全生命周期视角下的装配式建筑设计趋势
——基于可拆卸设计的研究

2020-05-23 13:57TANGZhengXUJingxin
住宅科技 2020年5期
关键词:生命周期装配式构件

TANG Zheng XU Jingxin

1 概述

1.1 研究背景介绍

建筑在其全生命周期(建造、维护、翻修、拆除)过程中都在消费自然资源。在全球材料生产和消费的过程中(按体积计算),高达40%的世界废物产生量(按体积计算)来源于建造行为[1],而20%~35%的负面环境因素(例如全球变暖和烟雾形成)等是由这些废弃物产生[2]。如果按照目前人类的消费水平,到2050年,全球人口日益增长的需求将超过对全球资源库的大多数上限[3]。因此,如何从建造、运营、围护与拆卸的全生命周期层面改善资源消耗和相关环境影响至关重要。

装配式建筑技术与设计方法是目前建筑学领域研究的前沿之一,也是推广绿色建筑技术,发展循环经济的重要措施。装配式建筑将建造过程更多地转移到工厂生产,而在施工现场,则通过预制部品直接装配,从而减少施工现场环境负担,并提高现场安全性和生产率。目前,我国对建筑的预制率、装配率进行了量化指标规定,较为关注建筑在部件生产与现场施工阶段对节能减排的作用,但是,建筑物建成后的运营、维护与拆卸阶段对环境的影响更大。例如,随着建筑物施工阶段与运营维护阶段节能技术的进步,拆卸阶段的能量消耗逐渐凸显。在美国,建造和拆除废物的年度总量为4.84亿t(2014年数据),其中90%以上是拆除过程中产生的碎片,因此,建立全生命周期的建筑设计评估机制刻不容缓[4]。当前国际上已有多种定量分析的工具,可以对建筑活动全程的能量消耗进行模拟分析。但是,定量工具的运用还未能充分影响到建筑设计阶段的策划与预判过程,这需要我们从建筑学基本架构的视角出发,反思全生命周期分析方法对建筑学本体的反馈作用,将分析过程中所能归纳的一般规律反哺到建筑设计的方法与策略中。

1.2 可拆卸的装配式建筑相关理论简介

预制建筑技术的探索开始于20世纪初期,在二次大战之后呈井喷式发展状态。匈牙利建筑师布劳耶(Marcel Breuer)以集成化的预制混凝土结构墙板为基础材料,创造了基于雕塑性美学的混凝土建筑体系。20世纪60年代,荷兰建筑师约翰·哈伯勒肯(N.John Habraken)开始推动开放式建筑运动(Open Building Architecture),开放式建筑运动提倡个人参与式的灵活建造,以提升居住者对所居住环境的归属感与情感依赖;1959年国际现代建筑协会(CIAM)会议期间,丹下健三和麻省理工学院工作室的学生首次提出日本建筑运动新陈代谢理论。这两种理论的一个共同点是建筑应该有机地增长,它们需要适应随着城市和人们生活方式的不同而产生的变化,并可以替换。黑川纪章的中银胶囊塔是“新陈代谢派”建筑的代表,强调适应性、成长性和可替换的设计思想(图1、2)。2000年后,装配式建筑技术的发展开始与绿色建筑运动合流,“预制建筑”这一概念被“绿色建筑技术”囊括。美国能源与环境设计先锋评价体系(LEED-NC)中就有“减少建筑物的全生命周期(环境)影响”一项,并规定“历史建筑再利用”“废弃建筑再更新”与“建筑材料再循环”三种做法可获取相应绩点。

