裝配式學(xué)生宿舍模塊化設(shè)計(jì)研究

朱官章 侯 博 蔣 毅

(陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401331)

0 引言

隨著近二十年來(lái)我國(guó)教育事業(yè)的不斷擴(kuò)大，新建宿舍不僅建設(shè)需求量巨大，而且隨著人民生活水平的不斷提高，學(xué)校師生對(duì)住宿條件的期望越來(lái)越高。學(xué)生宿舍具有建筑平面相對(duì)簡(jiǎn)單、規(guī)則，宿舍單元重復(fù)性、獨(dú)立性較高，模塊化特征明顯，而且建筑高度通常不高，建設(shè)規(guī)模較大，所以建筑模塊化設(shè)計(jì)理念非常適合學(xué)生宿舍大規(guī)模建設(shè)，有利于提高建設(shè)的速度與質(zhì)量，降低建設(shè)成本。

1 建筑模塊化的概念

建筑模塊化是以建筑為研究主體，對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行詳細(xì)分析，按照不同功能將其空間、構(gòu)件等元素進(jìn)行適當(dāng)分類(lèi)、統(tǒng)一歸并組合，形成功能相對(duì)單一的模塊，最終在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將這些模塊進(jìn)行排列組合，像搭積木一樣組合成為一個(gè)建筑整體。以學(xué)生宿舍為例，首先，宿舍樓由單元模塊組成；其次，將宿舍單元模塊進(jìn)行分解，得到單元的若干層；再者，將各層按照功能進(jìn)行二次分解，獲得單一功能模塊。再通過(guò)合適的接口以及布局方法將這些功能模塊進(jìn)行平面組合成一個(gè)平面模塊，平面單元進(jìn)而立體組合成一個(gè)建筑整體。

模塊化建筑主要有預(yù)制裝配式建筑、集裝箱建筑等幾種建筑形式，預(yù)制裝配式建筑因被國(guó)家大力推廣，必將成為建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)化的主流，裝配式結(jié)構(gòu)體系有木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)類(lèi)型，其中混凝土結(jié)構(gòu)相對(duì)其他兩種結(jié)構(gòu)而言，擁有耐久性好、剛度高、技術(shù)成熟等不可比擬的優(yōu)勢(shì)，在裝配式建筑中占主導(dǎo)地位。因此，本文將預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)作為主要研究對(duì)象。

2 模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

2.1 組合方式靈活多變

選擇不同的功能模塊，就組成了不同的新系統(tǒng)；選用相同的功能模塊，排列方式不一樣，也會(huì)形成不同的新系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同項(xiàng)目和甲方的個(gè)性化要求，設(shè)計(jì)出多種不同風(fēng)格的方案供甲方選擇。

2.2 極大的節(jié)省時(shí)間

通過(guò)使用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的建筑模塊，根據(jù)不同場(chǎng)地要求，進(jìn)行合理組合，最后再根據(jù)具體情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。節(jié)省了重新設(shè)計(jì)某些元素的時(shí)間，極大的縮短了設(shè)計(jì)周期。

2.3 節(jié)能環(huán)保

模塊化設(shè)計(jì)始終以建筑基本模塊為基點(diǎn)，從設(shè)計(jì)到施工完成以至于后期升級(jí)改造都圍繞基本模塊展開(kāi)。模塊化設(shè)計(jì)可以讓建筑板構(gòu)件重復(fù)循環(huán)使用，真正做到節(jié)能減排；在擴(kuò)建與改建時(shí)，只需要把原本的模塊從工廠生產(chǎn)運(yùn)輸出來(lái)，按照一定方式重新拼裝即可；它同時(shí)也具有很好的易維護(hù)性和可回收性。

3 學(xué)生宿舍模塊化設(shè)計(jì)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)

功能模塊作為模塊化建筑的基本單元，其設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性、合理性直接關(guān)系到整個(gè)建筑的質(zhì)量。作為建筑模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)擔(dān)任“分解”的角色。

