灾后避难建筑：纸管房屋与新设计方法的成功应用

1.灾后避难领域

海啸、地震、台风、洪灾、火灾等灾难给社会造成了巨大的人员与财产损失，灾后大量灾民流离失所，急需庇护与居住场所，因此灾民安置便成为灾后最为紧迫而重要的工作。目前世界上许多国家与国际组织对于灾后避难建筑都给予了高度重视，对其进行了大量的研究。如印度内政部2006年颁布了《台风与海啸灾后避难建筑设计与建造指导标准》，欧盟于2009年成立了欧洲灾后紧急临时庇护所管理机构，联合国颁布有《灾后避难所援助标准》等。在此背景下，可移动建筑以其移动运输的便携性、建造的快速性、居住的安全性等优势成为灾后避难建筑的首选。

根据灾难后救援与重建的过程，灾民安置大体可分为紧急临时避难、过渡性临时居住以及重建永久性住房三个阶段。国际上灾后避难建筑主要包括紧急临时避难所和过渡临时性住房两大类别，建筑类型主要以各类便于移动运输和快速建造的救援帐篷、装配式活动板房、箱式可移动房屋为主。目前，以日本、欧盟为代表的一些国家和地区在灾后避难建筑领域的研究取得了一定成果，其通过结合灾区具体特点，运用新结构、新材料及创新的设计方法，使灾后避难建筑具有了较快的建设速度和较好的技术性能。中国在汶川大地震后，由住房和城乡建设部颁布了《地震灾区过渡安置房建设技术导则》，并于2009年5月1日起实施了《中华人民共和国防震减灾法》，在全社会层面提高了对灾后避难建筑建设的重视程度。国内很多企业也通过结构、材料等层面的技术革新推出了自己的灾后过渡安置建筑产品，但其中多数仍以装配式活动板房为主，其在建筑性能、居住品质和功能适应性层面上仍有不少亟待解决的问题。因此提高灾后避难建筑的功能适应性、建筑性能和居住品质已成为我国灾后避难建筑未来改进发展的方向。

日本建筑师坂茂长期关注灾后避难建筑设计，他强调设计应结合灾区的现实情况，坚持快速的建造原则与低成本的经济性原则，从灾民的角度出发，考虑灾民的实际需求。坂茂通常要在对灾区进行现场走访了解真实情况后，才开始真正的设计。对于避难建筑的建造，坂茂通常采用当地或捐助的材料，并请志愿者或灾民亲自参与。坂茂创造性地将“纸管房屋”运用到了灾后避难建筑领域。1995年日本阪神大地震后，坂茂在灾民紧急临时住房设计中，以106mm直径、4mm厚度的纸管作为建筑的外围护结构，将野外帐篷材料用做屋顶，以填充有沙袋的啤酒板条箱作为基础（图2－17）。一座52m2的紧急临时住房所需要的材料成本不超过2 000美元，建筑建造拆卸简便，纸管等材料可回收处理再利用。此外坂茂还在震区以纸管为主要结构材料，建造了一所临时教堂，教堂通过160名志愿者在短短5天时间内便建造完成（图2－18）。此后坂茂的“纸管建筑”还在中国、卢旺达、印度、土耳其等国灾区得以应用。在2011年日本3·11大地震的灾后重建中，坂茂设计并参与建造了宫城县女川町的集装箱临时住宅。临时住宅由经过改造加工的20ft标准集装箱上下叠加组合而成。住宅高三层，结合集装箱的平面尺寸与空间特点设计有三种户型，适用于不同人口结构的家庭（图2－19）。坂茂设计的集装箱临时住宅拥有优秀的抗震性能，并可作为永久性住宅使用，其快速的建造方式大大缩减了建设周期，为日本政府建立新的灾后紧急临时住宅与救灾设施标准提供了良好的原型案例。

图2－17　纸管房屋

图片来源：http：／／www.shigerubanarchitects.com／works／1995＿paper－log－house－kobe／index.html

图2－18　纸质教堂

图片来源：http：／／www.shigerubanarchitects.com／works／1995＿paper－church／index.html

图2－19　集装箱临时住宅

图片来源：http：／／www.shigerubanarchitects.com／works／2011＿onagawa－container－temporary－housing／index.html