1.3 全生命周期评估方法(LCA)简介

建筑的全生命周期,是建筑物最初获取原材料,至制作成建筑材料再经过运输和使用,直到建筑的规划设计、施工、运维、拆除处理等的完整过程,装配式建筑的评价应贯穿建筑全生命周期各个阶段,忽略任何一个阶段,都无法真正对装配式建筑绿色工业化的优势做出完整客观的评价。我们研究建筑的拆除再利用过程,需要一个衡量标准,全生命周期评价(Life-Cycle Assessment)是一种可行方式。全生命周期评价主要是为设计低环境影响产品而开发的。建筑的生命周期通常由三个主要阶段组成:生产、管理和破坏[6]。在建筑层面,全生命周期评价常用于量化建筑材料、构件回收以及再利用的能源和环境效益。全生命周期评价结果的主要潜在用户是房地产开发商、建筑师和城市规划师(图3)。

图1 中银胶囊塔

图2 中银胶囊塔建造过程[5]

图3 建筑活动的全生命周期过程图解

由于执行生命周期评估需要大量数据,使用软件应用程序能使研究更加有效。相关专家开发了针对建筑的具体应用软件,以便于提升建筑部门使用全生命周期评价的高效性。建筑全生命周期评估工具有很多,例如:Eco-quantum、Eco-Soft、Simapro、Bees等。将LCA应用于建筑中,既有优势也有障碍。优势因素包括:简化了数据采集过程、量化建筑物的环境影响、促使建筑物环境目标的制定等。应用中的障碍则包括:业界对全生命周期评价的复杂性、准确性和结果的信任程度低,环境影响因素知识和计算方式的匮乏以及普及度低,对全生命周期普遍认知度低,应用程序制造商和潜在客户之间的沟通配合程度低下,以及与流行的能源认证应用程序之间的相关性低等[7]。因此,如何将相关评价方式投入到建筑层面的应用当中,使其高效便捷易上手,同时又能够在建筑经济中起到重要作用,成为需要进一步研究的关键。如,西班牙已经有政策制定出如何将LCA应用于建筑中,并使其推广发挥参考价值。西班牙的第47/2007号皇家法令规定,新建筑或改造建筑的能源效率必须进行项目评级,人们必须向建筑物的购买者或使用者提供该建筑的能效证书,包括建筑物能源特性的客观信息,以便购买者或使用者对不同建筑的能效进行评估和比较,从而推广高能效建筑物和节能投资等。

2 可拆卸再利用的装配式建筑设计

2.1 可拆卸建筑设计简介

实现可拆卸的设计(Design for Deconstruction,简称DfD)是全生命周期评价的目标指向。英国建筑研究院(Building Research Establishment,BRE)较早提出可拆卸设计的导则体系,建议导则分为“行为陈述”“效能标准”“行规导引”三种。具体的导则包括,减少难以拆分的复合材料构件、减少节点与构件的类型、强化模数与网格的使用、选择开放灵活的结构体系、采用清晰标识并可追溯的部件等[8]。可拆卸设计导则主张采用耐用材料、清晰节点、开放结构,并能够在建筑使用寿命结束时实现回收和再利用。综合BREEAM与LEED等绿色建筑评价标准,可以看到,建筑材料拆除后的再利用可分为四种情况(从整体到局部):①建筑物(剩余主体结构)的重新安置;②建筑部品部件的再利用;③建筑材料的再处理加工;④建筑材料的循环再利用。在这四种情况中,相对于再加工或再循环,建筑物的重新安置或部品再利用被视为是更好的选择,因为其不需要额外的能量,而再加工或再循环常常需要产生能耗并造成材料降级,其对新产品的贡献也相对有限。

具体来说,建筑材料的回收仍然会带来环境负担,因为材料必须被收集、分类、运输、清洁和预处理,然后再制造。而在循环利用过程中,一些建筑材料被降级为价值较低的产品,比如将建筑混凝土碾压粉碎并用作路基材料等。而另一些材料,比如用作结构的金属材料,需要耗费大量的能源来重新熔化它们,这对环境有很大的影响。而采用可拆卸设计方式,旧建筑拆除的部件及材料可直接用于新项目中,因此减少了废物处理、新材料制造和回收的相关成本及能量消耗。由于这些原因,当准备拆除的旧建筑和新建筑的位置相对较近时,直接再使用更具有优势。

