零碳科技:建筑可拆卸设计

发布时间:

2024-05-10 14:16

建筑环境约占全球每年二氧化碳排放量的 42%。在建筑物的生命周期中,这些排放中有一半来自其建造和拆除。为了使建筑脱碳并控制全球排放,重要的是要重新思考和减少拆除的前期或隐含碳影响,以及实施建筑的可持续建筑战略。

 

 

拆除通常涉及拆除、夷平、摧毁或破坏建筑物和结构部件,导致不可持续的碳排放、材料枯竭、浪费和污染水平。这些匆忙结束建筑物生命周期的方法对环境、材料组件和回收策略产生了负面影响。因此,需要重新思考建筑或基础设施项目寿命结束的方式,以建立一个更可持续的拆解系统。

 

可拆卸设计

 

循环经济的原则对建筑业的影响最大,也最适用。强调资源的有效利用,围绕组件和材料的再利用和回收的模型越来越多地被全球建筑实践所引领。“拆卸设计(Design for Disassembly)”的概念已成为一种创新方法,尤其是在建筑外墙方面。为了在对新基础设施的需求和向可持续性的过渡之间取得平衡,需要对传统立面设计的整个生命周期进行审查。

 

从历史上看,建筑行业采用线性建筑方法,很少或根本没有考虑结构和材料的报废命运。达到使用寿命的建筑物通常会被拆除,导致大量废物被送往垃圾填埋场或焚烧。这种做法耗尽了宝贵的自然资源,同时加剧了对环境的危害。

 

循环经济的核心是闭环理念——将传统的“获取、制造、浪费”线性模型转变为一个再生系统,让材料和产品尽可能长时间地投入使用。建筑立面是结构材料成分的重要组成部分。尽管它们为拆卸设计提供了绝佳的机会,但现代建筑立面的复杂性构成了向循环建筑模型过渡的主要障碍。

 

虽然材料、组件和连接的进步提高了外墙的性能,但它们也使拆卸和材料回收再利用或回收极具挑战性。大多数外墙构件都使用不可逆的粘合剂永久粘合在一起,这使得在其使用寿命结束时的分离和回收成为一项艰巨的任务。

 

由于环境暴露,与建筑物的结构系统相比,许多现代立面组件的使用寿命相对较短。额外的更换周期通常是由不断变化的性能标准驱动的。频繁的材料更新产生的反复出现的隐含碳可以在建筑物的整个生命周期内大幅增加。

 

为了在幕墙开发中体现可持续性和循环性,拆卸设计是一种积极主动的方法,从初始设计阶段就考虑了建筑幕墙的整个生命周期。该方法涉及创建易于拆卸、分离的系统和组件,并在其功能寿命结束时重复使用或回收。这表现为优先考虑模块化结构、标准化连接和使用易于分离的材料。

 

使用模块化和标准化组件设计外墙可以简化施工过程,同时实现更容易拆卸和互换,促进再利用并减少浪费。此外,使用可逆连接,如机械紧固件或干接系统,支持外墙组件的无损拆卸。选择易于分离和可回收的材料,如金属、玻璃或某些类型的塑料,可以显着提高外墙的循环潜力。

 

建筑信息模型 (BIM) 等数字技术可以通过在整个建筑生命周期中准确跟踪和记录组件来简化拆卸过程。采用拆卸原则无疑会增加立面设计过程的复杂性。但是,必须在运营要求、成本影响和报废材料回收的可分离性之间进行权衡。

 

在建筑立面中采用拆卸设计需要转变对建筑实践的思维方式。它需要建筑师、工程师、制造商和回收设施之间的密切合作,以开发专注于资源效率和循环性的综合解决方案。材料科学、建筑技术和数字技术的持续创新将在鼓励更可持续和循环的幕墙系统方面发挥关键作用。

 

丹麦的 Circle House 项目是该国第一个循环住宅开发项目,倡导拆卸式立面设计。同样在丹麦,SANGBERG Architects 的 Østre Havn Parking House G2 的立面由一系列不同的挤压铝薄片组成。这些组件易于组装和拆卸,保证了在建筑物使用寿命结束时材料的重复使用。阿姆斯特丹的Wisperweide学校被北立面所覆盖,可以拆卸以在结构中添加更多模块。

 

Matrix ONE

 

在阿姆斯特丹科技园中心耸立着一座独特而富有创意的办公大楼,大楼从外观到内部结构,一切都被精心策划,以便在建筑的使用寿命结束时能够轻松拆卸和重复使用。该办公楼名为「Matrix ONE 」,由著名建筑师团队 MVRDV 精心设计,融合了先进的建筑技术和可持续发展理念。

