大洋垃圾回收摩天楼

THE OCEAN FILTERS:SKYSCRAPERS AGAINST THE MARINE LITTER CRISIS

设计团队：郭志鹏、王睿轩、王晟浩、马云天、杨莫、刘甲一

写在前面：

这次要分享的是我们结合EVOLO竞赛进行的一项海洋垃圾回收大楼设计研究。EVOLO竞赛的目标在于从全球范围内寻找新颖而优秀的巨构建筑设计思想，在这次设计当中我们尝试设计一个高效且具有一定实际工程意义的巨构建筑/基础建设，并为目前严峻的海洋垃圾问题提供一种可能的解决思路。希望本次分享可以为大家提供一些帮助。

︱项目背景︱

1.项目概述：

在地球上几乎所有环境和所有海洋中都观察到了塑料污染。塑料污染对海洋生态系统的影响以及对人类健康的影响越来越受到关注，因为每年有超过 1000 万吨塑料进入全球海洋。海洋环流中汇聚的地表水流是塑料在海洋表面全球分布的原因。这些环流有效地将正浮力塑料集中到现在臭名昭著的“垃圾补丁”中。我们想在这次比赛中设计一个具有可实施性的漂浮结构，用于收集和回收漂浮的海洋垃圾，并且可以将回收后的产品由货轮运输运输至大陆城市当中。

2.设计研究背景：

在设计开始前，我们通过查阅文献资料分析整理了有关海洋垃圾相关的现状信息。首先是海洋垃圾的分布区域，以及海洋中不同直径垃圾的分布密度信息。从分布图中可以看出，0.33-4.75mm的海洋垃圾碎片在海洋中分布广泛且高度密集，垃圾碎片的密度随着直径的增大而降低。这样的分布情况与海洋垃圾堆积的原因-海洋环流相关，因此我们确定将漂浮的垃圾回收大楼布置于大洋环流流线沿途区位。

接着我们整理了目前海洋垃圾的主要种类以及各类型海洋垃圾的占比情况，可以看出目前塑料类垃圾占比远远超出其他类型垃圾（62.31%）。在大楼的处理垃圾工艺当中应当将塑料类作为重点对象进行考量。

为了进一步论证该设计研究的必要性，我们通过查阅资料了解了在有和没有人为干预的情况下海洋垃圾总量到2040年的发展情况数据预测。在预测图中可以清楚地看到，在没有人为干预的情况下垃圾海洋总量几乎以指数形式进行增加，而在人为进行政策与基础设计建设手段的干预下增长缓慢。

︱方案设计︱

遵循功能需求

在确定了设计针对的主要问题后我们开始从建筑的功能出发，开始一步步设计。首先最主要的功能需求是需要建筑可以在收集到海洋垃圾后可以高效完成对于垃圾的分类/处理/再利用。因此，我们先从目前成熟的垃圾回收站工艺流程进行学习，整理了初步的建筑功能组织逻辑。

海洋垃圾将随着海洋环流的流向被沿途建筑回收，通过内部的分类、处理得到对应的生产原料与产品，并最终被货轮运送。

对于建筑内部对于垃圾的分类处理环节，我们进行了以下考量：由于绝大多数海洋垃圾是塑料，但也包括其他材料，如玻璃、陶瓷和金属。我们对这些类型的垃圾意义进行了对应的处理方式资料查阅，将其尽可能与塑料类垃圾的处理步骤进行合并设计，最终确定步骤大致可分为收集、破碎、分级、干燥、煅烧等。

在本次设计中，我们结合以上功能，从剖面设计出发，分别设计不同种类海洋垃圾的回收生产线，构建相应的空间，层层堆叠。这里我们查找了深海远洋巨型船体的结构形式，即利用钢结构建造不同的功能模组，不同模组负责不同的功能职责。模组一一进行独立装配，装配完成后进行管线、交通层面的打结，使模组间相互联通，形成高效的系统。经推敲后，我们考虑将建筑的主要功能模组设定为由上至下A/B/C/D 4组，并针对每一个模组所需要负责的功能进行独立设计后进行组合。

巨型远洋作业船的功能模组

阶段性概念草图

1. 模组D：模块D位于最下方，专为在垃圾被分类后进行焚烧而设计

这是模块A、模块B和模块C难以处理的。这是不仅是因为分类后常见的跟随步骤是焚烧处理，还是因为一旦垃圾被焚烧后将被转化成二恶英、粉尘等有害物质，因此将焚烧模块置于底层可以尽可能为有害气体提供更长的吸附路径与时长，确保由此产生的排放物对环境是安全的。此外，将模块D置于建筑底层还有能源相关考量，这点将在后续部分进行详细介绍。

