杜英

（海南泓景建筑設(shè)計有限公司 海南海口 570125）

引言

在高度重視可持續(xù)發(fā)展，提倡構(gòu)建“節(jié)約型”社會的今天，實現(xiàn)建筑資源的優(yōu)化配置與合理利用，降低建筑能耗已經(jīng)成為建筑行業(yè)研究的重點內(nèi)容。在信息化社會背景下，模塊化策略在建筑設(shè)計中的有效應(yīng)用，有效提升了建筑設(shè)計效率，并從結(jié)構(gòu)、成本與功能等方面給予優(yōu)化，推動建筑設(shè)計以及建筑產(chǎn)業(yè)向綠色、環(huán)保、節(jié)約、創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展的方向進步。但是從目前我國模塊化建筑設(shè)計研究與發(fā)展現(xiàn)狀來看，其理論研究與實踐設(shè)計仍處于不斷完善階段，有待進一步優(yōu)化與改善。鑒于此，關(guān)于模塊化策略在建筑優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用具有重要研究價值與現(xiàn)實意義。

1 模塊化策略相關(guān)概述分析

1.1 模塊化

“模塊化”這一概念的提出最早可追溯到20世紀初期，是由德國機床設(shè)計工程設(shè)計與生產(chǎn)過程中提出的設(shè)計理念，隨著模塊化設(shè)計原理的不斷完善，到20世紀50年代，在歐美多數(shù)發(fā)達國家儀表機床設(shè)計與生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用，如美國Cincinnati磨床、德國Aschersieben龍門銑床[1]。到20世紀60年代模塊化輔助設(shè)計軟件得到發(fā)展，這在一定程度上提升了模塊化設(shè)計的可靠性、全面性、系統(tǒng)性與精確性。到20世紀末21世紀初關(guān)于模塊化的研究呈現(xiàn)出多元化特色，其中模塊與模數(shù)制之間關(guān)系的探究，成為人們研究的重點內(nèi)容之一。在此基礎(chǔ)上，形成以“模塊單元”為基本構(gòu)成單元，以“多學(xué)科知識”綜合應(yīng)用為設(shè)計基礎(chǔ)，以“系統(tǒng)工程”為主要服務(wù)對象的專業(yè)化、標準化、綜合技術(shù)性模塊化設(shè)計（Block-baseddesign）策略。在系統(tǒng)工程中，子系統(tǒng)模塊的應(yīng)用通常具有“功能運轉(zhuǎn)”、“動態(tài)跟蹤”、“邏輯定位”、“端口連接”等基本屬性，與獨立性、通用性、優(yōu)化性、交換更替性的基本特征（圖1）?；谀K化具有的基本屬性與特征，模塊化策略的應(yīng)用，可有效縮短產(chǎn)生設(shè)計與生產(chǎn)周期，在提升產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)質(zhì)量的同時，實現(xiàn)成本的節(jié)約與資源的優(yōu)化配置。因此，在信息化時代背景下，模塊化策略在眾多領(lǐng)域中，如建筑、機械生產(chǎn)與制造、軍事中具有廣泛應(yīng)用前景。

1.2 建筑領(lǐng)域中模塊化的界定

建筑模塊化主要是指，在建筑設(shè)計與施工過程中，基于模塊化系統(tǒng)分解與組合理論與標注化原理，依據(jù)模塊化“集成”、“系列”、“典型”策略，進行實踐操作的設(shè)計與施工方法。由《史記·秦始皇木紀》“法度衡石丈尺，車同軌，書同文”、《營造法式》“凡構(gòu)屋之制，皆以材為祖，材有八等，度屋之大小，因而用之”可知，模塊化設(shè)計原理在建筑行業(yè)中早有應(yīng)用，CLAM（國際現(xiàn)代建筑協(xié)會）的建立，進一步推動了模塊化設(shè)計在建筑領(lǐng)域中的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用，使之成為建筑行業(yè)綠色與可持續(xù)發(fā)展的重要手段[2]。

圖1 系統(tǒng)工程中子系統(tǒng)模塊應(yīng)用的基本屬性

2 模塊化策略在建筑優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用

目前，模塊化策略已經(jīng)成為建筑設(shè)計中不可或缺的存在。就住宅型建筑設(shè)計而言，基于模塊化策略，應(yīng)用“預(yù)制生產(chǎn)-現(xiàn)場安裝”建筑設(shè)計與施工模式，可有效降低建筑能耗，縮短建筑施工周期，提升建筑建設(shè)質(zhì)量[3]。據(jù)有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，“預(yù)制生產(chǎn)-現(xiàn)場安裝”建筑設(shè)計與施工模式的應(yīng)用，可節(jié)約建筑能源48%以上，縮短建筑施工工期39%以上，降低水資源與混凝土資源消耗56%以上，減少65%以上的建筑垃圾。本文以某市保障房項目為例，從戶型設(shè)計入手，就模塊化策略在建筑優(yōu)化設(shè)計中的具體應(yīng)用進行了如下分析。

2.1 模塊化策略的應(yīng)用思路

在保障房項目中，戶型通常具有相似性、普遍性特征，主要由標準層、基礎(chǔ)層、頂層三部分構(gòu)成，每個建筑層又可分為不同的建筑單元。隨著人們對戶型選擇要求的不斷提高，傳統(tǒng)的戶型設(shè)計已經(jīng)無法滿足實際需求，是住宅建筑戶型存在較高的同質(zhì)性。對此，依據(jù)模塊化策略，通過“集裝箱模塊化”進行建筑空間設(shè)計的優(yōu)化，實現(xiàn)人與環(huán)境、社會的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。其具體設(shè)計思路為：從建筑整體出發(fā)，依據(jù)建筑空間功能需求進行戶型模塊、附屬模塊的分解，并在此基礎(chǔ)上，進行模塊構(gòu)件設(shè)計，按照一定的層次與方法進行組合（圖2）。