在我国汶川大地震后，由丹麦马士基集团援建，在绵阳六中坍塌的校址之上建立起一座集装箱博爱中学。整体校园建筑由52个经改造过的40ft标准集装箱构成，建筑两层，包括26间教室和若干办公室，项目从开工到落成只用了8周的时间（图2－20）。此外，中集集团在汶川援助建设了集装箱化的雁门中心学校，利用可移动的集装箱化箱体完成了包括教学、办公、宿舍、食堂等功能在内的校园整体解决方案。学校由171个集装箱化可移动房屋箱体组成，总建筑面达3 000m2，可容纳1 100多名学生学习和生活。学校从规划、设计、生产制造、运输到最后组装仅用时3个多月，总体工程量的80%在工厂中预先制造完成，现场部分只占20%，大大加快了灾后重建的进度（图2－20）。

图2－20　绵阳集装箱博爱中学（左）与汶川雁门中心学校集装箱化校区（右）

图片来源：http：／／dlc9921.blog.sohu.com／102578230.html；http：／／www.chinaccia.com／news.php？id＝8352

香港中文大学的朱竞翔教授在2009年四川广元剑阁县下寺村新芽小学的重建中，设计研发了新型轻型钢框架建筑系统。此系统在保持了轻型钢框架系统建造快速的基础上，通过围护结构的创新，提高了建筑的热工性能。轻型钢框架与外围护板共同构成复合结构，由C型钢龙骨构成立柱、连系梁与水平构件，整体结构通过连系杆拉结。外围护墙板完全覆盖于钢框架外侧，避免了冷热桥问题。建筑系统使用了标准化的平面结构模数，主要建筑构件及材料均在工厂预制生产，在施工现场通过机械连接等干作业方式进行组装。此建造模式既简化了施工流程，提高了建造效率，也便于建筑分解拆卸和异地重新装配建造。450m2的校舍由8位专业工人、10位当地村民和30位大学生志愿者耗时2周建造完成。每平方米建筑造价约人民币1 300元，与当地新建住宅成本相当，建筑寿命可达20多年［6］。建筑的保温隔热性能、通风效果及舒适性能明显优于灾区大量使用的装配式轻钢活动板房和当地居民的普通住宅（图2－21）。

图2－21　新芽环保小学

图片来源：朱竞翔，夏衍.下寺村新芽环保小学［J］.世界建筑，2010（10）：48－49

2.军事领域

在世界科学科技的发展过程中，每当有重大革新技术发明出现时，其往往首先被运用到军事领域。现代战争的胜利依靠的是国家整体科技力量，其所依仗的高新科技不仅体现在作战武器系统，也体现在与民用技术紧密相关的后勤保障领域。在当前的国际军事冲突中，军队的快速反应、快速部署至关重要，可移动建筑凭借对复杂地形的适应性、形式功能的灵活性、运输的高机动性、展开的快速性以及工厂制造的经济性，在军事后勤保障领域扮演着重要角色。

第二次世界大战之后，军事后勤保障技术取得了很大的发展，军工与民用厂商针对不同的军事单位研发推出了大量标准化、通用化、轻量化的军用可移动建筑产品。其中代表性的有可快速展开的野战医疗方舱、各种类型的野战帐篷、野战活动房屋、野战机库等。Weatherhaven公司是一家在商业、军事和医疗领域从事可移动建筑产品研发制造的著名企业，其研发出了一系列不同类型的军用可移动建筑产品，具体包括各类野战帐篷、扩展式可移动方舱等。扩展式可移动方舱主要由三部分组成，中部是集装箱核心部分，两侧是可变扩展部分（图2－22）。方舱运输时呈现为集装箱形式，到达现场后两侧扩展空间可迅速展开，形成三倍于集装箱体积的使用空间，其既可放置于地面也可安装于车辆之上或由拖车牵引。扩展式可移动方舱可通过集装箱模式进行海运、空运和公路运输，现场安装只需两个人在10～15min便可完成，产品具有良好的保温隔热性能，可适用于包括极地在内的强风、高雪荷载地区。扩展式可移动方舱的标准规格主要为8ft×8ft×20ft和4ft×8ft×20ft。方舱的主体结构为钢结构或铝合金结构，可通过附属连接单元将多个房屋单元相连接，形成有序的房屋群体。扩展式可移动方舱系列产品具有多功能用途，可用做战地临时指挥所、野战居住单元、战时综合车间、野战箱式厨房、野战医院等。