2.模组C：模组C位于建筑中部，设计用于处理较为特殊的玻璃废料

因为其处理工序所需机械设备相对更多，工序更为反复，模组质量体积更大。模块C将收集到的玻璃瓶、碎玻璃和其他玻璃废料加工成一些分类相关的玻璃制品。该过程从滚筒筛分开始，这是分离不同类型玻璃废料的第一步。一旦完成，废物将进行空气分离，这有助于去除任何不需要的颗粒或碎片。下一步是破碎，将玻璃废料分解成更易于处理的碎片。然后使用涡流分选和电磁吸附去除可能存在的任何金属废料。硫化干燥器用于消除任何附着物，而覆盖物光学分选颜色有助于按颜色对不同类型进行分选。然后使用摩擦机精炼玻璃。

3. 模组A+B：模块 A 和 B 位于建筑最顶部，分别设计用于处理金属和塑料垃圾

模块A将易拉罐、金属片、电子元器件等漂浮垃圾通过操作加工成废旧电子产品和金属块。分拣、挤压、熔化等机械模块。模块B将收集到的塑料瓶、袋等塑料垃圾加工成塑料颗粒，或塑料立方体。包括单螺杆热熔基础、粉碎、水冷条等机械模块。相相比与模组C,A与B的工艺所需机械设备体积更小，模组质量更低。

4. 模组组合设计：利用巨型结构作为主要结构框架，将模组A/B/C/D由上至下进行堆叠组合。模组间利用传送带阵列进行搭接，从而实现物质上的联通，形成最主要的建筑功能空间。

传送装置（蓝色）与功能模组（红色）

阶段性模型图

5. 悬浮结构设计：对于一个漂浮在海面上的巨型结构，需要有一个有力且可靠的悬浮结构。这里我们参考了运输船以及海上石油平台的相关结构。在航海学院同学的帮助下，我们设计了一个X型浮筒结构，浮筒两个后臂相对体积更大，以与水面上具有一定倾斜角的主体体量相适应，辅助稳定防止倾覆。同时通过控制绳索锚固在海底，悬浮结构可以保证建筑整体不会随洋流产生过大幅摆动或漂流。

6. 垃圾收集结构设计：海面上的各类垃圾主要通过环流动力被带动，被布置于沿途的建筑群体捕获。因此我们考虑为建筑底部加设传送装置，并在前端设置漂浮的一系列小浮箱形成“垃圾拦截网”。

7. 建筑性能化设计：由于是一个需要长期独立存在于大洋中进行垃圾处理的巨构，我们在设计时考虑如何可以让建筑在性能化设计层面实现自我产能。除了依托于建筑围护结构的光伏发电之外，我们考虑利用建筑内部空间实现风能发电。受德国商业银行总部大楼的启发，我们考虑充分利用建筑的高度与底层模组D的焚烧所产生的的热能，对整体体型上进行一定错动，形成更长的风道，结合风压与热压通风，在建筑前端维护结构与内部功能体量之间形成一个高风速的风场。

德国商业银行总部大楼

然而与福斯特公司在德国商业银行总部大楼中对于通风的态度不同，我们希望可以在风场中加设风力发电机，从而实现对于能源的高效利用。

气流底部加热

设计过程中的风模拟实验

︱最终图纸︱

︱竞赛总结︱

这次项目设计研究是我们几个人一次十分偏执的尝试，我们希望从尽可能实用与可行的角度开始一次建筑设计，希望每一步对于问题的回应都可以基于现有工程技术原理与基础。因此，我们的项目进展其实非常缓慢，例会总会在文献讨论与技术论证里反复横跳，建筑设计表达的阶段也相对滞后。

通过这一次竞赛我们也学习和了解了现有技术应用情况和一部分跨学科知识技能，尤其是对于“参数化”的理解，在这次竞赛过后大家都产生了与先前所不同的认识：相比于创造奇异的造型艺术，数字化技术最大的价值在于于无形中辅助建筑师优化建筑性能。总而言之，海洋垃圾回收建筑设计是一次大胆的实验，也是我们对现有海洋环境问题挑战所做出的思考与提案。希望大家可以通过本次分享有所收获，共同进步。