可拆卸设计的具体设计策略包括:预制、预装配和模块化结构的设计,现场干式装配的模块化零件设计,互相具有独立性简化和分离的建筑系统设计,以减少建筑部件模板的建筑构件种类标准化设计,简化和标准化连接细节设计,可逆机械连接的节点设计,适应运输物流的模块设计,可重复使用的部件设计,可快速便捷拆卸和移除可重复使用部件的配件、紧固件、黏合剂和密封剂等。

2.2 可拆卸结构设计

目前,装配式建筑建造方式已成为我国重点推进的重要建造方式之一,大多数装配式混凝土建筑的建造采用装配式框架结构、装配式框架-剪力墙结构、装配式剪力墙结构等,在工厂生产预制外墙板、预制内墙板、预制阳台板、空调板、预制楼板、预制楼梯等装配式混凝土构件,再将其运输至施工现场并现场安装连接这些部件。目前比较普及的连接方式采用套筒灌浆技术,但是这种方法是不可逆的湿连接方式,无法提供建筑部件重复使用的可能性。

干连接方式具体包括:焊接、钢吊架式、螺栓式、牛腿式等,它们具有各自的优劣势,目前学术界对可拆卸结构设计的研究主要集中在连接处的设计上。一些学者试图将新型可拆卸结构系统设计为可解构的复合原型,该原型采用钢-混凝土的复合结构(图4);还有学者试图设计一种新型的预制混凝土梁柱干连接节点(图5)。

第一种钢-混凝土的复合可解构结构由预制混凝土板和钢梁组成,用夹紧连接器相连接。传统钢-混凝土复合地板系统作为商业和住宅建筑中最常见的结构类型,有效地利用了这两种材料,钢受到拉伸而混凝土抵抗压缩。但是在该系统中,混凝土板与支撑钢框架系统整体浇铸,抑制了结构部件的分离和重复使用。新的结构设计采用可回收利用材料,而夹紧连接器中的可拆卸螺栓使预制混凝土板和钢梁能够拆卸,并在未来项目中重复使用。传统的叠合板使用板间灌浆的连接方式,使得预制板无法重复使用,而这个新的设计中,使用未黏结的螺纹杆,将预制混凝土板拉紧在一起再连接到钢梁上,提供了二次使用的可能性。这个结构设计通过尝试结合预制和可拆卸设计策略,研究结构的潜在环境效益和可持续性,希望实现复合地板螺栓框架系统的完全可重复使用[9]。

第二种预制混凝土梁柱干连接节点设计包括以下元素:①预制钢筋混凝土与钢筋混凝土;②螺栓钢板;③内藏钢板;④位于梁中间位置的后张钢筋。这些元素旨在代替现场铸造湿连接的功能,同时实现降低经济成本和环境影响的目标[10]。

图4 钢-混凝土复合结构示意图

图5 预制混凝土梁柱干连接节点示意图[10]

这两项方案都将其设计应用于若干建筑中,并使用全生命周期评价方法,来分析传统建筑与使用新型可拆卸连接设计的预制建筑的能量和经济影响,并将其进行比较。第一项研究的结果表明,传统建筑与不重复使用的可拆卸预制建筑之间的结果具有相似的影响,而重复使用1~3次的可拆卸预制建筑对环境的影响显著降低(图6)。第二项研究的结果表明,当使用预制系统时,柱和梁建造工程的任务持续时间和工作时间大幅度减少(图7)。对于柱子,新型可拆卸干连接节点缩短了81.58%的任务持续时间。就梁而言,工作时长也有显著的降低(有后张预应力筋时为83.99%,无后张预应力筋时为87.16%)。然而,楼板的工作时长并没有明显的变化。第二项研究还发现,构件的拆卸及重复使用将在经济方面产生显著影响。研究表明,建筑寿命终期拆除费用与前期建造费用相近,但当预制构件不可拆卸时,预制建筑比传统施工方式造价更高,根据不同情况,大约高出10%~30%。但当预制构件可拆卸并重复使用时,预制装配式建筑费用更低,根据不同情况,大约节省5%~20%[10。

