摘要：隨著當(dāng)今教學(xué)模式發(fā)展、科技進(jìn)步、城鎮(zhèn)化擴(kuò)張，過去的學(xué)校建筑、校園環(huán)境和管理方式已不再適應(yīng)新的教育模式。本文以現(xiàn)代教育發(fā)展需要的學(xué)校為研究對象，就建筑工業(yè)化模式下的設(shè)計(jì)、建設(shè)和使用方面進(jìn)行探討，為學(xué)校建筑的創(chuàng)新發(fā)展提供建設(shè)參考。

關(guān)鍵詞：建筑工業(yè)化；學(xué)校模塊化設(shè)計(jì)；裝配式建設(shè)；信息化管理

中圖分類號：TU984.14

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0422（2014）07-0123-05

1 引言

學(xué)校建筑和校園環(huán)境作為學(xué)校文化中的表層文化，越來越體現(xiàn)出它作為教育物質(zhì)載體的綜合性文化功能，現(xiàn)有學(xué)校在適應(yīng)新時代的教育、管理、建設(shè)上多有不足。用建筑工業(yè)化的方式建設(shè)學(xué)校是滿足當(dāng)前教育需求和未來校園發(fā)展的方法。建筑工業(yè)化模式下的學(xué)校以模塊化設(shè)計(jì)、裝配式建設(shè)、信息化管理為特征，給被教育者提供一個“教育場所”。在功能上提供不同的教學(xué)空間，滿足各種教學(xué)實(shí)踐的要求；提供建立情景教學(xué)的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)情景教學(xué)；提供獲取資源的通道，實(shí)現(xiàn)開放共享的信息化教育。在建設(shè)上，使用安全可靠的建筑結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速的裝配建設(shè)。在綠色環(huán)保方面，建立節(jié)能環(huán)保的學(xué)校環(huán)境，預(yù)留發(fā)展開發(fā)余地。

2 建筑工業(yè)化模式下的學(xué)校設(shè)計(jì)

2.1 模塊化設(shè)計(jì)概念

模塊化設(shè)計(jì)是根據(jù)每個功能區(qū)域的特點(diǎn)，以標(biāo)準(zhǔn)化單元容納不同空間再相互進(jìn)行組合的設(shè)計(jì)方法，具有可用、可變、可改的特征。不同模塊之間有規(guī)律組合，每個模塊內(nèi)部自由創(chuàng)作。（圖1）模塊化設(shè)計(jì)能夠減少重復(fù)設(shè)計(jì)，通過不斷升級優(yōu)化形成設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、工藝標(biāo)準(zhǔn)化、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、管理標(biāo)準(zhǔn)化、供應(yīng)商以及外協(xié)方標(biāo)準(zhǔn)化。在模塊化設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)采取統(tǒng)一的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和Sl體系，以便協(xié)調(diào)建筑尺寸，實(shí)現(xiàn)各模塊功能的可變性。

2.2 主要模塊設(shè)計(jì)

學(xué)校根據(jù)功能空間的水平和豎向關(guān)系分為標(biāo)準(zhǔn)模塊、大空間模塊和輔助模塊。標(biāo)準(zhǔn)模塊是學(xué)校建筑中的基本模塊，主要考慮普通教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、生活住宿、辦公的功能和尺寸要求。根據(jù)使用功能和模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，面寬可采取6.3m-8m，進(jìn)深尺寸7.1m—10m，凈高在3.0m-3.5m。專用教室包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、物理實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、史地教室、語言教室等，單個功能的模塊面寬在7.8m-9.6m，進(jìn)深10-12m，凈高在3.1 m-3.5m。教學(xué)輔助部分、管理辦公部分、生活后勤部分以1/2、1/3、2、3標(biāo)準(zhǔn)模塊組合滿足使用要求（圖2）。

大空間模塊是指面寬和高度超出標(biāo)準(zhǔn)模塊的部分，滿足合班上課、大中型會議、閱覽室、體育活動、食堂等空間要求。階梯教室設(shè)計(jì)要求視線通透無柱，考慮采取預(yù)應(yīng)力方式，增加凈高、減少耗材，或者采用無梁樓蓋、格子梁等結(jié)構(gòu)形式。體育館、風(fēng)雨操場對空間的要求最高，上部無其他荷載時，可采用空間網(wǎng)架、桁架等結(jié)構(gòu)。

