西北工大學長腦洞大開，打造席捲大洋垃圾保衛海洋的摩天樓

2.設計研究背景：

在設計開始前，我們通過查閱文獻資料分析整理了有關海洋垃圾相關的現狀信息。首先是海洋垃圾的分布區域，以及海洋中不同直徑垃圾的分布密度信息。從分布圖中可以看出，0.33-4.75mm的海洋垃圾碎片在海洋中分布廣泛且高度密集，垃圾碎片的密度隨著直徑的增大而降低。這樣的分布情況與海洋垃圾堆積的原因-海洋環流相關，因此我們確定將漂浮的垃圾回收大樓布置於大洋環流流線沿途區位。

接著我們整理了目前海洋垃圾的主要種類以及各類型海洋垃圾的占比情況，可以看出目前塑料類垃圾占比遠遠超出其他類型垃圾（62.31%）。在大樓的處理垃圾工藝當中應當將塑料類作為重點對象進行考量。

為了進一步論證該設計研究的必要性，我們通過查閱資料了解了在有和沒有人為干預的情況下海洋垃圾總量到2040年的發展情況數據預測。在預測圖中可以清楚地看到，在沒有人為干預的情況下垃圾海洋總量幾乎以指數形式進行增加，而在人為進行政策與基礎設計建設手段的干預下增長緩慢。

︱方案設計︱

遵循功能需求

在確定了設計針對的主要問題後我們開始從建築的功能出發，開始一步步設計。首先最主要的功能需求是需要建築可以在收集到海洋垃圾後可以高效完成對於垃圾的分類/處理/再利用。因此，我們先從目前成熟的垃圾回收站工藝流程進行學習，整理了初步的建築功能組織邏輯。

海洋垃圾將隨著海洋環流的流向被沿途建築回收，通過內部的分類、處理得到對應的生產原料與產品，並最終被貨輪運送。

對於建築內部對於垃圾的分類處理環節，我們進行了以下考量：由於絕大多數海洋垃圾是塑料，但也包括其他材料，如玻璃、陶瓷和金屬。我們對這些類型的垃圾意義進行了對應的處理方式資料查閱，將其儘可能與塑料類垃圾的處理步驟進行合併設計，最終確定步驟大致可分為收集、破碎、分級、乾燥、煅燒等。

在本次設計中，我們結合以上功能，從剖面設計出發，分別設計不同種類海洋垃圾的回收生產線，構建相應的空間，層層堆疊。這裡我們查找了深海遠洋巨型船體的結構形式，即利用鋼結構建造不同的功能模組，不同模組負責不同的功能職責。模組一一進行獨立裝配，裝配完成後進行管線、交通層面的打結，使模組間相互聯通，形成高效的系統。經推敲後，我們考慮將建築的主要功能模組設定為由上至下A/B/C/D 4組，並針對每一個模組所需要負責的功能進行獨立設計後進行組合。

巨型遠洋作業船的功能模組

階段性概念草圖

1. 模組D：模塊D位於最下方，專為在垃圾被分類後進行焚燒而設計

這是模塊A、模塊B和模塊C難以處理的。這是不僅是因為分類後常見的跟隨步驟是焚燒處理，還是因為一旦垃圾被焚燒後將被轉化成二惡英、粉塵等有害物質，因此將焚燒模塊置於底層可以儘可能為有害氣體提供更長的吸附路徑與時長，確保由此產生的排放物對環境是安全的。此外，將模塊D置於建築底層還有能源相關考量，這點將在後續部分進行詳細介紹。

