靠近外墙内侧的表面存在结构冷(热)桥的部位，这些部位因内外温差过大常常产生结露现象，在内保温设计中应避免结构冷(热)桥的存在。

3.1.3 彩钢夹芯板内保温系统(图2)

图2 彩钢夹芯板内保温

彩钢夹芯板是将彩色涂层钢板面板和彩色涂层钢板或镀锌钢板底板与保温芯材通过黏结剂(或发泡)复合而成的保温围护板材，按保温芯材的不同可分为硬质聚氨酯夹芯板、聚苯乙烯(或挤塑聚苯乙烯)夹芯板和岩棉夹芯板。彩钢夹芯板间采用咬合连接形式；用于潮湿场所的，可预先在面板表面高频热合PVC饰面。彩钢夹芯板内保温系统一般用于干箱箱体结构、对保温性能要求不高的集装箱式活动房。

3.1.4 龙骨内保温系统(图3)

图3 龙骨内保温系统

龙骨内保温系统是配合石膏板、纤维水泥板、硅酸钙板、氧化镁板等内墙装饰板而采取的一种内保温形式。箱体结构结合轻钢结构住宅的构造特点。薄板轻钢龙骨既作为结构承载构件，也作为内墙板的固定基础，外侧版可为干箱大波筋、平板、墙面压型板等多种截面形式，龙骨间通常填充岩棉和玻璃棉等纤维状保温材料。

3.1.5 复合保温石膏板内保温系统(图4)

图4 石膏复合保温板

欧洲于20世纪70年代初开始在建筑上应用复合保温石膏板内保温系统，经过近40年的大规模工程实践和考验，已形成完善的技术标准，成为欧洲主流的建筑围护结构保温系统。自2006年由以拉法基为代表的外资建材企业引进我国之后，该系统已通过建筑行业的一系列理论和检测论证，发布相关技术规程和图集，并成功应用于许多工程项目中。复合保温石膏板兼有石膏板的装饰性和保温材料的出色保温性能，实现集装箱活动房保温材料和内墙装饰板的一体化装修，提升装修效率。

3.1.6 聚氨酯内保温系统

聚氨酯内保温系统是结合冷箱发泡技术而成的一种集装箱活动房围护结构的内保温系统，其主要工艺特点是预先对集装箱活动房各围护结构进行聚氨酯模压注射发泡，从而形成顶、侧、底等几大总装部件，总装后，再对各整体部件交界处进行二次发泡。聚氨酯内保温系统适用于各种形式的箱体结构。

3.2 隔热

3.2.1 遮阳隔热

集装箱建筑的遮阳设计主要采用添加外部遮阳构件的处理方式，可分为遮阳板、遮阳布和遮阳百叶三大类。

3.2.2 遮阳板(图5)

图5 集装箱遮阳板

遮阳板是将饰面板通过外挂或者独立结构的形式与集装箱组合，起到遮阳作用，同时兼有防雨排水的功能。

3.2.3 遮阳布(图6)

图6 集装箱房入口处的张拉遮阳布

遮阳布是一种柔韧性较强的织物，可采用外挂幕布的形式垂吊于集装箱的侧板外，也可采用张拉形式固定于附加集装箱外侧的金属骨架上。与遮阳板相比，遮阳布强度较低，耐久性较差，但造价更低，也易于更换。

3.2.4 遮阳百叶(图7)

图7 Infiniski宣言之家

遮阳百叶通过外部龙骨固定于集装箱房的外侧立面，不仅可以有效减少太阳辐射，也可以形成一种统一并富有韵律的建筑形式。

3.2.5 绿植隔热

绿植隔热的策略是通过在集装箱建筑外围护结构上种植绿色植物，遮挡并吸收阳光热量，减少箱体表面的热辐射，从而达到降低室内温度，保证环境舒适的要求。绿色植物不仅可以遮阳，还可以提供冷气流，从而减少建筑整体的热能耗。绿植隔热主要分为屋面绿化和侧墙绿化两类。

3.2.6 屋面绿化(图8)

图8 立方体住宅

屋面绿化是指在建筑的屋顶上种植绿色植被，吸收太阳辐射热，从而控制室内环境温度。

3.2.7 侧墙绿化(图9)

侧墙绿化是指在建筑侧墙上种植绿色植被，吸收太阳辐射热，从而控制室内环境温度。

3.2.8 隔热涂料

隔热涂料是指最近发展起来的一种阻挡、反射、辐射太阳光近红外热量的功能性水性涂料，令屋面隔热降温，节能减耗。具有隔热、防水、防锈、防腐、工期短、见效快等特性，全面取代水喷淋系统，保温棉、发泡海绵、夹层铁皮等。隔热涂料从特性原理分类主要有三种：隔绝传导型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料。

3.2.9 空气隔热

空气隔热是采用带有空气通风夹层的幕墙做法。具体构造如图10。

图10 复合板外保温(隔热)外墙实例

3.3 防锈

3.3.1 涂层防锈

涂层防锈是指在钢材的表面涂抹一层涂料，以隔绝钢材与环境接触，防止生锈。如油性防腐漆(价格低廉，但含有毒物质，国家已限制使用。)、水性金属防锈漆、防锈颜料。

3.3.2 电位防锈

电位防锈即电化学防腐，是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为服饰电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。电位防锈用于有水或潮湿环境中的集装箱建筑防锈工作。

3.3.3 材质防锈

材质防锈是指通过改变材料表面的材质以阻断锈蚀作用。以COR-TEN耐候钢为例，其本身并不防锈，在非保护状态下，初期与普通碳钢一样会产生锈蚀，但是后期由于Cu，P等元素富集于钢材表面，形成一层致密的非晶态锈层组织，阻断了钢材的锈蚀过程和锈蚀环境，从而实现了耐候防腐的作用。

3.4 防火

3.4.1 防火涂料

防火涂料是指可涂抹在集装箱体的内外表皮、梁、柱等金属构件表面的面层，提高材料的耐火能力，减缓火焰蔓延传播速度，或在一定时间内能阻止燃烧。

3.4.2 防火封堵

防火封堵是指用防火材料封堵集装箱构件连接组合时形成的贯穿空腔、缝隙，以免火势通过这些空腔缝隙蔓延。

3.5 隔声

3.5.1 空气声隔声

在集装箱建筑中，箱体内侧饰面板与外侧钢板存在空气间层，建筑的内隔墙也为存在空气间层的双层墙壁，这些空气间层可形成声音的传播通道，应注意封堵，例如用防火材料进行封堵。

3.5.2 撞击声隔声

撞击声是指集装箱建筑中组合构件之间因震动撞击产生的噪声。如门窗、楼梯、厨房操作台等位置产生的噪声，此类噪声应在震源部位做必要的隔声、隔振处理，选用消音隔振的材料和构造措施，如弹性减震构造、木构件或钢木构件的使用。

4 结 语

集装箱建筑是一种具有生态效益的可持续性建筑形式，不仅有效利用了闲置的集装箱体，也形成了模数化、规模化的生产体系。在集装箱建筑的生产改造中，要注意扬长避短，最大程度的发挥集装箱建筑的优势与特点，并将新材料、新技术运用到集装箱建筑的设计研发中，将集装箱建筑向着更为广阔的建筑领域不断推进。集装箱建筑的发展需要一个从粗到精的过程，大众对集装箱建筑的认识也需要一个由浅入深的过程。相信随着经济社会的不断发展，集装箱建筑的重要性将不断凸显，人们对集装箱建筑的认识也将愈加完善，越来越多的集装箱建筑将会出现，在不同领域中发挥其独到的作用。