王舒揚， 岳曉鵬， 李娟

(1. 河北工業(yè)大學 建筑與藝術設計學院， 天津 300401；2. 河北工業(yè)大學 土木與交通學院， 天津 300401)

1961年，荷蘭的約翰哈布瑞根教授在歐洲工業(yè)化住宅向質量追求轉型的時代背景下，提出支撐體住宅(SAR)理論，從兩方面對工業(yè)化住宅設計給予修正.1) 人性化.在工業(yè)住宅以模數(shù)及定位體系的通用性、建筑空間及形式的應變性按照標準化建造的同時，又滿足個性化的使用需求.2) 可續(xù)化.將住宅拆解為支撐體、填充體兩部分，通過延長支撐體的耐久年限、提高填充體的應變更新性能，從而提高住宅的物理及功能使用壽命[1].1979年,清華大學張守儀教授將SAR理論引入我國后，除用于無錫支撐體住宅、北京雅世合金公寓、上海綠地南翔百年住宅、濟南魯能領秀城公園世家等試點項目外，發(fā)展并不迅速，主要有以下3點原因.1) 發(fā)展時機不成熟.我國在2016年《國務院辦公廳關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》[2]發(fā)布以前，工業(yè)化住宅的發(fā)展被忽視.2) 需求基礎薄弱.我國市民習慣以賣舊購新的方式改善居住條件，SAR理論的可續(xù)更新優(yōu)勢對市民缺少吸引力.3) 發(fā)展空間受到抑制.受限于我國城市緊張的用地條件和剛性的套型面積，城市支撐體住宅項目對應變性的探索僅局限于套型內部[3].

鑒于SAR理論應用于裝配式農宅設計的巨大潛力，本文構建實驗性設計模型，從模數(shù)軸線體系設定、支撐體與填充體設計、空間模塊設計3個方面探析裝配式農宅的設計手段.

1 調研地區(qū)的農宅概況

2017-2018年調研了石家莊城郊藁城區(qū)、欒城區(qū)的農村住宅，以及河北裝配式農宅生產(chǎn)企業(yè)和試點項目，發(fā)現(xiàn)SAR理論在裝配式農宅建設中應用潛力巨大，體現(xiàn)在以下4個方面.1) 應用時機成熟.農宅建設由數(shù)量向質量追求轉型，而傳統(tǒng)的農宅自建方式積累了大量問題，生產(chǎn)方式的工業(yè)化轉型迫在眉睫.國務院推出發(fā)展裝配式住宅政策以來，裝配式農宅建設也備受關注，SAR理論作為重要的工業(yè)化住宅設計理論，應用時機已經(jīng)成熟.2) 破解實踐難題.生產(chǎn)企業(yè)的設計標準化水平低，致使構件尺寸多、模具種類多、設備攤銷費用高，從而令生產(chǎn)成本居高不下，同時,農宅產(chǎn)品的空間及形式僵化，當前試點項目難以市場化，完全依靠政府推進.SAR理論兼具通用性和應變性的設計優(yōu)勢，可破解上述實踐難題.3) 與農村生活契合.調研地區(qū)的農村經(jīng)濟處于轉型期，引發(fā)村民生活模式及居住需求的多元化轉變，但農宅受宅基地位置約束而宅址穩(wěn)定[4]，村民居住需求的多樣性與居住地的穩(wěn)定性為SAR理論發(fā)揮可續(xù)更新優(yōu)勢創(chuàng)造了條件，且得益于農村相對充足的用地資源、寬松的居住面積、由血緣、地緣而柔性化的戶際空間關系，農宅設計可基于SAR理論有更大的探索空間.4) 準入門檻低.由于支撐體住宅為一開放體系，加之農宅較低的居住密度、相對簡單的建房技術，獨立于支撐體的填充體可通過“分散建材→單項部品→集成型部品”方式更新升級[5].