輔助模塊是指建筑中進(jìn)行豎向和水平人流、物流運(yùn)輸?shù)牟糠郑ń煌?lián)系和設(shè)備管線。走廊、坡道、樓梯在學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范里，以600mm為一股人流，故交通模塊應(yīng)為600mm的整數(shù)倍。設(shè)備部分在模塊化設(shè)計(jì)中以設(shè)備作為輔助模塊與標(biāo)準(zhǔn)模塊分配，形成獨(dú)立的完整空間，每個功能單元的設(shè)備管線可自我檢修、監(jiān)控。

2.3 學(xué)校模塊組合

模塊的組合包括模塊的選擇、組合空間的優(yōu)化、交通流線的安排、結(jié)構(gòu)形式的考慮和外立面的設(shè)計(jì)。模塊可以是直線的或弧線的。直線形模塊功能多樣、空間利用率高，能給教學(xué)樓營造一個活潑嚴(yán)肅的氛圍；五邊形、六邊形、三角形等多種形式與形式豐富的圖書館相匹配，除了學(xué)習(xí)之外還可以賦予它豐富課余生活的功用。

教學(xué)部分提倡多功能學(xué)習(xí)房間和組合教學(xué)群概念，將標(biāo)準(zhǔn)模塊、大空間模塊和輔助模塊組合，以隔板、低柜、屏風(fēng)代替隔墻分隔形成靈活多變的空間。辦公、活動部分包括學(xué)生各種具有目的性、指向性的研究討論、文體活動所需空間，也包括無意識的偶遇交流休閑空間，以標(biāo)準(zhǔn)模塊和輔助模塊組合，利用連續(xù)的形體、各方向交匯的道路交通、半私密圍合空間創(chuàng)造交流機(jī)會。生活后勤部分包括住宿、餐飲、衛(wèi)浴、設(shè)備等功能，以標(biāo)準(zhǔn)模塊和輔助模塊為主，大空間模塊結(jié)合用餐點(diǎn)或合用廚房、公共洗衣服等生活設(shè)施進(jìn)行配置。（圖3、圖4、圖5、圖6）

2.4 學(xué)校模塊結(jié)構(gòu)

模塊式建筑的結(jié)構(gòu)可在建筑模塊組合完成后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，也可用建筑結(jié)構(gòu)一體的模塊進(jìn)行組合。前者設(shè)計(jì)時宜采取S1分離體系，將學(xué)校實(shí)體分配成結(jié)構(gòu)不可移動的支撐體和設(shè)備、維護(hù)等可更換的填充體。后者采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊。模塊分為有骨架體系和無骨架體系。（圖7）安裝時建筑有主體結(jié)構(gòu)體系，每個完整的功能模塊也有自己獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，模塊之間相互獨(dú)立，分別安裝在整體結(jié)構(gòu)之中?；蛘吣K有自己的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，并且作為結(jié)構(gòu)主體的受力部件，模塊之間相互連接形成穩(wěn)固的整體。（8）

2.5 學(xué)校模塊與其他構(gòu)件結(jié)合

模塊式建筑的造型和立面結(jié)合可以學(xué)校的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取具有功能的預(yù)制構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)多種材料的結(jié)合，達(dá)到功能和造型的統(tǒng)一。（圖9）如增加外加格柵、遮光板構(gòu)件實(shí)現(xiàn)采光和遮光（圖10、圖11、圖12），建立綠化體系加強(qiáng)保溫隔熱性能。

3 建筑工業(yè)化模式下的學(xué)校裝配式建設(shè)

3.1 裝配式建設(shè)簡述

裝配式建設(shè)是指用預(yù)制的構(gòu)件在工地裝配而成的建設(shè)方法。根據(jù)工業(yè)化程度的不同，分為預(yù)制裝配式建筑和現(xiàn)澆與預(yù)制相結(jié)合的建筑。預(yù)制裝配式建筑如同工廠制造的產(chǎn)品，用工業(yè)化方法生產(chǎn)，然后運(yùn)到現(xiàn)場安裝。現(xiàn)澆與預(yù)制相結(jié)合的建筑則是部分工廠制造，部分現(xiàn)場施工。

