面向装配式与现浇建造实践的立面设计可拆解性整合策略研究

《Developments in the Built Environment》：Incorporating Design for Disassembly in Facades: Insights from Prefabricated and On-Site Construction Practices

　　

由于建筑功能变化、扩建需求或城市规划决策等原因，建筑物可能达到其使用寿命终点。在此类情况下，将既有建筑构件作为新建造的输入进行再利用，相较于填埋或高能耗的回收过程，是一种更循环的替代方案。这凸显了在建筑设计中考虑可拆解性设计（Design for Disassembly, DfD）的重要性。然而，建筑业具有较高的初始投资成本和多方参与者，这可能对创新方法的采纳构成挑战。因此，调整传统建造细部做法可为提升其可拆解潜力提供一种实用途径。本研究考察了循环设计原则，特别是DfD，如何被整合到外墙细部中。研究分析了荷兰（预制化相对普遍）和土耳其（现浇建造仍占主导地位）两地的现有外墙细部实践，探讨了建造实践的差异如何反映在其可拆解性设计中。研究还考察了如何在保持可拆解潜力的同时，将生物基材料纳入外墙细部。基于这些分析，研究人员提出了针对可拆解性和生物基材料使用进行优化的传统外墙细部重新设计方案。这些方案通过可拆解潜力测量方法和拆解序列分析进行了可拆卸性评估。结果表明，无需等待建筑业的重大变革，通过相对较小的改动以及构件或元素的选择决策，即可提升传统外墙细部的可拆解潜力。

一、研究背景与问题提出

建筑、工程与施工（Architecture, Engineering, and Construction, AEC）行业是全球最大的原材料消耗者和废弃物产生者之一。人类历史上开采的大部分材料目前都嵌固于建成环境中，这意味着建筑物是未来材料供应的重要临时储存库。为应对线性建造模式带来的环境、经济和资源挑战，循环设计理念日益受到关注。循环设计将建筑视为“材料银行”，其构件被有意设计为可维护、可改造、可拆解并在多个生命周期中重复使用。在此框架下，可拆解性设计（Design for Disassembly, DfD）被视为实现建筑中材料循环流动的关键设计策略。然而，尽管DfD概念重要，其在常规设计与工程流程中的整合仍不充分，障碍包括感知成本较高、技术成熟度有限以及从业人员缺乏实践知识。此外，现有建筑存量中普遍采用的建造体系和细部做法严重限制了未来的拆解选项。据估计，现有建筑中完全可拆解的比例不足1%。建筑系统的可拆解潜力（Disassembly Potential, DP）受制于具体情境因素和地方建造实践，而非普遍适用。然而，尽管DfD在循环经济研究中被广泛引用，但将其转化为针对特定建筑系统和类型的建造层面策略的研究相对较少，从而限制了其在日常实践中的适用性。在建筑元素尺度上，立面平均使用寿命约为25-30年，却占建筑隐含碳的15%-20%，且常因未在设计阶段考虑拆解与再利用而导致不成比例的高材料消耗和废弃物产生。因此，本研究旨在比较两种截然不同的建造方式——以荷兰为代表的预制化体系和以土耳其为代表的现浇建造体系——下的外墙细部可拆解潜力，探索地方设计与建造实践如何影响当前的拆解潜力，并识别通过针对性设计干预提升此潜力的机会。

二、研究方法

研究人员采用了荷兰绿色建筑委员会（Dutch Green Building Council, DGBC）的可拆解潜力测量方法（Disassembly Potential Measurement Method – V2）。该方法基于连接类型（Connection Type）、连接可达性（Connection Accessibility）、独立性（Independency）和产品边缘几何形状（Geometry of Product Edge）四个指标进行评估，也考虑了产品的环境影响。在本研究中，研究人员使用了算术平均值而非原方法中的调和平均值，以便更清晰地显示各选项间的差异。此外，研究人员还评估了材料的全球变暖潜能值（Global Warming Potential, GWP），数据来源于公司发布的环境产品声明（Environmental Product Declarations, EPDs）。