Matrix ONE 是 Matrix 创新中心的主要枢纽,也是构成 Matrix 创新中心七座建筑中最大的一座,占地面积 13000㎡,共有六层高。

 

可拆除组件

 

整个建筑造型呈正方体结构,采用钢框架结构和预制空心混凝土楼板 的方式进行建造,运用螺钉和螺栓连接, 其中超过 90% 的材料可以重复使用。

 

向可持续未来的转变要求建筑业采用循环原则。建筑外墙的拆卸设计是朝着这个方向迈出的有影响力的一步。以过去、现在和将来时态考虑设计的新方法将为创新和变革开辟大量机会。

 

更进一步 解构设计

 

许多拆除导致的建筑碎片只能用于填埋,而可持续解构旨在小心翼翼地拆除建筑物或结构。它专注于为其他项目挽救和重复使用尽可能多的组件。可持续解构策略优先考虑建筑构件,如门、窗、结构元素、屋顶构件和材料饰面。

 

在当前的拆除实践中,正在整合控制内爆和使用先进机器人系统等策略,以仔细拆除建筑物并保留尽可能多的建筑组件以供重复使用。受控拆除,主要用于高层建筑,采用一系列战略性地放置在结构内的小型爆炸。这会逐渐削弱或移除关键支撑,防止结构被完全摧毁成瓦砾。取而代之的是,它将建筑构件分类为大块,以便于回收材料。

 

将机器人系统集成到当前的拆除过程中,采用混凝土切割和岩芯钻孔等技术,也有助于复杂地拆除结构中的接缝。出于安全原因,这些拆除不仅可以将人员从流程中移除,还可以有效地分离建筑组件,以便于回收利用。另一个可持续的拆除过程涉及使用非爆炸性化学膨胀剂。这些化学拆除剂通常由钙、硅和铝的氧化物组成,有助于分解混凝土结构。它们是无声的,不会释放气体、灰尘或任何其他形式的环境污染。

 

英国绿色建筑委员会 (UKGBC) 概述了可持续解构的范围和原则。这种方法优先考虑预防、再利用和回收,而不是拆除。在彻底探索了所有其他选择之后,拆除被视为最后的手段。考虑和检查这些替代方案的过程被称为“解构设计”,它从建筑物寿命的开始就已经精心规划,专注于提高其材料组件的价值,直到解构时间到来。

 

解构设计 (DfD,Design for Deconstruction) 运动的最终目标是负责任地管理报废建筑材料,并最大限度地减少新建筑生产过程中原材料的消耗。这是通过优化拆除过程中移除的材料并探索在另一个建筑项目中重复使用它们或将它们回收到新产品中的方法来实现的。通过这样做,该运动旨在消除与创造新建筑材料相关的碳排放,并改善报废建筑组件的整体环境影响。UKGBC创建了一个可持续解构实践指南,该指南强调了建筑环境中不同利益相关者的不同策略,以促进和实现可持续拆除。

 

 

对于开发人员、建筑师和设计团队,实用指南建议将寿命、灵活性和适应性设计作为解构设计的基本策略。将建筑物设计为尽可能长时间地使用是理想的,因为它们的生命周期因其适应性和耐用性而延长。此外,预制、预组装和模块化结构的设计允许在拆除过程中轻松拆卸。模块化结构支持标准化、简化的材料和组件调色板、使用机械紧固件代替粘合剂以及更好地控制施工过程。这确保了建筑构件可以很容易地拆解和重复使用,而不会失去其价值。

 

对于建筑物和基础设施的用户,实用指南建议进行主动维护,并记录改造、升级和维护工作,以便在建筑物使用寿命结束时更容易进行拆除。最后,对于解构团队来说,重要的是根据原始施工图纸和建筑物在寿命结束时的当前状态创建全面的材料护照和目录。该材料目录提供了有关建筑物不同材料组件的功能和结构能力、拆卸过程以及它们在其他结构中转售或再利用的质量的信息。

 

Triton广场

 

体现“解构设计”概念的一个例子是奥雅纳的Triton广场。建于 1998 年的原始结构需要更新,因为它不再适合其预期用途。为了尽量减少浪费,保留了现有结构的很大一部分。其中包括 88% 的下部结构和 3000m2 的原始立面板,这些面板被重复使用。此外,该项目还利用从拆除的碎片中磨碎的颗粒高炉矿渣 (GGBS) 来替代平均 65% 的水泥。由于这种解构过程,与典型的商业建筑相比,该项目减少了 40,000 吨碳排放,成本降低了 43%。

 

 

来源:友绿网