李珺杰，邊文彥，張文*

自然災(zāi)害包括地震、傳染病、洪水、蟲災(zāi)、風(fēng)暴等，其中以地震、洪水、風(fēng)暴對人類居住環(huán)境威脅最大。從世界范圍來看，中國是自然災(zāi)害危害最嚴重的國家之一，每年直接受災(zāi)人數(shù)占總?cè)丝诘?0%，導(dǎo)致每年有500多萬人受自然災(zāi)害的影響而流離失所[1]。在全球環(huán)境不斷惡化、氣候問題突出的當(dāng)下，可持續(xù)發(fā)展的人居環(huán)境也在全球范圍內(nèi)獲得廣泛重視[2]。為了響應(yīng)全球可持續(xù)發(fā)展的號召，促進營造健康、安全舒適的生活家園，抵御自然災(zāi)害的侵襲，形成城市防災(zāi)救災(zāi)韌性體系,本研究聚焦可持續(xù)的應(yīng)急救災(zāi)建筑體系和建造模式，構(gòu)建可快速收放、能源自給、宜居舒適、循環(huán)重構(gòu)、安全耐用的應(yīng)急人居空間系統(tǒng)。

1 災(zāi)后應(yīng)急建筑不只帳篷和板房

帳篷和移動房屋是目前使用最多的臨時性建筑結(jié)構(gòu)，一般的帳篷圍護結(jié)構(gòu)脆弱，作為短時野營尚可，但安全性和舒適性不足以形成 “居住”環(huán)境。移動房屋雖可以提供足夠的保護，但是在復(fù)雜孤立的應(yīng)用場景中，其建造的復(fù)雜度高且建造時間長。移動房車具有可移動、設(shè)備整合、功能齊備等特點，是我國災(zāi)后救援裝備中的重要組成部分，但因經(jīng)濟成本較高，運行維護成本大，大量用于備災(zāi)使用存在一定的困難。

近年來國內(nèi)研究重點主要集中在輕型裝配式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，是面向快速建造與市場應(yīng)用的研究。朱競翔等基于震后災(zāi)區(qū)校舍重建，開發(fā)以輕鋼結(jié)構(gòu)為核心的預(yù)制裝配式輕型建筑系統(tǒng)，并在空間適應(yīng)、復(fù)合圍護、建筑高度、基礎(chǔ)形式、可移動性等方面進行持續(xù)拓展[3]。張宏等致力于工業(yè)化裝配住宅體系研究，開發(fā)數(shù)代以鋁型材結(jié)構(gòu)為核心、整合標(biāo)準化工業(yè)部品的住宅產(chǎn)品體系，形成結(jié)構(gòu)體、圍護體、內(nèi)分隔體與內(nèi)裝、內(nèi)外設(shè)備體四大功能系統(tǒng)實現(xiàn)快速裝配[4]（表1）。日本建筑師坂茂以紙作為建筑結(jié)構(gòu)和圍護材料，為災(zāi)后建筑輕質(zhì)的建筑體系提供了新思路[5]。

表1 災(zāi)后安置建筑按使用特點分類，趙如月、劉媛卉、王毓乾繪制

2 量化自然災(zāi)害后的可持續(xù)性

2.1 國內(nèi)外量化自然災(zāi)害后的可持續(xù)性標(biāo)準及規(guī)范

自然災(zāi)害一直以來是威脅人類生存和發(fā)展的重大障礙。在全球環(huán)境不斷惡化、氣候問題突出的當(dāng)下，可持續(xù)發(fā)展的人居環(huán)境也在全球范圍內(nèi)被廣泛重視[6]。針對災(zāi)后臨時安置建筑的設(shè)計，國內(nèi)外政府和相關(guān)機構(gòu)推行了一系列設(shè)計導(dǎo)則，用于衡量災(zāi)后安置建筑的可持續(xù)性。我國出臺的《地震災(zāi)區(qū)過渡安置房建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》[7]和《地震后重建家園指導(dǎo)手冊》[8]等，從規(guī)劃布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面對臨時安置建筑進行了指導(dǎo)。英國建筑研究院信托基金（BRE Trust）研發(fā)的災(zāi)后可持續(xù)性自評工具QSAND（自然災(zāi)害后可持續(xù)性的量化），作為綜合性建成環(huán)境工具，則提供了可持續(xù)性方面的評估方法[9]（表2）。

