プレハブ住宅：短工期・低廃棄物・環境負荷低減のメリット

プレハブ住宅（プレハブリケート住宅）とは、構成部品が現場外の工場で標準化されたセクションとして建設され、現場で組み立て・仕上げを行う住宅のことです。従来の建築工法に代わるものとして、より短い工期、より少ない廃棄物、より小さな環境負荷で建設できる手法として注目されています。プレハブ住宅は、プレハブ住宅、モジュラー住宅、ユニット住宅など様々な呼び方があります。

例えば香港の建設業界では、総埋立処分量の最大40%を建設廃棄物が占めていますが、プレハブ建設を採用すればこの廃棄物を約85%削減できると予測されています。また、中国の建設会社が2015年に57階建ての建物をわずか19日で建設した事例があるように、より迅速な建設手法でもあります[1]。

プレハブ住宅の要件の性質上、使用される材料は耐久性と軽量性などの基準を満たす必要があります。しかし、建物のすべての要素をプレハブ化する必要はありません。建物の構造と内装の大部分を占める特定のコンポーネント（壁、床、屋根、クローゼット、棚ユニットなど）のみをプレハブ化できます。

この記事では以下について学びます：

• プレハブ住宅とは何か
• プレハブ住宅に使用される材料
• プレハブ住宅の将来動向

プレハブ住宅とは？

プレハブ住宅とは、構成部品が最終設置場所での組み立て・設置前に現場外で建設された住宅です。これらの部品の製造は、多くの場合工場である管理された環境で行われます。プレハブ住宅の背後にある推進原則は以下の通りです[2]：

1. 工業化と大量生産

プレハブ住宅は、現場建設よりも比較的速くコンポーネントを建設できるため、大量生産が可能です。これは、セメント、砂、Iビームなどの原材料の生産から、プレキャストパネルや合板などのモジュールコンポーネントの生産へ、建築の焦点とインフラをシフトさせることを意味します。

2. 速さと手頃な価格

プレハブ住宅は、従来の建設と比較して時間と労力が大幅に節約できるため、一般的な住宅より安価です。時間の大部分はコンポーネントの製造に費やされ、組み立てにはそれほど時間がかかりません。

3. カスタマイズ性と持続可能性

プレハブ住宅の設計では、コンポーネントが適合するようにすることで、合理的なカスタマイズ性を実現する必要があります。さらに、建設と組み立てに用いられるプロセスは、環境への影響を可能な限り小さくする必要があります。

プレハブ住宅の主な利点：

• 全体コストが比較的低い
• 品質管理が容易
• 建設が速く、安全
• 廃棄物が少なく、解体ではなく分解による価値回収が可能

一方、欠点は強度と安定性が劣る点であり、自然災害時や、製造現場から設置現場へのプレハブセグメント輸送時に深刻な懸念となります[3]。

プレハブ住宅に使用される材料

プレハブ住宅にはコンクリート、木材、金属など複数の材料が使用されます[4]。ここではこれらの材料とその有効性について検討します。

コンクリート

建築材料としてのコンクリートの使用はすでに広く知られています。しかし、プレハブ住宅での使用には別の側面があり、他の考慮事項が関与します。型枠を使用することで、非常に複雑なプロファイルを持つ頑丈な構造を実現できます。プレキャストコンクリートパネルは、より大規模な多階建て建設にも使用でき、建物の構成ブロックとなり得ます。材料自体を特定の要件（軽量化など、水に浮くコンクリート配合も存在します）や温度変動への耐性を満たすように調合できます。グラフェン酸化物などの添加剤をコンクリートに加えることで、より持続可能な材料にすることも可能です。

木材

木材もプレハブ住宅でよく使用される材料です。そのまま「重量木材」として柱・梁構造に使用したり、「集成材」としてパネルシステム（木材と他材料の組み合わせ）に使用したりできます。木材の耐火性はしばしば懸念されますが、火災暴露時に形成される保護的な炭化層により、木材システムを優れた耐火性を持つように設計することも可能です。竹もプレハブ住宅に適応可能な一般的な建築材料です。また、木材は鋼材に匹敵する優れた材料特性を持つ複合材にエンジニアリングすることもできます。その例として、直交集成材（CLT）、集成材（GLULAM）、単板積層材（LVL）などがあります。これらは本質的に、継ぎ目となる連続した木目ラインがないように複数の木材シートを接着したものです。

