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摘要：盒子結(jié)構(gòu)建筑的建筑形式蹴禚羹赫髫囂嘉造成本低，是建筑工業(yè)化的一個重要發(fā)展方向。文中對盒子結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，不同的類型以及建筑特點分別作了介紹。并從其核心概念出發(fā)，對盒子結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用的現(xiàn)實意義和發(fā)展方向作了著重探討。...

盒子結(jié)構(gòu)建筑及應(yīng)用與展望

劉頤佳，高  路

(西南交通大學(xué)建筑學(xué)院，四川成都610031)

1.盒子結(jié)構(gòu)建筑概述

    盒子結(jié)構(gòu)建筑是建筑工業(yè)化高度發(fā)展的結(jié)果，其核心概念就是標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制裝配式空間模塊。它是以一個“房間”為基本的預(yù)制構(gòu)件，在工廠中先將房間的墻體與樓板連在一起制成箱形的預(yù)制整體構(gòu)件，再將這些箱形的整體構(gòu)件運至施工現(xiàn)場，象“搭積木”一樣拼裝在一起，或與其他預(yù)制構(gòu)件及現(xiàn)制構(gòu)件相結(jié)合建成房屋。形象地說，在盒子結(jié)構(gòu)建筑中一個“房間”類似于傳統(tǒng)建筑中的砌塊，在工廠預(yù)制以后，運抵現(xiàn)場進行壘砌施工，只不過這種“盒子式的房間”不再僅是一種建筑材料，而是一種空間模塊。

    1.1盒子結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展

    作為一種獨特的建筑結(jié)構(gòu)形式，早在20世紀(jì)50年代的瑞士就形成盒子建筑結(jié)構(gòu)體系。在1967年加拿大蒙特利爾建成了一個由354個盒子構(gòu)件組成的，包括商店等公共設(shè)施在內(nèi)的綜合居住體。這座名為“Habital67”的鋼筋混凝土盒子建筑充分發(fā)揮了“盒子”作為一種結(jié)構(gòu)形式和建筑造型手段的作用，創(chuàng)造出了前所未有的建筑形象。隨后在70年代盒子結(jié)構(gòu)的建筑得到了較大發(fā)展，在北美、歐洲和日本都有建筑實例出現(xiàn)。到70年代中期已有20多個國家建成了不同類型的盒子結(jié)構(gòu)房屋，其中以居住房屋為多，也有少量公共建筑和工共建筑。

    我國于1979年起在北京、青島等少數(shù)城市也開始了鋼筋混凝土盒子結(jié)構(gòu)建筑的試點工程，目前已有了較為成熟的技術(shù)。由北京中建建筑科學(xué)技術(shù)研究院研發(fā)的一次性整體現(xiàn)澆墻體與樓板的盒子預(yù)構(gòu)件，在盒子之間采用了滑動隔震節(jié)點技術(shù)，能有效吸收地震所釋放的能量，且安裝簡單，這也使其在對鋼筋混凝土盒子結(jié)構(gòu)建筑的研究方面躋身于世界先進行列。

    1.2盒子結(jié)構(gòu)建筑的分類

    1.2.1按照盒子結(jié)構(gòu)建筑的承載類型分類

    (1)無承重骨架類盒子結(jié)構(gòu)建筑。這種類型的盒子構(gòu)件本身作為承重構(gòu)件，能承受其他盒子及自身傳遞來的垂直和水平荷載。由于受到盒子承載能力的限制，這種類型的盒子結(jié)構(gòu)建筑層數(shù)一般較少，以多層建筑居多。

    按照盒子間搭接的方式又可將其分為規(guī)整的重疊搭接方式和較為復(fù)雜的品字形搭接方式等。

    (2)有承重骨架類盒子結(jié)構(gòu)建筑。這種類型的盒子構(gòu)件需安裝在現(xiàn)澆鋼筋混凝土井筒上，或者嵌填在鋼或鋼筋混凝土框架內(nèi)，以這些承重骨架作為支撐體結(jié)構(gòu)，盒子僅承擔(dān)自身的荷載。這種類型的建筑需要額外的承重結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場施工工程量較大。但由于不受自身承載能力的限制，使其在建筑層數(shù)上不受限制。同時由于盒子本身不承載其它荷載，因此自身重量較輕，便于安裝，在使用上也更具靈活性。