表2 國內(nèi)外災(zāi)后安置建筑相關(guān)導(dǎo)則及標(biāo)準，項目組整理

衛(wèi)生應(yīng)急和災(zāi)害風(fēng)險管理框架（Health-EDRM）是對這一挑戰(zhàn)的重大回應(yīng)[10]。它強調(diào)預(yù)防、準備和就緒以及應(yīng)對和恢復(fù)對拯救生命和保護健康至關(guān)重要。它顯示了整個衛(wèi)生系統(tǒng)如何能夠而且必須在所有努力中發(fā)揮基礎(chǔ)性作用。SPHERE環(huán)球計劃給出了人道主義憲章與人道救援響應(yīng)的最低標(biāo)準，是國際紅十字會與新月紅十字會聯(lián)合發(fā)起的產(chǎn)物，通過盡可能地采取措施，減輕災(zāi)害或沖突對人們造成的痛苦[11]。QSAND是專門針對災(zāi)后可持續(xù)性的自評價工具，包含了緊急救援72小時內(nèi)的評價框架CAT以及72小時之后過度恢復(fù)階段的評價框架PAT，從可持續(xù)的視角將評價分成了庇護所與社區(qū)、安置地、材料與廢物、能源、飲水與衛(wèi)生設(shè)施、自然環(huán)境、通訊與交叉問題8個大類，形成了基于可持續(xù)視角下量化災(zāi)后建筑的框架體系[9]（表3）。

表3 QSAND, SPHERE&HEALTH標(biāo)準內(nèi)容對比分析，項目組整理

2.2 BBBC：量化可持續(xù)應(yīng)急人居空間的8個大類

BBBC可持續(xù)災(zāi)后應(yīng)急建筑項目團隊組依托2013年四川4·20雅安地震蘆山災(zāi)區(qū)、2020年四川內(nèi)江817洪峰災(zāi)區(qū)以及參加四川雅安“應(yīng)急使命· 2021”抗震救災(zāi)演習(xí)等多次的現(xiàn)場調(diào)研及訪談，結(jié)合國際QSAND評價框架，設(shè)計建造完成了一座可持續(xù)災(zāi)后應(yīng)急社區(qū)中心的示范建筑項目。項目建設(shè)于河北省張家口市，建筑面積約155m2，場地占地面積400m2，功能包含了醫(yī)療、兒童活動、公共廚房、公共衛(wèi)生間、獨立居室以及一個半室外的棚架空間（圖1-3）。

圖1 BBBC建筑項目鳥瞰

圖2 人視點透視

圖3 庇護所內(nèi)部庭院

結(jié)合國內(nèi)外的標(biāo)準規(guī)范以及國際的量化方法，以QSAND為基礎(chǔ)，BBBC的設(shè)計框架從量化可持續(xù)災(zāi)后人居空間的視角，建構(gòu)體系分為8個大類：庇護所與社區(qū)，安置地，材料與廢物，能源，飲水與衛(wèi)生，自然環(huán)境，通訊與交叉問題。項目中每一項對應(yīng)展開為若干子項，共計33項技術(shù)重點（圖4）。

圖4 BBBC：量化可持續(xù)應(yīng)急人居空間的8個大類

3 BBBC：可持續(xù)應(yīng)急人居空間的時序性體系

設(shè)計研究首先著眼于受災(zāi)后不同階段的需求，展開不同的應(yīng)對策略，提出一套BBBC（Bag+ Box + Building + Cloud）緊急救援庇護所的整體框架。BBBC的可持續(xù)應(yīng)急人居空間的模式考慮到了從受災(zāi)后的第一時間到災(zāi)后救援的全周期進程（圖5）。根據(jù)時間線提出了“備災(zāi)包（Bag）、備災(zāi)盒（Box）、備災(zāi)房（Building）、備災(zāi)云（Cloud）”的概念（圖6）。

