文/北京工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院 李 樺

清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 徐 娜

0 引言

“CSC-1#實(shí)驗(yàn)宅”以住宅內(nèi)裝部品化集成裝配技術(shù)為主要研究?jī)?nèi)容，建筑套型以“旭輝LOFT-35B”為基礎(chǔ)模板，研發(fā)目的是探討未來(lái)住宅內(nèi)裝設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的一系列相關(guān)問(wèn)題。具體內(nèi)容涉及3個(gè)方面：①基礎(chǔ)性研究 包括住宅內(nèi)裝標(biāo)準(zhǔn)化體系、住宅模塊化設(shè)計(jì)原理和方法、空間與部品模數(shù)尺寸協(xié)調(diào)規(guī)則等；②設(shè)計(jì)研究 包括居住空間與居住產(chǎn)品功能、空間使用效能、部品化集成設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)與服務(wù)設(shè)計(jì)等；③應(yīng)用技術(shù)研發(fā) 包括裝配式裝修技術(shù)、干法作業(yè)、同層排水、集中管井、管線分離、關(guān)鍵接口與構(gòu)造節(jié)點(diǎn)、裝配間隙與公差配合等。同時(shí)，研發(fā)工作還進(jìn)一步擴(kuò)展到家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)邏輯、家居智能化應(yīng)用、環(huán)境健康與空氣質(zhì)量、居住空間與光環(huán)境等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域。課題主要研究?jī)?nèi)容和成果通過(guò)“CSC-1#實(shí)驗(yàn)宅”建設(shè)完成實(shí)際驗(yàn)證和落地呈現(xiàn)。

本課題還對(duì)運(yùn)用現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化手段建立住宅產(chǎn)品線，整合內(nèi)裝部品供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)用戶參與的成品交付等商業(yè)模式進(jìn)行了可行性研究和落地實(shí)踐，在未來(lái)住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、部品化集成、裝配化施工、選擇性銷售和維護(hù)服務(wù)模式等多個(gè)維度進(jìn)行探索，初步形成系統(tǒng)性的實(shí)施方案（見圖1）。

圖1 CSC-1#實(shí)驗(yàn)宅實(shí)景

1 認(rèn)識(shí)和觀點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)與技術(shù)

當(dāng)我們把設(shè)計(jì)和技術(shù)區(qū)別看待時(shí)可這樣理解，設(shè)計(jì)的目的是人，設(shè)計(jì)的價(jià)值是在人和物質(zhì)技術(shù)之間建立起良好的關(guān)系，使物質(zhì)技術(shù)符合人（人類）可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。技術(shù)是對(duì)物和造物的探索，發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新的物質(zhì)或新的生產(chǎn)方式。因此，技術(shù)發(fā)展不能脫離人的利益和需求。所以，集成裝配式裝修作為一種技術(shù)方式，應(yīng)符合居住者對(duì)居住環(huán)境的需求，為設(shè)計(jì)提供更大的可能性。

1.2 建筑與內(nèi)裝

建筑與內(nèi)裝的生命周期不同，可謂“百年建筑，十年裝修”，因此，住宅建筑技術(shù)首先要保證其安全性、耐久性，而住宅內(nèi)裝技術(shù)應(yīng)更關(guān)注居住生活的多樣化、可變性和個(gè)性化需求，由于建筑與內(nèi)裝所面對(duì)的問(wèn)題有所不同，所以技術(shù)目標(biāo)和解決方案也不相同。所謂“建筑裝修一體化”應(yīng)從各自相對(duì)獨(dú)立的角度，以相互分離、相對(duì)獨(dú)立為基本條件，理解整體系統(tǒng)的一體化。

1.3 裝配式建筑與裝配式裝修

裝配技術(shù)指按照規(guī)定的技術(shù)要求，將若干個(gè)零件接合成部件或?qū)⑷舾蓚€(gè)零件和部件接合成產(chǎn)品的構(gòu)造手段或工藝方法，所謂“裝配式裝修”由“裝配式建筑”引申得來(lái)。然而，目前裝配式建筑技術(shù)仍存在濕法作業(yè)，而內(nèi)裝技術(shù)的發(fā)展方向是便于拆裝的干法作業(yè)技術(shù)，相同的用詞不一樣的內(nèi)容，凡此種種，定義模糊、概念含混現(xiàn)象還很多，建筑工業(yè)化作為一個(gè)系統(tǒng)性工程，標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和基礎(chǔ)性研究應(yīng)得到充分重視。

1.4 通用化與互換性

住宅內(nèi)裝的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)應(yīng)以建立空間與部品之間及部品與部品之間的通用技術(shù)規(guī)則為主要內(nèi)容，系統(tǒng)性規(guī)范各相關(guān)接口的邊界條件，統(tǒng)一通用部品規(guī)格尺寸和接口技術(shù)尺寸，以提高部品的互換性，實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝部品集成化設(shè)計(jì)、選擇性配置、多樣化輸出、市場(chǎng)化銷售和規(guī)模化生產(chǎn)。