    1.2.2按照盒子結(jié)構(gòu)建筑的材料類型分類

    (1)鋼框架復(fù)合材料盒子。這類盒子采用鋼框架承擔(dān)荷載，墻面一般采用復(fù)合材料制作，因此較混凝土結(jié)構(gòu)的盒子重量輕，方便靈活。如北京東北郊的麗都飯店采用的就是這種鋼木結(jié)構(gòu)的六面體盒子，重量僅約為0.3t/m²。

    (2)鋼筋混凝土盒子。其整體性較好，抗震性能強，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種盒子類型。其類型又可大致分為6種。

    (1)建設(shè)周期短。由于其特殊的構(gòu)造形式，大量的工作已在工廠中完成，只需在施工現(xiàn)場安裝和連接，建筑工業(yè)化的程度高，大幅減少了施工現(xiàn)場的工作量，因此不僅建設(shè)周期短，而且也大大縮短了建設(shè)資金的周轉(zhuǎn)時間。

    (2)造價相對較低。以北京中建建筑科學(xué)技術(shù)研究院研發(fā)的鋼筋混凝土盒子結(jié)構(gòu)建筑為例，盒子構(gòu)件出廠價為每平方米300多元。主體結(jié)構(gòu)完工后造價每平方米將近400元。在交付使用時，建筑造價與磚混結(jié)構(gòu)住宅相當(dāng)或略低。并且若能實現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)其生產(chǎn)成本將會進一步降低。

    (3)產(chǎn)品質(zhì)量易于控制。由于盒子構(gòu)件是采用工業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，工藝穩(wěn)定。同時現(xiàn)場施工的環(huán)節(jié)減少，人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響較小，不利環(huán)境條件的制約因素也相應(yīng)減少。因此從出廠到安裝施工的質(zhì)量都容易得到控制和保證。

    (4)抗震性能好。尤其是鋼筋混凝土的盒子，由于每個盒子構(gòu)件都是一次性整澆成形，在盒子之間的安裝節(jié)點處都作了滑動隔震點處理，一般來說一幢6層的盒子結(jié)構(gòu)住宅可抵抗8度以上地震。

    (5)施工方便，擾民少。盒子結(jié)構(gòu)建筑物施工占地少，現(xiàn)場用料少，濕作業(yè)少，同時運輸車輛和施工機械的噪聲也相對較小，工地現(xiàn)場文明，對周圍居民生活干擾較小。

    (6)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊式空間。住宅、旅館、學(xué)生宿舍以及辦公樓等對建筑空間的功能要求統(tǒng)一，空間形式重復(fù)性大，盒子結(jié)構(gòu)建筑中模塊化的空間形式為其提供了最好的解決方案。但對于空間跨度大，變化較多，功能要求復(fù)雜的建筑來說有一定的局限性，需和其它結(jié)構(gòu)形式配合使用。

    (7)使用期間靈活性大。采用盒子結(jié)構(gòu)的建筑物，無論是永久的，還是臨時性的都可以化整為零、拆遷搬家、易地重建，以適應(yīng)城市規(guī)劃建設(shè)的需要。采用盒子結(jié)構(gòu)的住宅建筑體系不僅有利于危舊房屋拆遷改造，加快住宅建設(shè)速度，而且在條件允許時還可以不拆舊樓，使原有建筑層數(shù)變多，單元數(shù)量增加。