另一些研究不关注可拆卸结构的具体设计、运输储存和劳动力等其他因素,而是基于已有可拆卸连接结构设计的前提下,只考虑材料构件本身的影响,将应用可拆卸结构的预制建筑与传统建筑进行比较,分析其全生命周期对环境的影响。研究显示,因为材料生产阶段的环境影响在所有类别中影响最大,因此,建筑建造及拆除阶段能耗最大,而建筑构件的二次使用过程能够节约相对较多的能源。材料的高回收率及使用率(钢材可以达到99%,混凝土和玻璃均可达到90%),使得在淡水水生生态毒性潜力(freshwater aquatic ecotroxicity potential,简称FAETP))、人类毒性潜力(human toxicity potential简称HTP)、陆地生态毒性潜力(terrestrial ecotoxicity potential简称TETP)等方面节约了大量能源,实现了环境能源的节约[11]。因此,可拆卸设计建筑的再使用对于节能目标的实现极其重要。

图6 比较传统建筑和可拆卸建筑的四期类阶影段响分因类素)的[9]相对生命周期评价结果(按生命周

图7 拥有不同生命周期的传统建筑和可拆卸建筑的各个部件劳动时长和工程耗时[10]

上述研究表明,可拆卸预制建筑具有减少环境影响、经济成本和缩短工作时长的可能性。但是,由于建筑的构造多样,建筑的全生命过程较为复杂,涉及人力、物力、时间、地点等各种因素,仍然有很多问题还未涉及,比如现在建筑的基础部分仍无法重复使用。此外,人们对一些问题还存在争论,如业界普遍认为,预制建筑安装所需的劳动时间较少,但一些研究表明可拆卸的预制建筑安装和拆除的时间比传统建筑要长,这与可拆卸的目标相悖。与此同时,由于在施工、维护、拆除和再次建造的过程中存在许多不确定性问题,如劳动力的运输时间、预制装配部件的体积、预制结构的连接质量等,因此,关于可拆卸预制建筑的结构设计还有待进一步研究。

2.3 拆卸次序设计及再使用次数研究

除了可拆卸结构连接之外,还有一些研究对拆卸过程和顺序,以及建筑部件可重复使用次数可能性及影响因素进行研究。一些学者试图找出适合建筑物更新再使用的选择性拆卸序列新方法,其目的在于运用基于规则的递归分析,使得环境影响和建筑移除成本最小化,来选择性地探索生成有效的建筑部件拆卸规划方法和拆卸顺序(图8)。这种新的拆卸方法来源于产品制造部门使用的拆卸序列结构图(Disassembly Sequence Structure Graph,简 称DSSG)模型。他们使用专门的6D BIM软件和Revit插件Tally进行评价。几乎所有这些公司都使用全生命周期评估方法,来量化评估回收和/或再使用建筑材料、部件的能源和环境效益[12]。