圖5 時序演繹下的可持續(xù)災(zāi)后應(yīng)急需求

圖6 BBBC備災(zāi)救災(zāi)體系

（1）備災(zāi)包（Bag）針對前72小時緊急救援階段。在交通、通信阻斷，物資緊缺，沒有大型的機械幫助的情況下，解決醫(yī)療隊、救援隊的快速救援需求。備災(zāi)包的設(shè)計中整合必要的物資、儀器（或工具）以及簡單的支撐、遮蔽材料，并且提供輕量化背負、能源自給、醫(yī)療救災(zāi)、臨時居住等多種復(fù)雜應(yīng)急問題。備災(zāi)包包含3種類型，分別是醫(yī)療模盒、能源模盒、庇護模盒（圖7）。

圖7 72小時緊急救援的救災(zāi)包及背負系統(tǒng)

（2）救災(zāi)盒（Box）針對于72小時后重建階段。為應(yīng)對災(zāi)后復(fù)雜環(huán)境的運輸和現(xiàn)場快速搭建的要求，選取輕型結(jié)構(gòu)框架和快速裝配圍護體系。模塊尺寸為1.2m（長）×2.4m（寬）×2.7m（高），利于在交通不便的情況下，最大幅度地壓縮體積運輸?shù)浆F(xiàn)場，在使用時釋放模塊中折疊的空間，空間擴大至5倍（圖8、9），滿足緊急醫(yī)療救治、受災(zāi)群眾的庇護和設(shè)備的空間需求，同時解決災(zāi)后的私密性、安全性和衛(wèi)生性問題。太陽能電池板將為庇護所解決能源需求。

圖8 備災(zāi)盒的空間擴展模式

（3）救災(zāi)房（Building）應(yīng)對災(zāi)后恢復(fù)階段。過渡性建筑依靠能源模塊展開附屬空間，通過模塊化的拓展思路，形成多樣的空間組合，進一步提升空間的舒適性和多功能性。組合形成更加完善的醫(yī)療衛(wèi)生、居住休息、社區(qū)活動、共享交流的社區(qū)中心或者家庭居住空間。在更長的一段災(zāi)后恢復(fù)時間內(nèi)，通過合理的社區(qū)規(guī)劃和空間布局，逐步完善社區(qū)功能，在公眾參與的模式下，帶動村民共同搭建，完善社區(qū)生活功能需求，優(yōu)化建筑品質(zhì)，滿足災(zāi)后更大規(guī)模的人群安置和管理善后等工作（圖10）。

圖9 空間擴展節(jié)點

圖10 不同救災(zāi)模式下的模塊拓展

（4）備災(zāi)云（Cloud）針對受災(zāi)前的備災(zāi)階段。物料都由備災(zāi)云系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配，存放在各個倉庫中。受災(zāi)后，在智慧系統(tǒng)的調(diào)控下，以信息流、物質(zhì)流、時間流的方式整合多種救災(zāi)策略成為智慧災(zāi)備系統(tǒng)，平戰(zhàn)結(jié)合，貫穿備災(zāi)—救災(zāi)—安置—恢復(fù)全過程（圖11）。