3.盒子結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用的現(xiàn)實意義

    隨著我國經(jīng)濟水平的提高，城市化進程的腳步也逐漸加快。大量的人日不斷涌入城市。目前在我國大部分城市的外來務(wù)工人員和其他流動人口占城市戶籍總?cè)丝诘?/span>20％～30％左右，在部分發(fā)達地區(qū)這個比例還會更高。而在未來幾年，農(nóng)村需要向城市轉(zhuǎn)移的富余勞動力總量達l.5億～2億人。這些都對一個城市的綜合承載能力提出了新的挑戰(zhàn)。同時在城市中還存在著相當(dāng)比例的中低收入者，他們和大部分與外來務(wù)工人員一樣，由于經(jīng)濟條件的限制，難以解決其基本的居住需求，隨著城市的變化，其居住條件反而變得更加惡劣。

    要解決這部分人群的居住問題除了需要由政府牽頭，動用全社會的力量來共同完成之外，在建筑形式方面，盒子結(jié)構(gòu)建筑可以發(fā)揮其建設(shè)周期短、成本低、靈活性大的特點，為這一社會問題的解決創(chuàng)造條件。

    事實上在世界各國已有一些這方面的類似嘗試。在20世紀(jì)70年代，世界各國曾相繼大力研發(fā)盒子結(jié)構(gòu)建筑的一個重要初衷，也是為了用現(xiàn)代工業(yè)化手段解決城市人口的增長與居住條件惡化的矛盾。

    有意思的是在世界其它地方人們還進行了另外一種嘗試。在過去10年中，倫敦城市人口增長了7％，人口迅猛增長的一個直接后果就是住房短缺。同時隨著房地產(chǎn)價格飛漲，占城市人口比例一半的中低收入者想買房子已有很大困難。當(dāng)?shù)氐姆康禺a(chǎn)開發(fā)商想出了一個在世界各地的城市中都適用的解決住房短缺的辦法。他們利用閑置的集裝箱貨柜，把它們像搭積木一樣搭起來，改裝成單元房或辦公室。一個集裝箱可以承受40t的負(fù)載，用它可以輕松地搭建起一座5層的單元房。而每平米造價也只有倫敦一般商品房的三分之一。施工速度也是驚人的。且這些建筑的形式頗為新穎，因此引起了公眾的格外關(guān)注。

    集裝箱建筑是盒子結(jié)構(gòu)建筑的一個變通形式，或者說是雛形，是盒子結(jié)構(gòu)建筑沒有得到大規(guī)模普及前，人們所能找到的價格低廉的工業(yè)替代品。在使用的核心理念上兩者是相同的，都可以看作是標(biāo)準(zhǔn)化的空間模塊。它的出現(xiàn)，可以看作是對盒子結(jié)構(gòu)建筑在解決城市居住問題上的一次概念性實驗。以此我們可以看出，隨著建筑工業(yè)化程度的進一步提高，專為居住而生產(chǎn)的，設(shè)施更完善的“盒子式構(gòu)件”將得到更充分的運用并在處理城市人口與居住問題上發(fā)揮更為積極的作用。

4.對盒子結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的展望

    “新陳代謝派”的建筑師們認(rèn)為，建筑不應(yīng)是靜止的，應(yīng)像生物的新陳代謝一樣處于動態(tài)過程中。他們認(rèn)為事物總是在生長和變化；因此建筑也應(yīng)該是根據(jù)實際使用需要而不停的生長和變化，應(yīng)該在城市和建筑中引進時間的因素，這也是建筑需要“代謝”和“生長”的內(nèi)在動因。以人的個體為例，隨著時間的推移，個體的人會組建成家庭，而隨著子女的出生，家庭的人口數(shù)量會逐漸增多。在這個過程中人對建筑空問的大小和形式的要求是在不斷變化的。這種生長在傳統(tǒng)建筑卻很難實現(xiàn)，人們只能搬離原來的建筑，甚至是將其拆毀后另行建造。而盒子結(jié)構(gòu)建筑采用預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)化空間模塊的形式，根據(jù)需要，人們只要在預(yù)先設(shè)置好的支撐體結(jié)構(gòu)上，對盒子的數(shù)量以及位置進行增減和變化就能實現(xiàn)建筑物本身的生長和代謝，創(chuàng)造出“彈性”的建筑空間。