图2－22　扩展式可移动方舱

图片来源：http：／／www.weatherhaven.com／products／expandable－container／mecc

可移动建筑产品在我国军队中也有着广泛的应用。例如，解放军总后勤部建筑工程研究所以标准化、通用化为目标研发了801型双坡式活动房（图2－23）。该活动房屋以轻质高强的铝合金型材作为结构材料，以铝蒙皮和聚氨酯夹芯复合板作为外围护材料，在现场可快速装配建造。活动房屋分为基础、结构框架、面板、附件四部分，结构框架采用了折叠结构，可迅速展开，便于运输和拆装。屋面板、墙面板、门窗板通过铝合金结构型材的凹槽插接固定，结构框架通过螺栓与地圈梁连接固定，地圈梁再与地面相锚固。此活动房屋由于采用了铝材作为主要的建造材料，房屋的耐久性与重复使用效率得到很大提高［7］。

图2－23　军用双坡式活动房

图片来源：李强，郝际平.拼装式铝合金活动房在竖向荷载作用下的蒙皮效应［J］.建筑结构，2010，40（11）：87

3.城市公共领域

在以固定建筑为主体的城市中，可移动建筑同样扮演着重要角色，它是城市固定类建筑的有效补充，其凭借自身的临时性、低成本、可移动特性为许多特殊的功能需求提供了解决之道。可移动建筑在城市中除了常应用于建设工地外，还可广泛用做办公类建筑、商业类建筑、酒店类建筑、文化教育类建筑、展览类建筑、体育类建筑等。

城市对建筑的功能需求是多样的，可移动建筑利用自身的特性，为城市提供了固定建筑所不具备的可移动综合解决方案。建筑师洛伦佐·阿皮瑟拉（Lorenzo Apicella）在城市公共领域设计了一系列满足不同商业需求的可移动建筑产品。他的设计打破了交通工具与建筑物之间的界限，充分利用了传统货运拖车的自身条件，创造出交通工具与建筑相结合的新颖建筑形式。洛伦佐·阿皮瑟拉在他完成的信托储蓄银行（TSB）移动银行与酒店（图2－24）、香港旅游协会（HKTA）展示馆和沃尔沃（Volvo）汽车移动营销单元三个项目中，都利用了标准货运卡车底盘作为建筑的基础。此基础具备交通运输工具的特性，为建筑的移动运输提供了便利。当建筑安放于坐落地点后，其又可以通过外观形式的改变来掩饰自身交通运输工具的特征。建筑的底盘与车轮被活动平台、挡板、出入口的踏步与坡道等遮挡，使之在外观上与固定建筑无明显差别。建筑的墙面与地面、楼面通过折叠拓展出新的空间，突破了由运输条件所带来的建筑空间尺寸限制。在香港旅游协会项目中（图2－25），两个移动建筑单元平行间隔一定距离放置，两单元间通过独立的楼地板与薄膜屋面连接覆盖，形成完整的双层中庭空间。在沃尔沃汽车移动营销单元项目中（图2－26），其所要完成的目标不仅是要建立可以独立使用的移动单元，还要将众多单元组合构建成更大体量规模的建筑，完成更复杂的建筑功能。

图2－24　信托储蓄银行移动银行与酒店

图片来源：Kronenburg R.Portable Architecture［M］.Burlington：Architectural Press，2003：105

图2－25　香港旅游协会展示馆

图片来源：Kronenburg R.Portable Architecture［M］.Burlington：Architectural Press，2003：107－108

图2－26　沃尔沃汽车移动营销单元(www.xing528.com)

图片来源：Kronenburg R.Portable Architecture［M］.Burlington：Architectural Press，2003：111－113