三、研究结果

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  NL1细部（荷兰空腔墙）： 原始版本（V0）的可拆解潜力（DPp）为0.53，GWP为67.9 kg CO₂-eq/m²。问题在于砖砌覆层的湿连接、防水层和隔汽层覆盖接缝难以接近。V1通过将砖砌改为干砌系统、移除防水膜和隔汽层并用黑玻纤棉替代矿棉板，DPp提升至0.75，GWP降至64.2 kg CO₂-eq/m²。V2将木龙骨和保温层设计为预组装预制组件，DPp提升至0.88，GWP升至74.2 kg CO₂-eq/m²。V3将所有组件替换为生物基材料（如软木砖覆层、秸秆保温），DPp保持在0.83，GWP大幅降至16.7 kg CO₂-eq/m²。
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  NL2细部（荷兰立面保温系统）： V0的DPp为0.29，GWP为22.9 kg CO₂-eq/m²。主要问题在于所有层均通过湿粘结连接，且层内接缝完全封闭。V1通过去除装饰抹灰和增强网，并将保温板升级为自带饰面的复合板，DPp提升至0.56，GWP降至20.7 kg CO₂-eq/m²。V2将石灰砂砖改为带干连接的预制混凝土板，DPp提升至0.79，GWP升至28.5 kg CO₂-eq/m²。V3采用土基预制面板和生物复合材料保温板，DPp为0.76，GWP降至12.6 kg CO₂-eq/m²。
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  TR1细部（土耳其通风幕墙）： V0的DPp为0.40，GWP为78.8 kg CO₂-eq/m²。问题在于保温层的胶粘剂连接以及砌块墙体和抹灰的湿连接。V1将保温层连接方式改为螺丝连接，DPp提升至0.50，GWP保持不变。V2将砌块墙体改为干砌系统，抹灰改为板材，DPp提升至0.81，GWP升至82.2 kg CO₂-eq/m²。V3采用生物复合板覆层、芦苇基保温板和干砌麻杆块墙体，DPp为0.84，GWP降至37.6 kg CO₂-eq/m²。
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  TR2细部（土耳其外保温系统）： V0的DPp为0.23，GWP为20.3 kg CO₂-eq/m²。主要问题是所有层均为湿连接且完全封闭。V1通过去除装饰抹灰并采用自带饰面的复合保温板，DPp提升至0.56，GWP降至18.1 kg CO₂-eq/m²。V2将砌块改为加气混凝土墙板，抹灰改为石膏板，DPp提升至0.81，GWP升至27.3 kg CO₂-eq/m²。V3采用麻杆墙板和软木覆层面板，因两者导热系数低而无需额外保温层，DPp为0.86，GWP降至15.4 kg CO₂-eq/m²。

四、讨论与结论

讨论部分指出，尽管荷兰和土耳其的建造实践不同，但一些共同原则能提高细部的可拆解潜力，包括：使用机械干连接而非化学连接；确保内层构件的接缝不被二次饰面或不可拆卸层覆盖；避免将满足不同性能的层整合在同一水平面上，以实现平行工序；避免重叠，采用开放接缝以便于单一部分的移除。同时，随着构件尺寸增大和机械化程度提高，建筑元素的隐含能和GWP也会增加，这表明需要采取平衡的方法。研究表明，通过选择特性相似的组件，可以在提高可拆解潜力的重新设计版本中实现接近的性能目标，并且可以用生物基替代品替换组件，同时保持相似的可拆解水平，且生物基材料还能提供较低的环境影响。

结论部分总结道：结果表明，通过在早期设计阶段做出决策和组件/元素选择，无需等待建筑业的重大变革，即可通过当前细部模型的小幅改动实现高可拆解潜力的建筑。本研究仅基于建筑元素尺度上的材料/组件和工具层面的可拆解原则进行了评估和重新设计。未来的研究也可以在整个建筑尺度上，采用沟通、劳动力、规划/组织和布局等方法评估可拆解潜力，并制定整体性建议。