工业住房建设的可持续转型

前言 丹尼尔·M·霍尔教授，瑞士苏黎世联邦理工学院创新与工业建筑助理教授 全球城市正在迅速城市化。对城市住房的需求比以往任何时候都要大。每天大约有20万人迁移到城市中心*。到2030年，预计60%的人类将居住在城市地区。随着城市人口的增加，对住房的需求也将增加。到本世纪末，我们将需要大约20亿套新住宅。特别是，发展中经济体将感受到城市增长的巨大影响。在未来十年，新兴市场可以预期建筑增长率将达到65%*。 以下分析和案例研究示例表明，我们对于工业化建筑如何对未来全球住房产生重大影响的看法。同时，我们认识到住房问题并非易事。关于住房的对话也是关于公平与政治、经济与城市规划、以及建筑和技术实施的话题。住房建设跨越了地方文化与全球供应链的紧张关系。将工业化引入发展中经济的全面环境、社会和政治影响尚不明确。 同时，城市住宅及其相关基础设施的建设将显著消耗全球资源，除非我们能重新审视当前的生产过程和材料。建筑业是全球最大的资源消耗者。在发达经济体中，建筑业在资源管理方面臭名昭著。例如，在美国，约有5000万吨的新资源和原始建筑材料——相当于约50架波音747巨型客机——被丢弃到垃圾填埋场。这些是建筑过程中的浪费材料，甚至不是实际建筑的一部分。 尽管如此，本报告旨在参与关于在地球的物质和环境限制内满足全球住房需求的对话。为此，我们认为工业化建筑在未来将扮演重要角色。 我们必须要做得更好。如果不重新思考和改革现有的建设和系统方法，发展中国家的未来都市建设将加速使我们的世界超过可接受的资源使用阈值。 正如以下报告所述，我们将工业化建筑（IC）视为一种更高效地进行结构设计、制造和组装的潜在替代方案。 * https://www.weforum.org/projects/future-of-construction 前言 理查德·博伊德 首席工程师 阿鲁普 城市人口预计到2050年将增长24亿，增幅达64%。这一增长需求的新建筑将是巨大的——一些估计表明，全球总建筑面积在同一时期内将翻倍。与此同时，建筑环境必须大幅减少碳排放。解决这两个重大趋势之间的紧张关系是这一代建筑环境专业人员的决定性挑战。 然而，在文献中很少有关于快速城市化的地理区域内工业化建筑当前实施情况的研究，也没有关于这些地区工业化建筑与传统建筑相比的环境影响比较研究。 此论文因此及时且富有价值地贡献于在考虑全球建筑环境未来时的重要且紧迫讨论主题之一。通过审视当前实施情况、评估环境影响以及分析影响未来采用的要素，它为亚的斯亚贝巴、开普敦和内罗毕的建筑环境增长前三大的市场之一的建筑业私营部门发展计划奠定了基础。我向政策制定者、设计师、投资者和这些城市及更广泛地区的建筑客户、制造商和承包商推荐此报告，并期待参与它必然引发的讨论。 大多数全球建筑实践以对低技能体力劳动的依赖和有限技术的使用为特征，导致建筑在安全、韧性、舒适性和环境影响方面的表现不佳。这些挑战在低中收入国家尤为尖锐，上述提到的多数增长将发生于此。 快速提升产能以满足需求，要求这些地区的建筑业进行根本性的转型。这种转型正在进行中，并在下一个十年成熟，为避免高收入国家建筑业的失误和挑战提供了百年一遇的机会，通过有意识地选择一条替代的发展道路。 工业化建筑的概念有潜力成为替代发展路径的模范。它描述了一种方法，通过这种方法，安全性得到提高（在使用和建设期间），韧性得到增强，技能得到提升，浪费得到减少，环境影响得到缓解，同时还能快速增长产能以满足需求。 