可移动建筑应用于教育领域，将坐落于固定地点的传统学校转变为流动的学校，能够根据具体需求深入教育缺乏的社区，在移动中广泛传播知识。由詹妮弗·西格尔（Jennifer Siegal）的可移动设计工作室（OMD）设计的可移动培训中心（图2－27），主要为低收入与弱势群体提供建筑技能培训。建筑整体建造在20m长的货车底盘之上，包括抹灰、油漆、木工、电气安装等培训工作间和20m2的会议与展示空间。建筑由经济性的材料和构件建造而成，如木材、塑料片材、金属网等。当可移动建筑培训中心被运输到建造地点后，其一整面墙体可向上折叠形成连续的外廊，将各个培训空间加以连通。詹妮弗·西格尔设计的另外一个相似项目是可移动生态实验室（图2－27），它作为可移动的教室用于向美国洛杉矶好莱坞地区的小学生传递环境保护方面的知识。可移动生态实验室项目以便于移动运输、安装就位为设计出发点，利用可循环再生材料建造在10m长的标准货车底盘上。当到达建造地点后，建筑的台阶、室外平台、坡道从主体上折叠展开，使得室内外空间得以连通，内与外的界限被打破，形成可以积极参与体验的交流空间。

图2－27　左：可移动培训中心，右：可移动生态实验室

图片来源：Kronenburg R.Portable Architecture［M］.Burlington：Architectural Press，2003：29－30

可移动建筑利用自身便捷的可移动性与灵活的环境适应性，可以成为商业零售类建筑的载体。商业零售在移动状态下改变了传统的固定场所销售模式，根据市场区位、广告宣传的需要，适时改变销售地点，与商业零售的营销特征更加契合。纽约建筑设计公司LOT－EK于2008年利用24个货运集装箱为彪马（PUMA）公司设计了集零售、办公、活动于一体的可移动彪马城（PUMA City）项目（图2－28）。该建筑已经在世界不同的国际港口被组装和拆卸过多次。彪马城总建筑面积约1 022m2，由集装箱堆叠成三层高度，集装箱间通过相互错动形成巨大的悬挑和室外平台，创造出富于变化的室内外空间。建筑每层由4个12m标准集装箱水平并置，形成较大的室内开放空间。每个集装箱模块根据其自身所处位置与功能，形成不同的内部构造。彪马城首层为零售区，二层为办公、储藏区，三层为娱乐休闲活动区。此外，LOT－EK公司还于2006年设计完成了优衣库（UNIQLO）服装品牌的移动零售店（图2－29）。移动零售店由6m的标准集装箱设计改造而成，巡回放置在纽约的不同城市街区中，主要向美国民众宣传展示优衣库服装品牌。移动零售店内分为货架区、付款区和试衣间，外立面开有竖向连续长窗，透过窗户呈现出一层层放有衣物的货架，体现了该品牌仓储式的销售理念。移动零售店的试衣间进行了专门的设计，用可伸缩的管状结构限定了试衣空间。室内尽端墙面设置有整面的试衣镜，在视觉上延伸了室内空间。

图2－28　彪马城

图片来源：http：／／www.lot－ek.com／PUMACITY

图2－29　优衣库移动零售店

图片来源：http：／／www.lot－ek.com／UNIQLO－POP－UPS

大型的展演、体育类建筑是城市文体生活的重要载体，它们在塑造城市公共空间和提升市民文化生活品质上有着重要作用。部分展览、体育类建筑因其自身的功能需求，具有临时性特征，如世博会建筑、大型临时展场等。对于此类建筑，传统固定类建筑的建造方式便与其不相适应。可移动建筑以其工业化的预制装配模式，为临时性城市展演、体育类建筑提供了最佳的建造途径。FTL工程设计工作室成立于美国纽约，其工作方法是将建筑设计与其他工程设计专业进行整合，创造与应用具有轻量化、灵活适应性的建筑技术与建造方法是其核心的建筑理念。FTL尤其擅长设计可移动的张拉膜结构建筑。2002年FTL工程设计工作室用张拉膜结构为哈雷戴维森摩托车品牌设计了具有圆形平面的可移动展示帐篷（图2－30）。该建筑被用于在美国、澳大利亚、日本、德国等国家间巡回展示哈雷摩托车产品。在建筑装配过程中，位于50m跨度圆形建筑中心的核心立柱首先被安装，然后以其为圆心的安装有灯光音响设备的6根次级立柱模块被吊装，次级立柱顶端装有拱形桁架，桁架上表面覆盖有顶棚张拉膜结构。这种特殊的结构形式为该建筑创造了独一无二的建筑形式。为了缩减人工与装配建造时间，FTL将主体结构设计为“自吊装”模式，立柱中安装有电机和绞盘，可以对自身及其他设备进行自吊装。哈雷戴维森摩托车可移动展示帐篷不需要运用大型吊车与其他辅助设备便可相对快速地装配建造完成，全部结构安装完成只需要三天时间。