3.1.1模塊劃分

模塊劃分是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)流程。建筑功能決定其空間和結(jié)構(gòu)，所以功能屬性在模塊化設(shè)計(jì)中是第一位的。由于使用功能、空間特性、結(jié)構(gòu)要求的不同，其空間尺度、特殊結(jié)構(gòu)處理、柱距層高等的要求也不同，進(jìn)而對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和制造要求也不同。將具有相同特性的空間進(jìn)行整合，讓其成為一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一、獨(dú)立，具有特定屬性的模塊，施工時(shí)，亦可以根據(jù)相同模塊的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)和模數(shù)進(jìn)行分步分區(qū)施工，簡(jiǎn)化施工流程，提高建設(shè)效率，降低成本。

在模塊劃分之前要對(duì)建筑功能進(jìn)行定性分析，并將任務(wù)書(shū)要求或用戶需求的功能相似或結(jié)構(gòu)相似的空間進(jìn)行分類(lèi)整合，例如根據(jù)《宿舍建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》)和對(duì)大學(xué)生需求的調(diào)研，學(xué)生宿舍可分為居室模塊、輔助模塊、衛(wèi)生模塊和交通模塊四大部分。

3.1.2模塊協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

上文對(duì)模塊進(jìn)行了劃分，而在工廠化生產(chǎn)中，直接生產(chǎn)出來(lái)的是板件和構(gòu)件，并非整個(gè)功能模塊，所以要把各個(gè)功能模塊拆分成板件和構(gòu)件模塊，并根據(jù)板構(gòu)件模塊的原屬功能模塊的屬性，結(jié)合人體工程學(xué)和環(huán)境心理學(xué)原理進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化設(shè)計(jì)，一是統(tǒng)一其尺度模數(shù)，二是根據(jù)不同使用功能統(tǒng)一進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，這樣既使其符合使用者的需求，又有利于工廠的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和一體化裝修，以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，還有助于建筑平面合理排布，使其布局緊湊。設(shè)計(jì)其統(tǒng)一模數(shù)尺度時(shí)，一要充分考慮建材市場(chǎng)裝飾材料的模數(shù)，便于后續(xù)一體化裝修，二要考慮板構(gòu)件運(yùn)輸要求，亦可將大型板構(gòu)件模塊拆分成小型模塊[1]，在施工現(xiàn)場(chǎng)組裝成大型模塊以便于吊裝，這樣既便于板構(gòu)件模塊的運(yùn)輸，又便于工廠一體化生產(chǎn)和質(zhì)量檢測(cè)。

在板構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)還要充分考慮接口設(shè)計(jì)，小型板構(gòu)件相互組合構(gòu)成大型板構(gòu)件甚至整個(gè)模塊，所以他們之間的組合強(qiáng)度直接關(guān)系到整個(gè)模塊甚至整個(gè)建筑的剛度。而且模塊化建筑大多可以進(jìn)行模塊回收再利用，所以組合時(shí)強(qiáng)度大，拆解時(shí)宜分解是接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

將各個(gè)功能模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)往往不止一種，而是設(shè)計(jì)師考慮了諸多情況后設(shè)計(jì)的多種模塊模型，并將其存入模型庫(kù)中。在甲方擬定方案時(shí)，可按照甲方自己的需求，在模型庫(kù)中像挑選工業(yè)產(chǎn)品一樣挑選所需模塊。

3.2 模塊組合

在建筑模塊化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的“組合”可分為模塊平面組合和平面模塊立體組合。這兩者是一個(gè)化零為整的過(guò)程[2]。

3.2.1模塊平面組合

模塊平面組合是將各個(gè)功能模塊按照功能流線組合成一個(gè)建筑平面的過(guò)程。這一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)最重要的是要對(duì)使用者的需求進(jìn)行充分調(diào)研，明確各個(gè)模塊之間的功能關(guān)系，對(duì)功能流線做好統(tǒng)籌規(guī)劃。