另一些研究从设计理论层面将一个整体的建筑分成不同层级的系统。传统的建筑将建筑视为一个整体,建筑结构与建筑材料、构件、系统和空间之间互相关联,互为一体,建筑的寿命周期结束,整栋建筑都会被拆除。但从长远角度考虑,未来用户需求多样,构件的退化程度及寿命周期各不相同,相对于拆除整体建筑结构来适应新的用户需求,把建筑分解成多组构件,并使其能以不同的新的组合方式重新组装,将使得建筑更加具有灵活性,延长了建筑的寿命周期,从而减少了大拆大建,减少了环境污染及建造花费。传统的建筑结构被视为元素的层次结构,而可拆卸的建筑结构应被视为子构件的层次结构:在最高层次(建筑层次)作为系统的整体装配,在中间层次(系统层次)作为组件的组合,在最低层次(组件层次)作为元素/材料的装配(图9)[13]。因此,DfD预制装配式建筑将建筑从寿命周期分为不同的系统,而这些不同寿命层级的低层次部件又组装成了一个高层级的整体建筑。建筑的更新将划分为不同寿命周期系统的迭代,从而在建筑部品拆卸替换过程中实现了分批次使用。例如,日本住宅SI体系,S(skeleton支撑体)和I(infill填充体)的这种不同系统的分离可以达到多次拆卸替换填充体,而不干扰支撑体使用的效果,从而达到增加建筑寿命周期,节约环境能源及降低经济消耗的目的。还有一些学者假设提出,将每个组件划分为不同的可重复使用次数,以查看它们对环境和经济的影响(图10)。然而,尽管相关研究提出了这些理论假设,如何具体地将建筑每个部件分为不同的寿命体系,不同材料及建筑部件的重复使用寿命周期受到哪些因素的影响,以及如何影响,仍需要我们进一步研究。

2.4 MEP管线与楼板分离

目前针对DfD的预制装配管线与楼板的处理有两种方法——NPC机电预留预埋设计与架空地板即结构与管线分离设计。NPC机电预留预埋设计方法采用叠合楼板,水平电线管敷设在楼板的现浇叠合层内,此种设计方式由于半成品是在加工厂预制,所以耗材少、节约资源和费用,同时,若进行管线优化布置,尽量减少管线交叉,合理的设计可减小结构层厚度,从而降低工程造价。但缺陷在于,现浇部分需进行现场湿作业,同时管线设备无法与主体结构完全分离,始终处于暗埋状态,若需改造必然伴随高强度的破拆,进而产生高噪音、高污染和大量垃圾。架空地板、结构与管线分离设计方法在日本的SI住宅体系中广泛应用,结构部分和管线及装修部分完全分离,装修部分的改造、拆解处理与主体结构无涉。强弱电管线、供水供暖管线、排水管线,都可铺设在架空层之内,拆除装饰面材和基层板之后,所有管线一览无遗,有利于保养维修和后期改造,但此种方式的缺陷在于增加了建筑层高并带来不必要的成本[14]。

2.5 可拆卸设计案例研究——美国密苏里大学音乐学院新院楼

图8 可拆卸原型[12]

图9 可拆卸建筑层级示意图

美国密苏里大学音乐学院新院楼(University of Missouri New School of Music)由建筑事务所BNIM设计,它采用预制装配式建筑的建造方法,从建筑全生命周期入手考虑设计,该建筑结构较为复杂,一二层及部分三层结构采用预制混凝土框架结构,三层部分结构及四层采用预制钢框架支撑体系,部分结构采用混凝土砌块单元。工字钢柱梁,及C型钢主梁的使用,使得建筑在全生命周期前期的建造阶段提高了建筑施工速度,增强了建筑的灵活性,由于施工时减少了砂、石、灰的用量,具有良好的环保效果。而建筑在全生命周期后期拆除,由于大部分的材料可以再使用或者降解使用,预期可以减少建筑垃圾的制造,但钢结构的使用也增加了整体建筑的造价。建筑有趣的部分在于南侧的结构构造。南侧房间为四层通高的音乐演奏厅,并未采用钢结构或者混凝土框架结构,而是采用预制混凝土墙板作为建筑的外围护结构,并同时承担了建筑结构承重功能。笔者对建筑的构造节点进行了屋顶、墙面连接和基础的三部分研究。该立面由若干约为10英尺(约3 m )宽,47英尺(约14.3 m)高的预制混凝土墙板构成,墙板在工厂制造,运输至施工现场,采用直接吊装的方式安装至整体建筑中。根据施工现场摄像头记录显示,该面墙身的安装仅耗时一天,速度很快,由于没有现场湿作业,也减少了对环境的污染及噪音影响。由于需要确保建筑结构的稳定性及安全性,建筑屋顶及建筑基础采用湿作业连接,无法轻易拆卸,但建筑装配式外墙板与内墙板的连接是可拆卸的。内墙装饰板与外墙板采用防晃支架、支撑系统、金属螺柱等构件形成干连接。C型钢金属螺柱和金属支撑系统起到了内墙板的结构支撑作用,不仅增强了建筑隔音效果,由于干连接的灵活性也实现了结构与装饰板分离拆卸的可能性(图11)。这不仅增加了建筑后期拆卸再利用的可能性,也提高了缩短建筑拆卸劳动工时的可能性。该建筑从2018年4月开始动工,于2019年10月完工。