图2－30　可移动展示帐篷

图片来源：Kronenburg R.Portable Architecture［M］.Burlington：Architectural Press，2003：22.

伦敦奥运会射击馆（图2－31）位于伦敦东南部的皇家炮兵兵营旧址上，建筑规则的矩形体量上点缀着具有通风功能的彩色圆形孔洞。建筑外表面的白色膜结构在这些圆形结构的参与下生成了具有起伏曲面的建筑外表皮形式。射击馆内部的结构框架主要由租借的可重复拆卸组装的标准钢结构构件构成。这种体育场馆的建造模式为建筑赛后重复利用提供了有效途径，伦敦奥运会射击馆赛后经拆解后将重新装配用做2014年格拉斯哥英联邦运动会射击馆和巴西2016年夏季奥林匹克运动会篮球馆。

图2－31　伦敦奥运会射击馆

图片来源：http：／／www.archdaily.com／244370／olympic－shooting－venue－magma－architecture／

4.科学考察领域

科学考察工作通常会在野外进行，不可避免地要面对严苛恶劣的自然环境。可移动建筑为科研工作者提供了安全的庇护场所，创造了舒适的工作与生活环境，为科学研究提供了物质与空间的保证。

英国南极科学考察站始建于1956年，已在南极地区持续进行科学研究达50余年。但由于考察站建造地150 m厚的布伦特冰架以每年400m的速度不断向海洋方向漂移，以及不断堆积的冰雪正将科考站逐渐掩埋，为应对此问题英国决定重建南极科学考察站。2004年新英国南极科学考察站“哈雷六号”的设计竞赛要求发布，设计要求考察站应对脆弱的南极环境破坏最小，能够抵御南极零下30℃的严寒，考察站应完全在英国进行预制，并在南极的夏季进行现场建造组装。此外科学考察站还应便于被移动，以保持与海洋的安全距离，并有合理的措施避免被冰雪覆盖。

最终获胜并实施的设计方案采用了可移动单元模块的设计概念（图2－32）。考察站由8个独立的单元模块组成，单元间首尾相连。每个单元下部安装有液压腿状结构，腿底部装有巨大的雪橇板构件，独立单元体除了可以通过液压腿垂直升降外，还可以被牵引车辆拖拽而进行移动。“哈雷六号”科学考察站中的7个蓝色标准单元分别为科学实验模块、能源供给模块、指挥办公模块与睡眠模块，两层高的中心红色模块包含了餐饮、娱乐、健身、图书阅览等功能。科学考察站最多可同时容纳52人工作生活，然而在冬季所能容纳的人数上限仅为16人。单元模块主体结构为轻钢框架，在南极现场装配建造时，每个单元轻钢结构框架通过“雪橇腿”被牵引至建造地点，然后陆续安装室内预制功能模块与外围护体。外围护体主要由可维修替换的预制玻璃纤维增强塑料面板构成。“哈雷六号”科学考察站的能源供给在夏季部分依靠太阳能发电，而电和热力来源主要依靠四台航空燃油发电机。“哈雷六号”科学考察站于2006年开始筹备建设，2013年2月正式竣工，前后一共经历了近7年时间。

图2－32　英国南极科学考察站“哈雷六号”

图片来源：http：／／www.architectural－review.com／Journals／8／Files／2010／7／12／halleyVI.jpg；http：／／merit－merrell.co.uk／app／assets／images／home／img＿halley.jpg