项目团队 作者： Firehiwot Kedir，首席研究员，kedir@ibi.baug.ethz.ch TylerPullen，研究助理，tpullen@stanford.alumni.edu 教授 Dr. Daniel M. Hall，主要研究员，hall@ibi.baug.ethz.ch Richard Boyd，Arup项目经理，Richard.boyd@arup.com Jo da Silva，Arup项目总监，Jo.da-Silva@arup.com 贡献者： 托马斯·鲁珀，rupperth@student.ethz.ch马可·祖斯廷，marcozu@student.ethz.ch提莫西·帕特尔，tpartl@student.ethz.ch 版面和图形编辑：明山·吴，ng@ibi.baug.ethz.ch；费雷希 沃特·凯迪尔，Kedir@ibi.baug.ethz.ch；罗马·斯维德兰，Roman.Svidran@arup.com 本出版物是Arup公司与ETH苏黎世建筑学院工业与创新型建筑椅位在2018年度全球研究挑战计划中共同进行一年研究项目的成果。 目录 执行摘要 随着世界日益城市化，全球城市必须为不断增长的人口提供充足且负担得起的住房。增长最快的地区在发展中经济体，这些地区的城市往往难以获得满足日益增长的住宅需求所需的资源——即资本、材料和熟练劳动力。这同时也伴随着全球范围内减少建筑环境对环境影响的压力。为了将气候变化控制在1.5摄氏度以内，城市需要显著减少排放。到2030年，建筑和基础设施的材料消耗和能源使用需要减少33%，到2050年减少50%。为了实现这一目标，必须采取重大干预措施，例如提高材料效率、增强建筑利用率、转向低碳材料、采用低碳水泥以及重复使用建筑构件。1 为不断增长和城市化的总人口提供住房，同时最大限度地减少其环境影响，很可能是21世纪建筑环境面临的最大挑战之一。无效的文本。在世纪之交，这一挑战对于发展中国家来说尤其困难，因为在建筑业增长中，预计将有65%的增长是由于城市人口快速增长所导致的。 建筑行业中新兴趋势被称为工业化建筑（IC），这可能有助于缓解全球住房行业面临的未来挑战。工业化建筑是一个涵盖性术语，指的是应用工业化和制造业原理的广泛策略，以提高建筑项目的生产力和可预测性。在住宅领域，工业化建筑的方法通常表现为对传统商业模式的改变，采用先进技术以及标准化流程的持续改进。此外，工业化建筑还可以提供设计建造活动的新增容量，这在当前的建筑方法中既不易也不可行。这种容量以数字工具的使用形式出现，这些工具允许设计优化，以及促进产品更高效地制造和组装的技术。 此外，IC吸引了并支持了需要工业化制造生态系统的可持续建筑材料和产品的兴起。IC中使用的策略，如现场外施工、标准化组装和产品平台，有潜力提高产品品质、增加材料效率，并降低项目完成所需的成本和时间。 元素。本报告通过生命周期分析比较了不同建筑材料和方法的环境影响。生命周期评估方法评估了案例研究城市中住宅建筑项目的产品阶段（原材料供应、运输和制造）和建设过程阶段（运输和施工安装过程）。本报告将墙体和楼板建筑元素分为三种建设方法：传统、部分工业化和完全工业化。在各个建设元素中确定了特定案例的关键环境热点并进行了分析。 因此，IC在减少环境影响的同时，为全球住房提供额外容量的潜力巨大。然而，整体生命周期性能取决于众多环境因素。这些因素与影响住房和建筑市场的复杂影响网络相结合，表明适当的规划和提前考虑是确保任何潜在的过渡到集成电路（IC）都能实现预期成果所必需的。 研究结果显示，从传统建筑业向工业化建筑法转变，可以减小从生产到建筑施工过程中住房建设的整体影响。产品及建设过程各阶段的冲击从传统方法减少到完全IC（集成电路）方法的1/3。大多数改进体现在产品阶段，包括材料类型转变、建筑废弃物减少和高效的设计策略的实施。对元件建设所使用的材料类型和数量的评估显示出各种影响，并引入了 本报告旨在探讨在发展中国家特定背景下，工业化建筑应用在微观和宏观层面上的影响因素。数据来源于对撒哈拉以南非洲三个城市——亚的斯亚贝巴、内罗毕和开普敦——的实地考察。报告从建筑微观层面入手。 新兴的轻质和可持续材料，如交叉层压木材，并确定了减少材料消耗的设计策略，例如从实心板设计转向中空板设计。然而，部分工业化的建筑元素通常比传统方法有更大的影响，应在大规模应用之前进行改进。 