圖11 BBBC：可持續(xù)應(yīng)急人居空間的時序性體系

4 BBBC：韌性理論背景下的自然災(zāi)害庇護所

韌性也被稱為彈性、恢復(fù)力等，其概念起源于工程機械領(lǐng)域，表示物體在外力作用下變形后恢復(fù)到原始狀態(tài)的一種能力[12-13]。韌性理論引入災(zāi)害風(fēng)險管理領(lǐng)域，為世界防災(zāi)減災(zāi)實踐提供了新理念，并在國內(nèi)外韌性城市社區(qū)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，形成了“韌性城市”“韌性社區(qū)”等概念[14-15]。國家韌性與社區(qū)韌性問題已多次成為世界減災(zāi)大會上重要性全球性議題。美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署（FEMA） 在《2018–2022 戰(zhàn)略規(guī)劃》中，提出要建設(shè)準備充分的、有韌性的國家，并以此為愿景制定了備災(zāi)文化等[16]。韌性理論是在社區(qū)空間以及居民自下而上的驅(qū)動力與組織能力的有效風(fēng)險管理方式，相較于自上而下的風(fēng)險管理模式，韌性理論的需求范圍更廣[17]。研究發(fā)現(xiàn)，韌性理論視角下的社區(qū)適災(zāi)能力的增加會縮短災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建時間，并在后期發(fā)展恢復(fù)中發(fā)揮更明顯的作用[18]。

依據(jù)可持續(xù)發(fā)展的理論，在應(yīng)急人居空間中架構(gòu)基于社會、環(huán)境和經(jīng)濟要素的空間構(gòu)成模式，設(shè)計提出可持續(xù)災(zāi)后應(yīng)急的備災(zāi)—救災(zāi)—過渡恢復(fù)的具體策略框架，設(shè)計重點探討“空間韌性”“結(jié)構(gòu)韌性”“能源韌性”3個方面，與之對應(yīng)的是可持續(xù)應(yīng)急空間的設(shè)計、建造和運行3個階段。

4.1 空間韌性

4.1.1 靈活模組

BBBC 在空間布局上體現(xiàn)出使用模式上的韌性調(diào)節(jié)。建筑由14個模塊組成，根據(jù)備災(zāi)倉庫的尺寸，每一個模塊在折疊狀態(tài)下的尺寸都是1.2m×2.4m×2.7m，其中包含了4個醫(yī)療模塊（候診廳、清創(chuàng)、手術(shù)模塊，圖12）、2個兒童活動模塊（圖13）、1個零售模塊、2個設(shè)備間模塊、1個廁所模塊、1個浴室模塊、2個廚房模塊以及1個展示模塊等多種類型的空間形式。14個模塊組成了155m2的建筑空間，作為一個災(zāi)后公共社區(qū)服務(wù)中心，為弱勢群體提供救助。根據(jù)不同災(zāi)后需要，功能模塊可以排列組合成多種空間功能配置，從而實現(xiàn)不同用途的空間模式拓展，例如災(zāi)后方艙醫(yī)院、救助中心指揮部、臨時學(xué)校或幼兒園、社區(qū)醫(yī)療中心、災(zāi)民居住安置點等（圖14）。

圖12 醫(yī)療模塊室內(nèi)

圖13 兒童模塊室內(nèi)

圖14 靈活模組的功能擴展

4.1.2 外向型空間模式

建筑組成了兩種不同程度的庇護空間。一是利用腳手架快速搭建起來的棚膜下庇護空間。地震泥石流等自然災(zāi)害過后，往往伴隨長時間的大雨，這對災(zāi)民的救護又進一步提升了難度，并且給物資堆放、物資發(fā)放也提出了挑戰(zhàn)。BBBC的室外部分是一個大型的棚膜庇護，這種灰空間的營造也同時為一般受災(zāi)災(zāi)民提供了一個基礎(chǔ)的戶外活動場所。二是由模塊組成的室內(nèi)空間，則是對弱勢群體更深度的保護，例如受傷的災(zāi)民，老年人、婦女及兒童。在室內(nèi)空間通過良好的保溫、隔熱設(shè)計，提升了室內(nèi)環(huán)境的舒適度，給災(zāi)后的弱勢群體提供更好的居住條件。建筑模塊所有的空間出入口都開向半室外的棚膜，利用棚下空間實現(xiàn)通行、等候等需求，這樣可以大大壓縮室內(nèi)的空間面積，減少在災(zāi)后環(huán)境下建造的工程量（圖15、16）。