2011年香港中文大学建筑学院朱竞翔研究团队受邀为上海浦东南汇东滩禁猎区工作站提供设计方案并负责统筹建造。朱竞翔团队对此项目提出了一套工厂预制、现场拼装的箱式建筑系统解决方案（图2－33）。禁猎区工作站总建筑面积近100m2，主要由两个平行的标准箱体单元构成，两个单元相距2m，箱体端头连接有两个阳台组件，整体呈现为底层架空、覆盖有木制表皮的方形体量。箱体结构主要由木龙骨与蒙皮构成，箱体尺寸为9m×3m。以标准箱体为空间基本单元，可以通过不同的组合方式产生富于变化的室内空间和建筑体量。工作站的主要功能是办公与展示，室内空间可根据功能需要进行分隔［8］。

图2－33　上海浦东南汇东滩禁猎区工作站

图片来源：吴程辉，朱竞翔.湿地中的庇护所——上海浦东新区南汇东滩禁猎区工作站［J］.建筑学报，2013（9）：25－28

5.居住领域

居住领域是可移动建筑应用最早也最为广泛的领域之一。从民族传统帐篷到房车再到集装箱可移动房屋，其在居住领域经历了不断的变迁。时至今日，可移动建筑已被广泛用做住宅、公寓、宿舍、酒店等建筑类型。

荷兰Tempo Housing公司一直致力于集装箱可移动房屋的设计、应用与推广。该公司于2006年在荷兰阿姆斯特丹完成了大规模的学生宿舍建筑群Keetwonen。该宿舍建筑群共由12栋宿舍楼组成，所有宿舍楼由1 000个12m的标准集装箱可移动模块拼装建造而成（图2－34）。每个集装箱模块由位于中部的卫生间和两侧的学习区、厨房、卧室区构成，集装箱模块成为小巧而功能完善的独立居住单元。集装箱两端开有落地大窗，以充分引入自然光线，阳台和公共外廊悬挂于建筑两侧，公共楼梯间位于各栋宿舍楼之间的连廊中。Tempo Housing公司倡导模块标准化设计，通过标准模块组合拼装的建造模式来提高建筑的质量与施工效率，减少建筑成本。该项目之所以采用集装箱可移动房屋模式，原因之一源于其建筑用地只有10年的使用年限，如果采用传统固定建筑模式势必会造成巨大的浪费，采用集装箱可移动房屋的优势在于当到达土地使用年限时，建筑不需要进行拆除，而可以拆解为独立标准单元并运输至新的地点重新建造。可移动建筑在此充分体现了其可持续性价值，最大限度实现了土地的弹性利用。

图2－34　阿姆斯特丹学生宿舍Keetwonen

图片来源：https：／／www.flickr.com／photos／tempohousing／2343118628；http：／／www.marineca－rgoclaimsinc.com／wp－content／uploads／2012／08／homes.jpeg

图2－35　珠海城市职业技术学院学生宿舍

图片来源：陈雪杰.可持续发展的国内集装箱建筑应用探究［J］.中国住宅设施，2011（09）：55

近些年来我国在可移动建筑的居住应用领域也取得了一定的发展。例如，2009年珠海城市职业技术学院为解决招生规模不断扩大与基础设施建设相对滞后、资金缺乏之间的矛盾，采用可移动集装箱建筑模式建成了面积达1万m2左右的学生公寓（图2－35）。公寓由独立的集装箱居住单元组合搭建而成，每个居住单元面积约为15m2，有独立的卫生间，可容纳两人居住。集装箱居住单元承重能力达每平方米1.7t，抗风等级为10级，抗震等级为8级，由于居住单元具备较高的结构性能与整体性，在遇到地震等恶劣自然条件时不会发生严重性破坏，对于居住使用者起到了很好的保护作用，大大提高了建筑的安全性。此外，当前保障性住房建设是我国最为重要的民生议题之一，中国政府计划在“十二五”期间共建设3 600套保障性住房，使保障性住房覆盖率达到20%。面对短期内如此大的建设规模，传统粗放式的建设模式必然会带来巨大的资源消耗与浪费，而工业化建造的可移动建筑凭借其低成本、低消耗、可持续、高效率等优势可以成为保障性住房的解决途径之一。