2 實驗性設計模型及模數(shù)軸線定位體系的構建

2.1 實驗性設計模型

圖1 實驗性設計模型及軸線定位體系分析圖Fig.1 Experimental design model and axis positioning system

提出以家族集合體為單位的集約化合住方式(此做法當前已有法律依據(jù)[6])，集合體總用地為家族的共有建房用地，其在進深上尺寸固定，但在開間上可依據(jù)選取的段數(shù)(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，…)進行增減.基于調研考察的實際需求及前期預設計，初步擬定集合體總用地進深控制在20～23 m，開間向的每段尺寸控制在3.3～4.5 m.以家族居住環(huán)境單元(家族建筑單元+共享庭院模塊)為裝配式支撐體農宅的實驗性設計模型及軸線定位體系分析圖，如圖1所示.圖1中：αγ，α北，β，α南，αδ，δ分別表示北陽臺、靠窗室內北區(qū)、室內過道區(qū)、靠窗室內南區(qū)、南陽臺和室外庭院區(qū).

2.2 標準化的模數(shù)軸線定位體系

現(xiàn)行的模數(shù)定位體系在實踐層面較多關注室內空間，并未滲透到室外場地層級(外部大尺寸層面)和建筑構件及內裝部品層級(內部小尺寸層面)[7]，既不利于農宅建筑單體設計與村規(guī)劃的有機嵌接，也有礙其工廠化生產(chǎn)及裝配式建設.裝配式支撐體農宅設計須重構模數(shù)軸線體系，打通村規(guī)劃、農宅建筑設計、構件部品設計間的設計壁壘，在室外場地、室內空間、建筑構件及內裝部品間建立統(tǒng)一的尺寸、定位關系，并由此令農宅的設計方式與其標準裝配化的建造方式相契合.

1) 模數(shù)體系設定.選取室外場地、室內空間、構件及內裝部品3類尺寸具有較好兼容性的數(shù)值為基本模數(shù)，為了與現(xiàn)行模數(shù)制(以M為基本模數(shù))相區(qū)別，本研發(fā)體系的基本模數(shù)符號設為N，由此，擴大模數(shù)為3N及分模數(shù)為1/10N.其中，N，3N，1/10N可分別作為室內空間、室外場地、構件及內裝部品的尺寸進級單位.

2) 定位方式設計.基于農村使用需求，改良并簡化SAR理論的區(qū)帶劃分體系(圖1)，具體做法如下:將集合體總用地沿進深方向分為α南(靠窗室內南區(qū))、α北(靠窗室內北區(qū))、β(室內過道區(qū))、δ(室外庭院區(qū))等不同的區(qū)，以及αδ(南陽臺)、αγ(北陽臺)兩個界，陽臺可自由選裝以調配室內面積；沿開間方向分為段數(shù)為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，…；將“區(qū)、界、段”劃分體系沿垂直方向延展，形成基于整個集合體總用地的三維定位體系；確定家族建筑單元在此體系中所占的三維區(qū)域，采用雙軸線定位法對該區(qū)域進行進一步的空間定位.其中，2組雙軸線的間距為室內空間的邊界尺寸；雙軸線之間的間距為建筑構件的邊界尺寸；上述邊界尺寸分別滿足空間及構件的凈模數(shù)要求.

圖2 鋼框架結構農宅構件分解圖Fig.2 Decomposition diagram of rural house components of steel beam-column frame structure

3 支撐體與填充體的設計

裝配式農宅由支撐體與填充體構成，前者包括主體承重構件、廚衛(wèi)、管道、交通豎井，后者包括無受力作用的外圍護構件和室內空間分隔構件.

3.1 主體承重構件的設計

推薦裝配式農宅選用的2種結構形式為鋼框架結構和鋼筋混凝土框架結構.鋼框架結構農宅構件分解圖，如圖2所示.鋼框架結構自重輕、安裝技術簡單，實現(xiàn)方式如下：立柱和地頂圈梁選用16#C型鋼(截面高度×截面寬度×彎頭長度×截面厚度為160 mm×70 mm×20 mm×3 mm)；柱間密肋選用10#C型鋼(100 mm×50 mm×15 mm×2.5 mm)，密肋間距為400 mm，可根據(jù)需要設置斜向抗側力構件；鋼框架樓板的密肋選用14#C型鋼(140 mm×60 mm×20 mm×3 mm)，間距為400 mm，以便于與墻體密肋相對應；柱下混凝土(或毛石)為獨立基礎.鋼筋混凝土框架結構造價不高，結構穩(wěn)定，空間分隔較靈活，如當柱間距大于5.4 m(或7.8 m)時，可分隔出2個或3個房間，使用扁梁(與低空間吊頂結合)和異形柱，可令空間表面更為完整.此外，在農宅建設中推廣上述結構形式，有助于緩解石家莊地區(qū)當前面臨的鋼鐵、水泥產(chǎn)能過剩的問題.