圖2 模塊化設(shè)計基本思路框架圖

2.2 基于空間功能需求下的戶型內(nèi)設(shè)計

建筑設(shè)計師在進行住宅建筑空間設(shè)計時，需依據(jù)建筑工程項目實際要求與住宅建筑戶型基本功能需求，在遵循設(shè)計美學(xué)理論的基礎(chǔ)上進行科學(xué)設(shè)計。例如，可將整體空間分解為社交區(qū)、餐飲區(qū)、休息區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、過渡區(qū)五個模塊，并結(jié)合居民居住生活方式（包括家庭成員構(gòu)成類型、居住環(huán)境認知情況、家用設(shè)備布局情況等）出發(fā)，結(jié)合不同區(qū)域的行為活動狀態(tài)，借助計算機輔助設(shè)計軟件或相關(guān)技術(shù)，如BIM從結(jié)構(gòu)庫中選擇相適宜的結(jié)構(gòu)戶型，設(shè)計多元化設(shè)備模塊。在此過程中，需保證結(jié)構(gòu)戶型與建筑建設(shè)要求、實際情況之間的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，避免各結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生矛盾，尤其是過渡區(qū)與其連接區(qū)域之間形成碰撞。例如，勒·柯布西耶馬賽公寓的設(shè)計，依據(jù)空間功能，提供了八十多個空間單元，實現(xiàn)建筑空間對住宅家庭成員各項需求的滿足。

2.3 戶型間的設(shè)計

戶型間的設(shè)計是基于戶型內(nèi)設(shè)計基礎(chǔ)上的進一步細化，是建筑設(shè)計師在綜合因素分析的基礎(chǔ)上，通過不斷調(diào)整保證戶型內(nèi)建筑、布置設(shè)備與結(jié)構(gòu)之間相協(xié)調(diào)的重要環(huán)節(jié)。在此過程中，設(shè)計師依據(jù)戶型之間存在的獨立性與連接性，探尋戶型之間的“接口”，通過配置戶型間的共享構(gòu)建，實現(xiàn)戶型組合構(gòu)成建筑單元體系，保證建筑的整體性、完整性（圖3）。通常情況下，戶型間共享位置的設(shè)計，可分為“重疊接口”與“連接接口”兩種形式。在以剪力墻為主體結(jié)構(gòu)的住宅建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)戶型間共享位置的接口多為重疊接口，設(shè)備戶型間的接口多為“連接接口”。例如，“O-House太陽能實驗住宅”在設(shè)計施工中利用標準化接口與預(yù)留接電，實現(xiàn)各模塊的有效連接。

圖3 戶型間的設(shè)計

2.4 標準層的設(shè)計

在建筑空間設(shè)計中，標準層設(shè)計主要是指建筑設(shè)計師在完成戶型內(nèi)、戶型間設(shè)計后，通過配置附屬構(gòu)建，形成建筑層的設(shè)計。通過該設(shè)計可實現(xiàn)建筑層內(nèi)各項功能的完善，形成標準化、精準化、系統(tǒng)化建筑層單元結(jié)構(gòu)。通常情況下，一個相對完整的建筑層，主要是由電梯間、樓梯間、走廊、戶型等標準化構(gòu)件以及其他非標準化構(gòu)件共同組成[4]。因此，為保證建筑設(shè)計的科學(xué)性與合理性，需保證各結(jié)構(gòu)的完整性，尤其是建筑層內(nèi)的設(shè)備設(shè)計。與此同時，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需保證稱重構(gòu)建受力的均衡性，用以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與牢固性。在此過程中，可通過設(shè)計對稱戶型或以某軸線為基準進行對稱設(shè)計，并通過適當?shù)奶砑舆B接構(gòu)建，進行各結(jié)構(gòu)間的有效連接。最終可采用“積木組合”方式，進行標準層組合連接，構(gòu)建建筑整體模型。值得注意的是，需保證建筑整體的完整性與協(xié)調(diào)統(tǒng)一性。

3 結(jié)論

總而言之，實現(xiàn)建筑行業(yè)由粗放型發(fā)展模式向精細化、高效節(jié)約性、集約性、可持續(xù)性發(fā)展已經(jīng)成為必然趨勢，有利于推動“節(jié)約型”、“共享性”社會的構(gòu)建。模塊化策略在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，在保證建筑滿足實際功能需求的同時，實現(xiàn)了建筑資源的節(jié)約，提升了建筑空間，是促進建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展的重要手段。本文旨在通過對模塊化策略在建筑設(shè)計中應(yīng)用的研究，進一步認知模塊化策略對建筑設(shè)計的影響，提升建筑設(shè)計水平，促進建筑行業(yè)優(yōu)化發(fā)展。

[1]李佳.探索新型模塊化微型住宅建筑——以“折立方”設(shè)計為例[J].藝術(shù)生活-福州大學(xué)廈門工藝美術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016（01）：36～39.

[2]呂嫣，周文寧，孟澤江.淺談裝配式模塊化住宅在建筑設(shè)計方面的研究和應(yīng)用[J].建筑知識，2015，35（12）：22.

[3]林正豪，宋曄皓，孫菁芬，等.氣候應(yīng)答式的模塊化建筑表皮設(shè)計策略——以清控人居科技示范樓項目為例[J].動感（生態(tài)城市與綠色建筑），2015（02）：54～61.

[4]陳孚江，陳建芳，王金良，陳海飛.工科大學(xué)生模塊化經(jīng)濟型生產(chǎn)實習(xí)模式的探索——以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)為例[J].教育教學(xué)論壇，2015（42）：30～31.