2. 模組C：模組C位於建築中部，設計用於處理較為特殊的玻璃廢料

因為其處理工序所需機械設備相對更多，工序更為反覆，模組質量體積更大。模塊C將收集到的玻璃瓶、碎玻璃和其他玻璃廢料加工成一些分類相關的玻璃製品。該過程從滾筒篩分開始，這是分離不同類型玻璃廢料的第一步。一旦完成，廢物將進行空氣分離，這有助於去除任何不需要的顆粒或碎片。下一步是破碎，將玻璃廢料分解成更易於處理的碎片。然後使用渦流分選和電磁吸附去除可能存在的任何金屬廢料。硫化乾燥器用於消除任何附著物，而覆蓋物光學分選顏色有助於按顏色對不同類型進行分選。然後使用摩擦機精鍊玻璃。

3. 模組A+B：模塊 A 和 B 位於建築最頂部，分別設計用於處理金屬和塑料垃圾

模塊A將易拉罐、金屬片、電子元器件等漂浮垃圾通過操作加工成廢舊電子產品和金屬塊。分揀、擠壓、熔化等機械模塊。模塊B將收集到的塑料瓶、袋等塑料垃圾加工成塑料顆粒，或塑料立方體。包括單螺杆熱熔基礎、粉碎、水冷條等機械模塊。相相比與模組C,A與B的工藝所需機械設備體積更小，模組質量更低。

4. 模組組合設計：利用巨型結構作為主要結構框架，將模組A/B/C/D由上至下進行堆疊組合。模組間利用傳送帶陣列進行搭接，從而實現物質上的聯通，形成最主要的建築功能空間。

傳送裝置（藍色）與功能模組（紅色）

階段性模型圖

5. 懸浮結構設計：對於一個漂浮在海面上的巨型結構，需要有一個有力且可靠的懸浮結構。這裡我們參考了運輸船以及海上石油平台的相關結構。在航海學院同學的幫助下，我們設計了一個X型浮筒結構，浮筒兩個後臂相對體積更大，以與水面上具有一定傾斜角的主體體量相適應，輔助穩定防止傾覆。同時通過控制繩索錨固在海底，懸浮結構可以保證建築整體不會隨洋流產生過大幅擺動或漂流。

6. 垃圾收集結構設計：海面上的各類垃圾主要通過環流動力被帶動，被布置於沿途的建築群體捕獲。因此我們考慮為建築底部加設傳送裝置，並在前端設置漂浮的一系列小浮箱形成「垃圾攔截網」。

7. 建築性能化設計：由於是一個需要長期獨立存在於大洋中進行垃圾處理的巨構，我們在設計時考慮如何可以讓建築在性能化設計層面實現自我產能。除了依託於建築圍護結構的光伏發電之外，我們考慮利用建築內部空間實現風能發電。受德國商業銀行總部大樓的啟發，我們考慮充分利用建築的高度與底層模組D的焚燒所產生的的熱能，對整體體型上進行一定錯動，形成更長的風道，結合風壓與熱壓通風，在建筑前端維護結構與內部功能體量之間形成一個高風速的風場。

德國商業銀行總部大樓

然而與福斯特公司在德國商業銀行總部大樓中對於通風的態度不同，我們希望可以在風場中加設風力發電機，從而實現對於能源的高效利用。

氣流底部加熱

設計過程中的風模擬實驗

︱最終圖紙︱

︱競賽總結︱

這次項目設計研究是我們幾個人一次十分偏執的嘗試，我們希望從儘可能實用與可行的角度開始一次建築設計，希望每一步對於問題的回應都可以基於現有工程技術原理與基礎。因此，我們的項目進展其實非常緩慢，例會總會在文獻討論與技術論證里反覆橫跳，建築設計表達的階段也相對滯後。

通過這一次競賽我們也學習和了解了現有技術應用情況和一部分跨學科知識技能，尤其是對於「參數化」的理解，在這次競賽過後大家都產生了與先前所不同的認識：相比於創造奇異的造型藝術，數字化技術最大的價值在於於無形中輔助建築師優化建築性能。總而言之，海洋垃圾回收建築設計是一次大膽的實驗，也是我們對現有海洋環境問題挑戰所做出的思考與提案。希望大家可以通過本次分享有所收穫，共同進步。

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