3.2 廚衛(wèi)空間、管道和交通豎井的設計

近些年，城市的支撐體住宅項目嘗試通過架空(或局部降低)樓板的方式實現(xiàn)同層排水，由此可根據(jù)空間劃分的需要隨意定位廚衛(wèi)空間[8].但該做法也帶來一些問題，如排水橫管過長令排污不暢、室內凈高降低等.農宅的居室面積較為寬裕，建議固定廚衛(wèi)空間的位置，而采用下述手段增加空間布局的靈活性:1) 將廚衛(wèi)空間作為一個整體沿北向外墻(或鄰近公共交通盒一側)設置，由此預留出相對完整的居室空間[9]；2) 在較少涉及管線及樓板設備留洞位置變化的前提下，適當擴大廚衛(wèi)空間的面積，如僅固定1～2片廚衛(wèi)隔墻，其余隔墻可隨廚衛(wèi)面積的變化而調整位置，以備日后的適老性空間改造及設備擴充[10]；3) 較大的農宅套型可預留1～2套獨立的管道豎井，為日后分解為幾套小戶型創(chuàng)造條件[11].此外，為應對日益嚴峻的農村老齡化、空巢化問題，躍層式農宅應有預留電梯空間的潛伏性設計，如三開間躍層式單元，其旋轉樓梯中部的儲藏室可改作電梯空間，將套型升級為帶電梯多代居式.

3.3 填充體的設計

裝配式農宅的填充體由外圍護構件和空間分隔構件組成.在外圍護構件的設計中，外墻可采用OSB板+水泥纖維板(或石膏板)+擠塑聚苯板+金邦板的輕質復合外墻，鋼絲網(wǎng)架水泥夾芯墻大板(或EPS輕質混凝土復合夾芯條板)+保溫裝飾一體板則更厚重，隔聲性能好，吊掛力大.上述兩種外墻形式均具有靈活可拼接、表面無拼縫的優(yōu)點.屋面做法為輕鋼龍骨樓板上鋪設增強纖維硅酸鈣板+保溫防水飾面一體板.

圖3 以秸稈廢料為建材的輕鋼龍骨隔墻Fig.3 Light steel keel partition with straw waste as material

空間分隔構件由分戶墻和戶內隔墻構成.分戶墻建議預留洞口(暫以加氣混凝土砌塊、粉煤灰砌塊等隔聲且易拆卸的輕質建材填充)，以便鄰戶間的套型合并；戶內隔墻分為現(xiàn)場施工型和預制組裝型兩類.現(xiàn)場施工型隔墻在無錫支撐體住宅、北京翠苑支撐體住宅實踐中均有應用，主要形式有半磚隔墻、空心磚墻、灌漿墻等.該類隔墻的技術難度小、造價低，但不易拆換，且施工精度難以保證，建議在實踐初期的準工業(yè)化階段采用.在實踐成熟期推薦使用輕鋼龍骨隔墻，方便住戶自主調節(jié)居室空間，本課題組研發(fā)的一種以秸稈廢料為建材的輕鋼龍骨隔墻形式，如圖3所示.