3 实际可拆卸建筑案例研究

虽然学者们在理论上做了研究和假设,发现可拆卸的预制装配式建筑既节能又省钱,还可以减少劳动者的工作时长,但当我们将这些理论研究应用于实际案例中,由于现实问题产生的一系列复杂因素,仍然会造成很多矛盾,使预制建筑失去其原本应有的优势。其中一个例子是用可回收材料建造的瑞典学生宿舍(Nya Udden Project in Linkoping)。两座旧建筑的400多个预制混凝土构件被拆除,并重新应用于该建筑。然而,尽管混凝土材料的拆卸和重新组装没有重大的结构或技术困难,但由于在拆卸和再使用之间缺乏整体协调,货物储存也面临一定困难,项目成本比使用传统技术和材料建造的类似建筑高出10%~15%[15-16]。从这个案例研究中,可以得出重复使用和重新组装预制结构在技术上是可行的,并且在经济和环境影响方面可能具有很大的优势。但还有一些实际问题,比如协调、运输、储存等需要我们进一步考虑。此外,从这个案例研究中我们知道,如果建筑物的大小和结构相似,建筑部件的重复使用将会更加便捷。

4 结语

学者们已经对可拆卸设计进行了充分研究并获得了一定的认知,然而,建筑物的全生命周期期间的各种影响因素增加了许多不确定性,这导致潜在的单个部件的优化产生的能源节约,不一定能在整体建筑水平层面达到相同程度的获益。这些不确定性包括:环境和经济影响的减少是否与材料重复使用的次数成正比?如何处理预制部件和劳动力的运输时间?如何储存预制部件?如何从政策层面促进装配式建筑的使用?可拆卸装配式建筑的广泛应用将对初始阶段的建筑设计方法产生怎样的影响等?由于建筑设计实践会遭遇复杂的现实状况,我们不仅应关注理论研究,而要更多地考虑现实问题,从而真正发挥预制装配建筑的优势。

图10 可拆卸构件重复使用次数示意图[9]

图11 密苏里大学音乐学院新院楼内墙装饰板与外墙板连接结构构造示意图

将可拆卸的因素加入到预制装配式建筑中,可发挥装配式建筑的优势,也将对建筑设计的基本思维产生一定影响。传统建筑学设计思维将建筑物视为一个各部分始终相互依赖、相互关联的静态的、一次性的产品是有误解的,达菲(Francis Duffy)在他的著作《建筑性能测量》(Measuring Building Performance)中指出:“我们的基本论点是,没有(单体)建筑这种东西……一栋设计合理的建筑是各种拥有不同层次寿命周期的构件的组合。”[17]传统建筑学思维将建筑看作由各种元素最大化,相互融合、相互依赖形成的一个整体。而新的建筑思维把建筑视作由各种不同相互独立的子构件组成的一个可拆卸替换的产品。我们将建筑构件归类为不同层级的系统,并根据其功能寿命周期及技术性能寿命周期两方面,结合考虑建筑整体的寿命周期。构件独立性(Independence)和可替换性(Exchangeability)将成为评价建筑拆卸的两个重要标准。