1.5 尺寸與模數(shù)

尺寸規(guī)則是標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)，也是模數(shù)協(xié)調(diào)的重要內(nèi)容。在建筑與內(nèi)裝一體化通用體系的建設(shè)過(guò)程中，模數(shù)不但要解決建筑自身的尺寸協(xié)調(diào)問(wèn)題，更重要的是解決空間與部品尺寸的相互匹配，建筑模數(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，不僅有利于制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平的提高，而且也是模數(shù)理論自身的補(bǔ)充和完善。

2 設(shè)計(jì)原理與方法

2.1 模塊化設(shè)計(jì)：建立模塊化層級(jí)系統(tǒng)

運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)原理，以部品為元素，逐級(jí)分解，建立模塊化體系。以實(shí)驗(yàn)宅首層空間為例，按功能將部品集中布置區(qū)域分解為：收納、櫥柜、起居3個(gè)功能區(qū)域，即單位功能模塊。將單位功能模塊根據(jù)生活行為再次分解，以櫥柜為例，分解為洗滌、操作、烹飪、收納等單一功能模塊，單一功能模塊繼續(xù)分解，將部品從空間中剝離出來(lái)形成內(nèi)裝部品模塊，這樣構(gòu)建起自上而下的模塊化結(jié)構(gòu)體系（見圖2）。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模塊的功能互換，完成設(shè)計(jì)成果多樣化輸出，為實(shí)現(xiàn)這一互換過(guò)程，則需制定通用的接口條件和尺寸規(guī)則。

2.2 尺寸協(xié)調(diào)：建立統(tǒng)一的尺寸規(guī)則

2.2.1 模數(shù)協(xié)調(diào)

尺寸規(guī)則是標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)，也是模數(shù)協(xié)調(diào)的重要內(nèi)容。建立統(tǒng)一的尺寸協(xié)調(diào)規(guī)則，是提高內(nèi)裝部品的通用性、互換性的目的，所以，建立通用的尺寸規(guī)則是集成裝配式裝修技術(shù)的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)宅在尺寸設(shè)計(jì)中運(yùn)用模數(shù)協(xié)調(diào)方法，如廚房、衛(wèi)生間等部品集中布置區(qū)域采用分割模數(shù)1.5nM=150mm為尺寸進(jìn)級(jí)單位，內(nèi)裝部品尺寸即二級(jí)模數(shù)采用組合模數(shù)3nM=30mm為尺寸進(jìn)級(jí)單位，形成一套便于協(xié)調(diào)的尺寸邏輯。

2.2.2 模數(shù)網(wǎng)格化設(shè)計(jì)

模數(shù)網(wǎng)格化設(shè)計(jì)是將空間、部品及部件的形狀及組裝關(guān)系，規(guī)劃在相互匹配的坐標(biāo)網(wǎng)格中，在實(shí)驗(yàn)宅部品密集裝配區(qū)域，凈空間填入150mm為進(jìn)級(jí)基數(shù)的模數(shù)網(wǎng)格，疊加填充30mm為進(jìn)級(jí)基數(shù)的二級(jí)模數(shù)網(wǎng)格設(shè)計(jì)，如圖3所示。

2.3 系統(tǒng)集成

圖2 標(biāo)準(zhǔn)模塊的功能互換

圖3 模數(shù)網(wǎng)格化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)集成要以滿足用戶的需求為根本出發(fā)點(diǎn)，不是選擇最好的產(chǎn)品的簡(jiǎn)單行為，而是要匹配最適合用戶需求的標(biāo)準(zhǔn)模塊的組合。住宅設(shè)計(jì)中，居室收納是根據(jù)不同人群的具體需求決定，不能用一種方式解決不同的收納問(wèn)題，通過(guò)對(duì)收納需求的調(diào)研，以及對(duì)生活物品的種類、尺寸、收納方式等數(shù)據(jù)的提取和歸納，通過(guò)尺寸協(xié)調(diào)，建立收納模塊模數(shù)尺寸系列，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，在收納總量不變的前提下，通過(guò)選擇性組合方案滿足不同人群需求（見圖4）。

圖4 收納模塊的選擇性組合

2.4 功能設(shè)計(jì)

住宅室內(nèi)空間、部品及家居產(chǎn)品的尺寸設(shè)計(jì)由2種不同性質(zhì)尺寸構(gòu)成，一種是人完成特定行為所需要的動(dòng)作空間尺寸范圍；另一種是必要的部品、設(shè)備等填充物體所占用的實(shí)體空間。