3.2 基于學(xué)?？臻g的裝配式建筑（PC體系）

基于學(xué)校空間的裝配式結(jié)構(gòu)體系（PC體系）可以是框架結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)等。構(gòu)件分為結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)構(gòu)件有豎向和水平受力的柱、剪力墻、疊合梁板、預(yù)制梁、樓梯等。

半預(yù)制豎向梁一柱框架體系是外殼預(yù)制、核心現(xiàn)澆的裝配整體式RC結(jié)構(gòu)體系。梁、柱構(gòu)件的混凝土保護(hù)層連同箍筋預(yù)制（稱為預(yù)制外殼）。（圖13）在施工現(xiàn)場，將預(yù)制梁、柱外殼裝配定位并配置梁柱主筋或者先在梁柱預(yù)制混凝土外殼內(nèi)配置梁柱主筋后進(jìn)行裝配定位，然后澆筑混凝土使預(yù)制外殼與現(xiàn)澆核心混凝土形成一個整體來建造RC主體結(jié)構(gòu)。世（圖14）

全預(yù)制豎向梁一柱框架體系是梁、柱、樓板等構(gòu)件采用工廠化預(yù)制生產(chǎn)，在現(xiàn)場進(jìn)行結(jié)構(gòu)吊裝。柱主要為榫接頭和漿錨接頭兩種方法，整澆后使節(jié)點(diǎn)具有較好整體性能。外裝飾材料已整體預(yù)制在柱、墻體等構(gòu)件上，接縫采用嵌縫材料和防水材料嵌填。

水平疊合板體系由兩部分組成，預(yù)制部分多為薄板，在預(yù)制構(gòu)件加工廠完成，施工時在預(yù)制板面上現(xiàn)澆部分水泥完成，預(yù)制薄板既作為永久模板又做為樓板的一部分共同承擔(dān)使用荷載。（圖15）

非結(jié)構(gòu)體系包括內(nèi)墻、復(fù)合保溫外墻、裝飾造型構(gòu)件及其他特殊形式的部件。內(nèi)墻速成墻板體系是用石膏玻纖板制成空心腔墻板在工廠內(nèi)按設(shè)計(jì)要求鋸切成墻體組件，現(xiàn)場進(jìn)行拼裝的技術(shù)，原商業(yè)名稱為“速成墻Rapidwall”。

預(yù)制外墻主要有三明治復(fù)合墻板，因保溫層被兩層墻板夾在中間像三明治而得名，其中內(nèi)層墻板受力，外墻板決定立面的外觀。

（圖16）

可使用裝配式施工的還包括輕質(zhì)隔墻、玻璃幕墻、金屬幕墻等墻體工程；樓梯、看臺等構(gòu)件。（圖17）

3.3 裝配式建筑施工

就裝配式建筑來說，相同的結(jié)構(gòu)形式可以有不同的分割，分割的形式應(yīng)與結(jié)構(gòu)受力特征和選擇的裝配式體系相適應(yīng)。（圖18）

構(gòu)件拆分是根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)施工圖，選擇合適的裝配式施工體系，出具拆分設(shè)計(jì)圖紙。根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型選定裝配式體系，整理構(gòu)件信息，進(jìn)行構(gòu)件的拆分及裝配節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。預(yù)制建筑的連接節(jié)點(diǎn)可以分為等效現(xiàn)澆連接和裝配式連接。等效現(xiàn)澆連接要求達(dá)到或超過現(xiàn)澆混凝土的連接強(qiáng)度和抗震性能；裝配式連接常用的方式有焊接節(jié)點(diǎn)和螺栓連接節(jié)點(diǎn)圖18相同結(jié)構(gòu)形式的不同構(gòu)件分割方式

施工工法要主要考慮節(jié)點(diǎn)連接部位的要求，有干法施工和濕法施工。干法施工是以金屬連接件為準(zhǔn)的連接方法。濕法施工是以鋼筋和后澆混凝土鏈接的施工方式。裝配式施工方法有吊裝施工、升板施工、升模法、滑模法施工等。（圖19）

4 新型學(xué)校的信息化管理

4.1 信息化管理簡述

新型學(xué)校的信息化管理是建立一個校園綜合信息化平臺，全程貫徹“綠色節(jié)能”的理念，關(guān)注創(chuàng)新意識，提高管理質(zhì)量和效率，將現(xiàn)代信息技術(shù)與先進(jìn)的教學(xué)理念相融合，轉(zhuǎn)變學(xué)校的教學(xué)方式、管理方式、服務(wù)方式，重新整合學(xué)校內(nèi)務(wù)資源，提升學(xué)校效率，提高教學(xué)質(zhì)量。