該隔墻由上導框、下導框、輕鋼龍骨、緊固件、抱框、秸稈纖維板等預制部品構件組裝而成.組裝步驟為:1) 確定隔墻位置，將上、下導框用膨脹螺栓固定于樓板和地板上；2) 在下導框上以正反螺紋的雙頭螺栓連接地龍骨(雙頭螺栓可調節(jié)墻板高度，并使墻板與樓板擠壓緊密)；3) 于上導框安裝頂龍骨，并完成龍骨框架其余部分的安裝；4) 安裝強弱電線(上、下導框內和龍骨空腔中均可走線)；5) 在龍骨框架上安裝秸稈纖維板(纖維板需預留如開關、插座、門窗等洞口)；6) 安裝門、開關、插座及抱框等配件；7) 補裝隔墻兩側的吊頂板材.其中，秸稈纖維板的寬度有100，200，400 mm 3種基本規(guī)格，通過板材邊緣的凹凸槽彼此拼接，拼接時宜在墻體中部使用400 mm寬的板材，兩側以200，100 mm寬的板材找齊墻寬余數(shù).為提高墻體的隔聲性能，龍骨兩側宜安裝厚度不同的秸稈纖維板，并在兩板空腔中以攪碎秸稈末、巖棉、玻璃棉等多孔吸聲材料填充.此隔墻拆除后的多數(shù)預制構件可循環(huán)使用，且殘留痕跡易于修補(地面的施工痕跡可用與地磚顏色相似的填縫劑修補，樓板的施工痕跡可被補裝上的吊頂板遮蓋).

4 裝配式農宅的空間模塊設計

裝配式農宅的空間模塊族群分為內裝集成部品模塊、室內空間模塊(行為模塊、房間模塊、套型模塊、戶間交通模塊)、室外庭院模塊3大類型.根據(jù)人體工學及使用者的行為規(guī)律，對上述模塊進行逐級的量化研究，并通過空間模塊在支撐體框架內的選擇性組合，形成多樣化的空間布局及建筑形態(tài).設計方式有如下5種.

1) 內裝集成部品模塊及行為模塊設計.對家居行為進行分類，以1項家居行為對應1～2個內裝集成部品模塊的方式，從空間占用角度設計各類內裝集成部品模塊，模塊外輪廓盡量規(guī)整，僅從空間占用層面對其進行總體的尺寸控制，未來的部品升級可在其內部解決[12]；以“行為模塊=家居活動空間+內裝部品模塊”的方式對各行為模塊進行設計.

2) 房間模塊設計.以“房間模塊=行為模塊1+行為模塊2+…”的方式設計房間模塊.在調研中發(fā)現(xiàn)，60歲以上的老人為農村重要的人口構成，故需關注該類人群的空間使用需求，如老人使用的房間模塊可采用1+X的方式增加空間使用的靈活性[13]，滿足未來子女陪護、輪椅通行、部品的適老性更新等使用需求.廚衛(wèi)等房間模塊還可通過低限尺寸、舒適尺寸、老年人使用尺寸的方式進行尺寸細化.

3) 共享庭院模塊設計.以庭院的活動類型及各行為所占空間尺寸為依據(jù)，分類設計共享庭院模塊.

4) 套型模塊及家族建筑單元設計.以行為模塊、房間模塊的選擇性組合，在節(jié)2.2場地的“區(qū)、界、段”劃分體系下，形成供不同家庭結構住戶使用的套型模塊.再以套型模塊、戶間交通模塊組合生成家族建筑單元，如圖4所示.

5) 組構家族居住環(huán)境單元.以“家族建筑單元+室外庭院模塊”的方式組構家族居住環(huán)境單元，未來其可用于組合生成聯(lián)立、聯(lián)排等多形式的農宅建筑.

5 結束語

推動量大面廣的裝配式農宅建設必須堅持政府扶持、市場主導的發(fā)展原則[2]，只有物美價廉的農宅產(chǎn)品，才能以市場化方式在廣大農村生根繁衍.以SAR理論為指導的裝配式農宅具有標準化、人性化、可續(xù)化、集約化的優(yōu)點.即以尺寸及定位方式的標準化實現(xiàn)構件的通用化生產(chǎn)，以規(guī)模效應降低產(chǎn)品價格，以空間模塊的多樣化組拼滿足不同住戶的使用需求，以支撐體、填充體分離的設計方式賦予農宅可續(xù)更新潛力，以家族聚居方式實現(xiàn)土地資源的集約化利用.河北城郊農村受京津冀協(xié)同發(fā)展政策的帶動，經(jīng)濟快速提升，村民收入持續(xù)增加，對優(yōu)質農宅需求旺盛，加之河北省政府下發(fā)《河北省人民政府關于推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的指導意見》[14]對城郊農宅工業(yè)化建設方式的大力扶植，該地區(qū)裝配式農宅的建設時機已經(jīng)成熟，且其實踐成果未來還可向遠郊、腹地農村衍生推廣.