如何在小尺寸內(nèi)既考慮合理的布局和操作流程，又要按照人體工程學(xué)的尺度確定操作行為需要的尺寸空間，并提高臺(tái)面利用率，為實(shí)驗(yàn)宅櫥柜操作臺(tái)面設(shè)計(jì)的目標(biāo)。櫥柜臺(tái)面在設(shè)計(jì)中需考慮人在使用時(shí)完成洗滌、操作、備餐、烹飪等行為，各行為是由一連串動(dòng)作組成，通過(guò)動(dòng)作分解，了解人體在動(dòng)作中需要的空間尺寸，結(jié)合完成各動(dòng)作使用的物品尺寸，通過(guò)尺寸協(xié)調(diào)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)模數(shù)約束下的功能合理化（見圖5）。

2.5 生產(chǎn)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)設(shè)計(jì)以提高材料利用率、優(yōu)化工藝流程、方便倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸為目的，部品尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮通用材料規(guī)格和生產(chǎn)工藝流程，通過(guò)尺寸控制達(dá)到節(jié)材省工的目的。櫥柜在構(gòu)成廚房的各類功能產(chǎn)品中，承擔(dān)了主要的集成任務(wù)，也是廚房成本的重要構(gòu)成因素之一。

實(shí)驗(yàn)宅櫥柜柜體采用人造板材制造，板材規(guī)格采用2440mm×1220mm的通用標(biāo)準(zhǔn)，因此櫥柜設(shè)計(jì)尺寸以標(biāo)準(zhǔn)板材的通用規(guī)格為條件，在滿足人體工程學(xué)尺寸要求的基礎(chǔ)上，使材料實(shí)現(xiàn)利用率最大化（見圖6）。

圖6 板材生產(chǎn)下料

3 應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

3.1 集中管井

集中管井是將公共管線集中在公共區(qū)域的一種布局方式，有利于明確住宅公共和私有部分的權(quán)屬，便于物業(yè)針對(duì)公共設(shè)備及管線的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、更新等進(jìn)行集中管理。

實(shí)驗(yàn)宅除將水、電、暖等公共立管及水表、電箱等計(jì)量設(shè)備集中布置在走廊管井外，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，為優(yōu)化內(nèi)部空間，并有利于設(shè)備的維修、更換，將熱水器、凈水器及馬桶水箱等私屬設(shè)備同時(shí)布置于公共區(qū)域管井內(nèi)，綜合布置各類管線及設(shè)備位置（見圖7）。

圖7 公共區(qū)集中管井設(shè)計(jì)

3.2 管線分離技術(shù)

管線分離技術(shù)是將設(shè)備管線與建筑結(jié)構(gòu)體分離，不在建筑結(jié)構(gòu)體中預(yù)埋設(shè)備管線的技術(shù)，主要目的是在室內(nèi)改裝時(shí)，減少管線拆改對(duì)建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)的安全隱患及便于后期室內(nèi)設(shè)施的維護(hù)、更新。管線分離技術(shù)是SI住宅體系的重要技術(shù)手段，一般通過(guò)采用龍骨體系隔墻、集成吊頂?shù)燃夹g(shù)將管線暗敷進(jìn)飾面層與結(jié)構(gòu)體的空腔中，在提高水平管線自由度的同時(shí)，也有利于居住空間的靈活分割。

由于產(chǎn)品的特殊性及多課題成果的應(yīng)用，設(shè)計(jì)中需解決如煙霧報(bào)警器、消防噴淋、新風(fēng)、中央空調(diào)等設(shè)備安裝及配套管線綜合布置問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)宅采用集中管廊技術(shù)，將各設(shè)備及管線布置在裝配式管廊內(nèi)并配套設(shè)計(jì)出風(fēng)口、噴淋口等產(chǎn)品。同時(shí)利用夾層樓板空腔敷設(shè)強(qiáng)、弱電管線，實(shí)驗(yàn)宅內(nèi)除部分水、電支路管線預(yù)埋在結(jié)構(gòu)體中，基本達(dá)到內(nèi)裝管線分離的設(shè)計(jì)要求（見圖8）。

圖8 管線分離

3.3 同層排水

同層排水是指排水橫支管布置在本層，器具排水不穿樓層的排水方式。避免管線戶內(nèi)縱向穿樓板帶來(lái)的漏水和產(chǎn)權(quán)不清的問(wèn)題?，F(xiàn)有架空地面、局部降板、強(qiáng)排水等同層排水技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)宅在不具備降板及架空地面的特定空間條件下，為滿足同層排水的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)并研發(fā)35mm超薄地漏，經(jīng)多次建模、排水試驗(yàn)，成果已投入使用并申請(qǐng)專利，為便于排水及維修更換，將反水彎外置于公共管井內(nèi)接入公共立管（見圖9）。

圖9 超薄地漏

3.4 集成裝配式裝修技術(shù)