4.2 信息化管理方式

建設(shè)中的信息化：建筑工業(yè)化模式的學(xué)校建設(shè)應(yīng)當(dāng)建立完整的工程生命周期信息系統(tǒng)，包括項(xiàng)目前期的策劃和管理DM（DevelopmentManagement）、項(xiàng)目實(shí)施期的項(xiàng)目管理PM（ProjeCt Managent），項(xiàng)目使用階段的設(shè)施管理FM（Facility Management）。通過建設(shè)工程生命周期管理BLM（Building LifecycleManagement）和建筑信息模型BIM（BuildingInformation Modeling）管理項(xiàng)目，移動Mobile和云端Cloud儲存信息。以確保在建設(shè)過程中所有參與方共享，減少信息傳遞的含糊不清、信息流失和誤解，達(dá)到了設(shè)計(jì)和施工全過程的信息集成。

管理運(yùn)營的信息化：學(xué)校在使用運(yùn)營的過程需要實(shí)現(xiàn)信息化管理，達(dá)到綠色環(huán)保、節(jié)能減排，進(jìn)行綠色環(huán)保教育的目的，可以通過建立公共建筑能耗監(jiān)測、樓宇數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和建立綠色教育系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。公共建筑能耗監(jiān)測樓宇數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過采集基本數(shù)據(jù)和分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)采集采對建筑能耗進(jìn)行分析，采用集中供熱供冷和其他能源利用實(shí)現(xiàn)綠色管理。綠色教育教育系統(tǒng)通過建筑場地展示如風(fēng)帽送風(fēng)、風(fēng)力發(fā)電、（圖20）太陽能發(fā)電（圖21）、雨水利用回收（圖22）和綠色環(huán)保行為的建立，如無紙化電子教學(xué)；廢棄實(shí)驗(yàn)器具材料的回收與利用工作，傳遞廢舊課本，收集廢紙廢料實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保意識的培養(yǎng)。

5 建筑工業(yè)化學(xué)校的初步探索

5.1 國外學(xué)校項(xiàng)目

建筑工業(yè)化模式的學(xué)校建筑在國外已經(jīng)是較為成熟。在長期、短期、臨時性等不同要求的學(xué)校項(xiàng)中都有體現(xiàn)。如哥倫比亞埃爾波韋尼爾幼兒園是由很多個模塊結(jié)構(gòu)組成的、具有很好適應(yīng)性的項(xiàng)目，可根據(jù)地形及環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，成人兒童系統(tǒng)活動分區(qū)。（圖23）耶魯大學(xué)政治系臨時教室采用了工廠生產(chǎn)的模塊建筑，只用了7個月就完成了。（圖24）

5.2 國內(nèi)學(xué)校項(xiàng)目

我國的模塊化設(shè)計(jì)自20世紀(jì)90年代才開始，主要集中在宏觀的層面上，研究內(nèi)容以盒子為主，具體實(shí)踐較少。筆者通過長沙洋湖、濱江兩個項(xiàng)目對建筑工業(yè)化模式下的學(xué)校設(shè)計(jì)做了初步探索，在教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗(yàn)樓、宿舍樓等單體建筑實(shí)踐了裝配式建筑理念，在結(jié)構(gòu)上采用豎向現(xiàn)澆水平疊合體系，使用了三明治外墻掛板和預(yù)制造型構(gòu)件，采取現(xiàn)場裝配的方法施工。（圖25、圖26）

6 結(jié)語

在建筑工業(yè)化模式下的學(xué)校建設(shè)，不受制于傳統(tǒng)造型、類型、功能的限制，以循序漸進(jìn)的“模塊化設(shè)計(jì)”實(shí)現(xiàn)優(yōu)化建筑的目的；運(yùn)用了裝配式施工體系，使建設(shè)項(xiàng)目更加經(jīng)濟(jì)和節(jié)能；在管理中采取信息化集成系統(tǒng)，通過節(jié)能設(shè)備和節(jié)能行動的優(yōu)化和整合，實(shí)現(xiàn)綠色學(xué)校建設(shè)，是實(shí)踐可持續(xù)發(fā)展道路，適應(yīng)教育發(fā)展的有效途徑。