將甲方挑選好的各個(gè)功能模塊按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的流線組織起來(lái)，模塊在模數(shù)上可在允許范圍內(nèi)進(jìn)行協(xié)調(diào)更改，再用交通模塊進(jìn)行串聯(lián)。功能模塊之間可以抽取相接觸的墻來(lái)形成更廣闊的空間，亦可通過(guò)錯(cuò)位、旋轉(zhuǎn)等方式形成形式多樣的立面效果。如果一些模塊之間銜接不妥，可通過(guò)利用諸如玄關(guān)、走道、儲(chǔ)藏空間等適應(yīng)性空間作為尺寸相對(duì)靈活的成分，作為各個(gè)功能模塊之間的粘合劑[3]。雖然各個(gè)基礎(chǔ)模塊之間相互獨(dú)立，但是可以通過(guò)“接口”構(gòu)件連接成一個(gè)牢固整體，共同構(gòu)成建筑平面模塊。

在高校宿舍建筑中，平面模塊主要分為首層和標(biāo)準(zhǔn)層兩類(lèi)，按照《規(guī)范》要求，輔助模塊和門(mén)廳等多布置在首層，而居室模塊多布置在標(biāo)準(zhǔn)層，衛(wèi)生模塊則通用性高，每層都有布置。在宿舍平面模塊設(shè)計(jì)中，模塊化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在對(duì)多個(gè)宿舍的整體空間布局及其與水平交通模塊的關(guān)系設(shè)計(jì)上，在保證居室模塊舒適度原則下，使重復(fù)的宿舍模塊空間布局不呆板單調(diào)，宿舍之間既不相互干擾又適宜活動(dòng)交流；在保證疏散的前提下，借助靈活的空間變化，形體、材質(zhì)和顏色的適當(dāng)變化，樓道應(yīng)避免簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。

3.2.2模塊立體組合

模塊立體組合是將設(shè)計(jì)好的首層、標(biāo)準(zhǔn)層等平面模塊組合成一個(gè)建筑整體的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程就像“搭積木”一樣。建筑是建立在一定用地上的，沒(méi)有建筑能漂浮在空中。所以在建筑整體設(shè)計(jì)上，首先是要考慮用地限制，在用地紅線以內(nèi)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖1。

堅(jiān)固、適用、美觀是建筑設(shè)計(jì)的通用原則，模塊化建筑的設(shè)計(jì)也要遵循這一原則。建筑整體設(shè)計(jì)首先要體現(xiàn)堅(jiān)固的原則，這和功能模塊間的、平面模塊間的接口設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的。

其次建筑立面也要體現(xiàn)美觀原則，既要符合人們的審美需要，也要符合所在學(xué)校或城市的文化背景和規(guī)劃要求。宿舍和校園內(nèi)的其他建筑一樣，應(yīng)當(dāng)具有自己的特點(diǎn)。其應(yīng)該在滿足功能的前提下，創(chuàng)造良好的立面形象，成為學(xué)校建筑的代表。裝配式建筑的外墻是在工廠中用模具現(xiàn)澆，經(jīng)歷養(yǎng)護(hù)后成型，宿舍的立面設(shè)計(jì)可以結(jié)合這一特點(diǎn)，充分利用混凝土的和易性和模具的可塑性，制造出形式多樣的建筑外墻。立面還可以通過(guò)涂料或者清水混凝土、彩色混凝土等建筑材料的選擇來(lái)融入校園建筑的風(fēng)格，或者結(jié)合遮陽(yáng)構(gòu)件、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)等非承重結(jié)構(gòu)的靈活組合來(lái)塑造宿舍樓自身的特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

宿舍模塊化是標(biāo)準(zhǔn)化建造、一體化裝修的基礎(chǔ)，模塊化設(shè)計(jì)方法在宿舍設(shè)計(jì)中具有很強(qiáng)的可操作性和先進(jìn)性，不僅能節(jié)省工期，加速資金周轉(zhuǎn)，而且能降低成本，減少勞動(dòng)力投入。本文通過(guò)討論模塊化設(shè)計(jì)方法在裝配式宿舍設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提出一種宿舍的模塊化設(shè)計(jì)方案，為宿舍模塊化設(shè)計(jì)做出探索。