    “新陳代謝派”的代表人物建筑師黑川紀(jì)章早在1970年的大阪國際博覽會上，便推出了盒子式的TB實驗性住宅，將建筑所具有的發(fā)展可能性充分表現(xiàn)出來了。在1972年，黑川紀(jì)章在中銀艙體大樓的設(shè)計中也運用了這種建筑形式。大樓的中心運用兩個包括電梯問、樓梯間以及各種設(shè)備在內(nèi)的核心結(jié)構(gòu)筒作為支撐體。將140個規(guī)則的長方形艙體作為居住單元插在這兩個筒體上。這些艙體可以隨時進行更換，增加或者減少。而這正是利用了盒子結(jié)構(gòu)建筑在模塊化，靈活化方面的特性，實現(xiàn)了建筑進行“新陳代謝”的設(shè)計初衷。雖然在大樓完工后的30年內(nèi)并未真正對這些艙體進行過變動，甚至在近些年內(nèi)由于對其抗地震能力和土地使用率的擔(dān)心，使大樓陷入了可能被拆除的窘境。但是其無疑為盒子結(jié)構(gòu)建筑在今后的發(fā)展方向進行了一次有偉大意義的嘗試。

    事實上，在“新陳代謝理論”之前，法國人尤納·弗里德曼就曾在上世紀(jì)50年代提出過更為激進的“可持續(xù)變化建筑”理論(其理論對后來的“新陳代謝派”建筑有過重要影響)，以尋找一種建筑和城市設(shè)計的可能性。其中同樣涉及到盒子結(jié)構(gòu)建筑未來可能的發(fā)展方向。

    弗里德曼在《移動建筑》一書中闡述道，建筑物的設(shè)計不應(yīng)該僅靠建筑師，更應(yīng)該由住宅的居住者依據(jù)實際的使用需求而決定。他認(rèn)為建筑是應(yīng)該具有“移動性”的，即在建筑空問上給予居住者自由變動的可能性，使建筑空間能隨著居住者的愿望而改變。在這期間他探討了具有大型支撐體結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配式建筑體系。并提出過多種“可移動建筑”的設(shè)想方案。其中最著名的就是“空中城市”。它由一個較為規(guī)則的剛性網(wǎng)絡(luò)狀支撐體結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)設(shè)施，盒子式的個體住宅被隨機植入其中。在使用中，個體住宅的數(shù)量和位置根據(jù)使用者的實際需要是靈活可變的，從而用規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)化的單體構(gòu)件組成了一個不規(guī)則的建筑整體空間。因此“空中城市”可以是任意形狀。弗里德曼認(rèn)為，“它不能被設(shè)計，只能根據(jù)客觀需要，順其自然的發(fā)展。移動建筑意味著不規(guī)則的，建筑的最終目標(biāo)是隨著居民生活方式的改變而改變，建筑形式是一個過程，沒有最終狀態(tài)”。實際上“空中城市”類似一個自然發(fā)生和生長的村落．只不過它是在三維空問內(nèi)發(fā)生的。

    弗里德曼其實也是運用與盒子結(jié)構(gòu)建筑相同的核心概念對建筑的可持續(xù)性發(fā)展作出了探討。無論是弗里德曼的建筑構(gòu)想還是“新陳代謝派”的建筑實踐都為盒子結(jié)構(gòu)建筑今后的發(fā)展趨勢指明了方向。隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，也許其空間形式會發(fā)生相應(yīng)的變化，可能不會再拘泥于六面體的盒子形式，是多種多樣的，但是其核心概念任然會被沿用下去，在解決城市住宅問題和建筑的可持續(xù)性發(fā)展方面和其它的先進結(jié)構(gòu)體系一起發(fā)揮更為重要的作用。

參考文獻

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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