鋼材

鋼材は、モジュール建築において支援フレーム（Iビームと柱）、床、壁として一般的に使用される建築材料です。他の材料と組み合わせて使用されることもあれば、海上コンテナの転用のように建物の主要材料として使用されることもあります。研究によれば、鋼材住宅構造は10階建て以上まで建設可能とされています。

鋼材の利点は、比較的低い重量対強度比、輸送の容易さ、リサイクル性です。一方、欠点には断熱性の悪さ、音響性能の劣さ、この用途で鋼材を使用することでリサイクルループから外れてしまう可能性があることが挙げられます。

ガラス

ガラスは様々な建築機能に高度にカスタマイズ可能な材料です。建設には強化ガラス、合わせガラス、熱強化ガラス、ワイヤーガラスなど複数の種類が使用されます。ガラスは高強度、断熱性、耐薬品性、耐火性などの有用な特性をもたらします。また独自の美的品質を持ち、完全にリサイクル可能で、これはプレハブ住宅の共通テーマとなっています。

リサイクル・再生材料

リサイクル可能な材料には、コンクリート、石膏ボード、鋼材などの伝統的な建築材料のほか、セルロース断熱材、天井タイル、プラスチック、陶磁器タイル、ガラス繊維断熱材などが含まれます。これらすべての材料をプレハブ住宅の建設に使用できます。

これらの材料を使用する課題は、安定した供給がなく、一貫した使用に頼れないものがあることです。また、長期的に居住者にとって有毒または有害となる可能性がある材料もあり、用途に適するか慎重な検討が必要です。

プレハブ住宅の持続可能性への貢献

モジュールプレハブ工法は、従来のアプローチと比較して多くの持続可能性メリットを持つプロセスであることが実証されています。廃棄物削減や現場エネルギー消費の低減といった明確な側面以外にも、特に建設段階において、プレハブ住宅の持続可能性には多くの要因が関与しています。建設廃棄物、美的選択肢、現場攪乱、水消費、汚染発生といった問題への対応において、その持続可能な性能は明らかです。

プレハブ建設、ひいては建設全般の持続可能性を適切に評価するには、建物の建設、運用、維持管理のすべてのライフサイクル段階を考慮する必要があります。

2019年のプレハブモジュール建築の持続可能な性能に関する研究では、経済的、社会的、環境的側面において16の指標が抽出され、従来の建築性能と比較されました。結果は、プレハブ建設が環境への影響、特に排出量、エネルギー、水消費において著しく少ないことを示しました。またプレハブ建設は経済的優位性も示し、従来建設で使用される鉄鋼、コンクリート、型枠の量をそれぞれ60%、56%、77%削減しました[5]。

積層造形（3Dプリンティング）がプレハブ住宅建設にどう役立つか

積層造形（AM）は、大型設計へのスケールアップが困難な小型製品に限定された技術と見なされてきました。しかし新しい技術により、大型設計へのAM活用だけでなく、建設への活用でもブレークスルーが起きています。

最大の課題は、3Dプリントに適した特性を持ち、十分に頑丈な建物を生み出す材料を配合することです。セメント系材料、ポリマー、金属などが積層造形用に改良可能な材料です。

積層造形による建設は、廃棄物が少なく労働集約度が低いため、建設コストを大幅に削減できます。すでにAM技術を用いて、ドバイのオフィスビル、アムステルダムの橋、マニラのホテルビルなど、象徴的な建物がいくつか建設されています[6]。

ドバイ、アラブ首長国連邦 - 2018年6月15日：緑の芝生の上に建つ世界初の完全機能する3Dプリント建物

プレハブ住宅の将来動向

プレハブ建築の概念自体はまだ比較的新しいものですが、業界にはエキサイティングな新しい可能性があります。使用材料の面では、繊維構造用の炭素繊維や、大型構造物の3Dプリント用特殊プラスチックなど、より多くの材料が検討されています。実行面では、ビルディング・インフォメーション・モデリング（BIM）などのコンピュータプログラムからのデータにより、人的投入を最小限に抑え、現場外で建設を完了できるロボット技術が開発されています[2]。