预制装配式建筑的性能需要从全生命周期出发来评测,这将涉及到原材料提取及生产,建筑构件制作、运输,建筑建造,建筑维护(包括构件的维修及替换),建筑拆除及循环使用,废弃材料处理等步骤,这些方面都涉及预制装配式建筑对环境和经济的影响。而从建筑学角度(设计角度)出发,则需考虑到建筑材料的选择、建筑拆卸可能性、构件重复使用次数、建筑形态等因素。而具体建筑拆卸可能性与重复使用的性能,则涉及到建筑构件功能分组(结构、外维护、内墙家具、设备)与分类,部品分组(如厕所一体化、厨房一体化等,涉及到模块化设计),可拆卸连接节点类型,拆卸顺序等。

建筑材料的生产和建造及拆除阶段能耗最大,而建筑构件的二次使用过程能够节约相对较多能源,当预制装配式建筑无法完成以整体部件为单元的重复使用时,从全生命周期角度评估,其环保经济性能与传统建造方式差异很小,甚至在建造过程中用时更长。因此,建筑整体构件的可拆卸再使用性是建筑节能环保的关键。如图12所示,首先,从全生命周期角度评估,对于一般建筑而言,建筑主体承重结构的寿命周期最久,实现承重结构的拆卸再使用,将在很大程度上提高建筑的节能表现,但由于建筑承重结构规范要求相对较高,实现其再利用在实际操作中的难度也相对较大。其次,相对于建筑承重结构,建筑楼板与外墙的可拆卸更加容易实现,也能够在一定程度上提高建筑的节能环保性能。最后,建筑内墙和装饰及管线设施的可拆卸最易于实现,目前,日本SI体系及中国的CSI体系,在建筑部品的模数化及设备管线的拆卸可能性方面已有相关研究。

根据对既有的可拆卸建筑技术的综述与考察,可以对可拆卸设计体系提出进一步的研究方向,探寻从建筑设计的范式层面纳入可拆卸技术的可能性:①如图13所示,当建筑功能与构件的关系为传统的相互关联方式时,转变为预制装配式建筑的构件与功能一一对应相互独立的关系,将更有助于建筑的可拆卸性。当建筑的承重功能与立面围护结构功能相互关联时,如传统建筑采用湿连接方式,或者如密苏里大学音乐学院新院楼南立面预制混凝土墙板,既承担承重功能也承担外围护结构功能,构件的拆卸将更加复杂不易实现,而当构件与功能一一对应相互独立时,根据不同寿命周期,建筑部分构件的拆卸替换将更加可行。②为了实现可拆卸,满足各种抗震防火等结构要求,灵活的可拆卸连接方式十分重要。如图14所示,当预制构件间直接连接或采用湿连接方式时,形成的是不可逆节点,建筑将无法拆卸,当构件间采用固定干连接或灵活干连接时,构件将更易于拆卸和再使用。③除此之外,建筑材料的使用很关键,节能环保材料制作的建筑构件,可满足建筑构件的二次使用或降解使用。而建筑构件与功能的相对独立,也更利于建筑的安装拆卸顺序,由传统的顺序安装转变为并行安装方式,有利于节约劳动时间(图15)。在建筑规范层面,在建造阶段,不仅需要考虑预制率装配率,还应引入与建筑构件种类有关的“模块率”(特殊构件的数量与所有构件数量的比值),以评价建筑材料拆卸再利用的可能性。④最后,目前的西方研究尚较少涉及到实施可拆卸建筑技术的激励机制,除了通过LEED和BREEAM这类绿色建筑评价体系的评级机制来激励,可拆卸技术的主要推动方依然是公租房建设部门。大量的盈利性开发部门对建筑的质量要求较高,因结构要求无法使用干连接,也难以接受标准化的建筑空间与部件,这就需要对建筑的适应性与可塑性进行先期研究,提升建筑不同技术系统的更新效率,最终从深层激励机制上提升全社会对可拆卸设计的接受与认同[17]。

图12 可拆卸预制装配式内部层级关系图

图13 传统建筑和可拆卸预制装配式建筑功能与构件分组方式比较

图14 预制装配式建筑连接节点可能性

图15 装配顺序研究示意图

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