圖15 兩層庇護：模塊庇護與棚架庇護

圖16 棚膜下的災(zāi)后庇護空間

4.2 結(jié)構(gòu)韌性

4.2.1 全鋁結(jié)構(gòu)模塊化建筑

作為常見的制造材料，鋁型材是同等體積鋼、銅或黃銅材料重量的1/3，其材性具有優(yōu)良的機加工性能，可制造為多種工業(yè)化標(biāo)準構(gòu)件。此外，鋁具有極高的回收性，再生鋁的特性與原生鋁幾乎沒有性能差別，是一種典型的可持續(xù)綠色建材。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水（或鹽水）、石油化學(xué)和很多化學(xué)體系中，鋁顯示出優(yōu)良的抗腐蝕性。因此，鋁材在可持續(xù)應(yīng)急空間中，體現(xiàn)出了材料循環(huán)利用、工業(yè)化加工與建造、輕質(zhì)耐久等優(yōu)勢。在BBBC策略中標(biāo)準模塊的尺度下（1.2m×2.4m×2.7m），將整體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)重量控制在125kg，這個重量可采用叉車搬運或摩托車托運的交通方式，對災(zāi)后路面交通的要求較低，利于快速深入交通不便的受災(zāi)地區(qū)展開緊急救援和居民安置?；阡X框架和鋁材圍護的全鋁建筑的建造方法以及節(jié)點優(yōu)化設(shè)計，BBBC項目優(yōu)化了設(shè)計構(gòu)件與連接方式，在短期的時間內(nèi)滿足快速建造的要求（圖17）。

圖17 全鋁結(jié)構(gòu)建筑框架

模塊化的設(shè)計實現(xiàn)了模塊的快速拆裝和重復(fù)利用，結(jié)構(gòu)體系使模塊梯次循環(huán)使用達到30次以上，從而大大降低了建筑單次使用的成本。板墻之間采用了利于快速搭建的門栓式重型鎖扣，每個鎖扣的最大夾持力達到3000kg，每個墻板上兩個垂直邊和一個水平邊各3個鎖扣，共9個鎖扣以及底部一字板連接共同實現(xiàn)墻體承重的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)（圖18）。

圖18 快速搭建的門栓式重型鎖扣連接

4.2.2 快速搭建的半室外庇護空間

由腳手架搭建而成的半室外庇護空間，采用十字型腕扣的連接方式。腳手架本身是為建筑施工過程順利進行而搭設(shè)的工作，平臺腳手架采用標(biāo)準的φ48mm圓鋼管匹配十字腕扣，可以實現(xiàn)正交及斜角搭建的多種形式。腳手架搭建十分迅速，在現(xiàn)場僅用1天時間就全部完成，并且每根圓鋼管的重量僅有十幾公斤，在人工負重的范疇，完全不依賴于機械設(shè)備，實現(xiàn)災(zāi)后環(huán)境下的公眾參與（圖19）。

圖19 十字型腕扣腳手架的半室外庇護空間

4.3 能源韌性

發(fā)災(zāi)后能源的供給是保障災(zāi)區(qū)通訊、炊事、取暖的重要保障，對災(zāi)后的社區(qū)安置極為重要。在供能形式上依據(jù)能源韌性理論，考慮到場景的不確定性，有源模塊以光伏作為主要能源來源，采用水勢能、化石能、生物能、風(fēng)能、動能互補的彈性供能方式（圖20）。BBBC的有源模塊實現(xiàn)全直流建筑的構(gòu)想，從而提升供電系統(tǒng)的用電效率并減少電壓轉(zhuǎn)化過程中的能量損耗。全直流建筑不僅能讓能源消耗降低10%，在插座等用電末端還能將電壓控制在人體安全電壓內(nèi)，實現(xiàn)用電安全、風(fēng)險可控（圖21）。

圖20 多能互補

圖21 直流建筑系統(tǒng)