对理解这些城市集成电路（IC）潜在未来发展的因素影响。 两次分析的结果都展示了一组潜在的结果范围——对于集成电路策略和产品的整体采用和性能，既有负面也有正面——。利用现有的集成电路方法和创新方面的实践和新兴见解，该报告提供了一个路线图，用于展示集成电路（IC）采用的各种可能情景。每个途径都包括目标示例和具体杠杆，供地方决策者以负责任和有意识的方式过渡到集成建筑（IC）。该工具特别旨在为发展中国家的城市地区提供支持，扩展了政策制定者、城市领导者、当地企业家和现有行业从业者可能如何考虑将集成建筑（IC）适应独特环境，以实现关于住房建设和可持续建筑环境的宏伟目标。 接下来，宏观层面的观察集中于影响三个案例城市集成电路（IC）采用率的复杂生态系统。采用系统分析方法，确定了十九个影响样本城市IC采用率的影响因素。这些因素可以广泛分类，其规模从小因素如产品性能到大因素如当地社会对IC的认知。创建了一个影响矩阵，评估决定性影响因素之间的关系。基于这个影响矩阵，识别并绘制了系统因素的特性——积极、消极、矛盾和缓冲——在系统网格上。 城市基础设施的状况被发现是采用集成电路最活跃的影响因素。该报告汇集并分析了当前状况 问题和背景 全球住房危机 足够的住所长久以来被公认是一项基本的人权，这对于实现最低生活水平至关重要。尽管如此，今天，超过十亿人居住在不符合标准的住房中。未能缩小这一差距被称作“全球住房危机”。2如果两个当前全球发展趋势持续，全球人口适居性挑战将只会增加。 将在非洲和亚洲发生。6这将由农村向城市的人口迁移及城市内的人口增长共同推动。例如，埃塞俄比亚的首都阿迪斯阿巴预计将在2000年至2030年间将其人口增加至原来的三倍，而肯尼亚的内罗毕市的人口预计在未来的30年里将从约450万增加到超过1400万。7印度和中国的主要城市在同一时期预计将增长多达五倍。8在发展中国家尤其如此，城市的物理集中化使得地方政府能够有效地筹资和安装基础设施，以满足基本需求，如电力、可饮用水和废物管理服务。对这些便利条件的更好获取通常会导致城市生活质量的潜在提升，进一步加速城市快速增长。9 趋势#1 - 全球人口正在增长 根据中等变体预测，今天的人口为77亿，预计将增长超过到2050年将有20亿人口.3这一增长的大部分将发生在发展中国家（见图1）。在相同的时间跨度内，世界上许多最不发达国家的总人口将翻倍。预测全球人口增长的一半以上将仅发生在撒哈拉以南非洲。4 趋势 #2 - 全球人口正在城镇化。 与农村地区相比，城市提供了更好的接触经济机会和重要的社会服务，如高质量的教育和医疗保健。全世界超过一半的人口 already live in metropolitan regions. 这 percentage is likely to grow to 68% by 2050.5 对经济实惠、高品质住房的需求 城市人口激增引发高住房需求在这些地区。这种需求可能会给当地服务造成压力，并限制当地政府满足居民日益增长需求的能力。 然而，城市增长预计不会均匀分布。预计城市人口增长中近90%将集中在城市中。 贫民窟开发——缺乏一项或多项基本生活必需品的非正式社区——是城市中对经济适用房存在大量未满足需求的一个明显信号。全球范围内，尽管比例在缓慢下降，但居住在贫民窟的城镇居民绝对数量仍在上升。联合国人居署估计，2016年全球约有八分之一的人生活在贫民窟条件下。12住房不足且昂贵为公共健康和公平性带来了明确且紧迫的挑战。 此外，发展中经济体城市的城市化进程，与发达经济体相比，正以史无前例的速度发生。10这仅加剧了城市发展中的常见问题，如交通拥堵、空气污染、高昂的生活成本、无家可归和非法或贫民窟的发展。 尽管上述挑战受多种因素影响，任何拟议解决方案的一个关键组成部分是充足的本地住房质量供应住房供应的增加可以直接提高各收入水平的可负担性——尽管低收入居民的住房供应通常仅通过政府干预来实现。11可用且负担