集成裝配式裝修技術(shù)是以內(nèi)裝部品為元素，通過(guò)部品元素的設(shè)計(jì)組合和現(xiàn)場(chǎng)裝配實(shí)現(xiàn)成品交付的建造方式，區(qū)別于以材料為元素的舊有裝修方式，在工廠進(jìn)行材料加工，成為獨(dú)立的產(chǎn)品，再到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)各類產(chǎn)品的組裝形成完整成品，從而省卻在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)材料進(jìn)行二次加工的環(huán)節(jié)。

夾層樓板是LOFT產(chǎn)品中的主要結(jié)構(gòu)，起到縱向分割空間、增加使用面積的作用。實(shí)驗(yàn)宅產(chǎn)品在凈空尺寸較低的限制條件下，如何保證既增加水平空間使用面積又不影響豎向空間使用感受，是夾層樓板產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。課題組通過(guò)對(duì)材料的分析、試驗(yàn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)出一套截面尺寸僅為95mm的鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配式夾層樓板產(chǎn)品，夾層樓板主體結(jié)構(gòu)由9塊鋼方管格柵樓板組成，采用螺栓水平連接、組合，并通過(guò)主龍骨與墻體固定；同時(shí)利用隔墻龍骨解決樓板支撐及吊裝結(jié)構(gòu)?；鶎硬捎妙A(yù)制基層板（硅酸鈣板），場(chǎng)外裁切、打孔、現(xiàn)場(chǎng)螺栓裝配于格柵樓板上，2層地面鋪地板（見圖10）。樓板采用結(jié)構(gòu)與精裝一體化設(shè)計(jì)，格柵結(jié)構(gòu)外露，表面噴漆，簡(jiǎn)潔美觀。各模塊規(guī)格、重量便于安裝操作，尺寸便于電梯運(yùn)輸。

圖10 裝配式夾層樓板

4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

家居產(chǎn)品是住宅功能的重要組成部分，產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與空間的關(guān)系，可從空間條件出發(fā)，重新定義產(chǎn)品的設(shè)計(jì)邏輯。

實(shí)驗(yàn)宅家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，特邀請(qǐng)北京工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院工業(yè)系李健、張坤老師配合完成廚房產(chǎn)品設(shè)計(jì)，依照規(guī)格尺寸、產(chǎn)品種類、功能需求、收納或擺放方式等設(shè)計(jì)要求，完成電飯煲、咖啡機(jī)、熱水壺、榨汁機(jī)整套常用廚房小家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品符合4人用餐的使用需求（見圖11）。為更好地利用頂柜與底柜之間的空間，加入升降臺(tái)面設(shè)計(jì)，產(chǎn)品整體可完全上升、收納至頂柜內(nèi)；取電口位于升降臺(tái)面下部，使產(chǎn)品可自由升降，為在不同時(shí)間、不同操作流程中充分利用空間創(chuàng)造條件。

圖11 廚房小家電設(shè)計(jì)

5 產(chǎn)品體驗(yàn)

人、空間、產(chǎn)品是居室設(shè)計(jì)的三大要素，實(shí)驗(yàn)宅在設(shè)計(jì)中以人體感知及行為習(xí)慣為出發(fā)點(diǎn)，以環(huán)境健康舒適為關(guān)注點(diǎn)，集合水平與垂直、比例與尺度、空間與實(shí)體、視覺(jué)與觸覺(jué)、光線與材質(zhì)、肌理與色彩等元素的空間美學(xué)設(shè)計(jì)，隨不同時(shí)間、不同行為變換的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)居住習(xí)慣偏好設(shè)定的智能化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)住宅產(chǎn)品在滿足功能、技術(shù)的前提下，對(duì)心理、生理等因素全面考量，進(jìn)一步提升居住品質(zhì)（見圖12）。

圖12 實(shí)驗(yàn)宅室內(nèi)空間環(huán)境

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“CSC-1#實(shí)驗(yàn)宅”研發(fā)工作的回顧和總結(jié)，將模塊化設(shè)計(jì)作為方法原理，通過(guò)建立模數(shù)化尺寸協(xié)調(diào)規(guī)則，將產(chǎn)品化設(shè)計(jì)思維運(yùn)用到住宅內(nèi)裝設(shè)計(jì)中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)宅產(chǎn)品特點(diǎn)，研發(fā)出一套適用、高效、集約、健康的集成裝配式裝修技術(shù)和專利產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)宅不僅是一款運(yùn)用工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)方式的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，而且是具備較高空間效能、優(yōu)秀居住品質(zhì)的住宅空間。產(chǎn)品的完成為行業(yè)現(xiàn)存的問(wèn)題提供了一套符合國(guó)情又行之有效的方法與技術(shù)體系，可促進(jìn)行業(yè)逐步完成全產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。