建筑屋面上安裝N型雙面雙玻光伏組件，雙面主體的光伏電力系統(tǒng)采用光伏智慧能源解決方案，選擇高效、高性能的N型雙面雙玻組件，正面效率大于22%，背面效率大于19%，且兼具無LID、低工作溫度、低溫度系數(shù)、優(yōu)越的弱光響應(yīng)等優(yōu)勢[18]（圖22，表4）。

表4 BBBC光伏系統(tǒng)參數(shù)表，來源：項目組

圖22 建筑屋面光伏

農(nóng)制生計是災(zāi)后恢復(fù)階段災(zāi)民公眾參與策略、共同有序恢復(fù)經(jīng)濟收入以及心理紓解的手段。在農(nóng)業(yè)景觀用水的策略中，水循環(huán)系統(tǒng)整合了生活用水、雨水兩部分，通過凈水系統(tǒng)實現(xiàn)水循環(huán)利用，凈水系統(tǒng)結(jié)合灰空間內(nèi)部的景觀種植以及建筑四周的種植，形成景觀用水的補給（圖23）。選用經(jīng)濟類作物作為綠化，雨水經(jīng)過中庭自制凈水裝置過濾后，可直接澆灌植物。無水馬桶可繼續(xù)分解廢料、處理成為肥料，重新運輸至景觀位置堆肥，實現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展，讓村民通過災(zāi)后農(nóng)制生計，得到一定的心靈紓解（圖24-26）。

圖23 水循環(huán)系統(tǒng)

圖24 農(nóng)制生計系統(tǒng)

5 結(jié)語

BBBC項目是一次基于可持續(xù)災(zāi)后應(yīng)急建筑項目的嘗試。在QSAND體系的影響下，按照災(zāi)難時間表，將設(shè)計應(yīng)對的時間段分為：備災(zāi)階段；72小時緊急救援階段（對應(yīng)QSAND-PAT階段）；災(zāi)后過渡恢復(fù)階段（對應(yīng)QSAND-CAT階段）。建筑依靠太陽能提供房屋所有的能源，發(fā)災(zāi)后能源的供給是保障災(zāi)區(qū)通訊、炊事、取暖的重要保障，對災(zāi)后的社區(qū)安置極為重要。對建造速度和使用者的健康關(guān)懷也有更高的要求，實現(xiàn)了“小”而“輕”等優(yōu)勢。

根據(jù)聯(lián)合國報告《災(zāi)害的代價2000-2019》1），過去20年間，全球的洪水災(zāi)害數(shù)量從1389起上升到3254起，增加了兩倍多，占災(zāi)害總數(shù)的40%，影響人數(shù)達165萬人。其次是風(fēng)暴災(zāi)害，發(fā)生數(shù)量從1457起上升到2034起，占到災(zāi)害總數(shù)的28%。此外，干旱、山火、極端氣溫，以及地震和海嘯等自然災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)均出現(xiàn)顯著上升?？沙掷m(xù)發(fā)展的核心理念是注重長遠、科學(xué)規(guī)劃和追求效率，而關(guān)愛和支援災(zāi)區(qū)的最高境界應(yīng)是可持續(xù)的。尋求更好的災(zāi)后救援方案，才能讓流離失所者在災(zāi)后快速擁有一個溫暖、舒適的家?！酰椖拷M成員：李珺杰、張文、黃宇軒、劉媛卉、吳煒、王毓乾、王鵬飛、趙如月、林睿、陳鑫、王浩駿、邊文彥、吳璽君、李皓妍、郭子奕、郭昊龍、高炳旭、郭昕晨、姚冠琪、包亞茹、王卓飛、袁詩潔、朱云萍等）

圖25 景觀石籠

圖26 中庭農(nóng)業(yè)種植

注釋

1） 聯(lián)合國報告：氣候災(zāi)害在過去20年間頻度加劇 中國受災(zāi)數(shù)量居全球之首. 聯(lián)合國新聞. 2020-10-12.https://news.un.org/zh/story/2020/10/1068912