劉容川，周啟能，宋云昊 （合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

1 前言

現(xiàn)階段關(guān)于戶型組合設(shè)計的研究大都基于混凝土結(jié)構(gòu)住宅展開，關(guān)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅的戶型組合設(shè)計涉及較少，CSI理念在戶型設(shè)計中的應(yīng)用也較少。CSI理念、BIM技術(shù)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅是我國建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢。近年來，國家發(fā)布了許多政策來促進上述領(lǐng)域發(fā)展。研究從裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅的特點出發(fā)，融入CSI理念，以BIM模型為工具進行戶型的優(yōu)化設(shè)計研究。

2 CSI裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅特點分析與利用

2.1 CSI住宅特點的分析與利用

CSI住宅的亮點在于填充體部分，即它的靈活性。CSI住宅的基礎(chǔ)在于支撐體部分，即它的穩(wěn)固性。作為一個能存在百年的住宅，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的耐久性是必不可少的。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的高強度、輕自重、延性好、抗震能力強的特點能滿足CSI住宅支撐體的要求。

優(yōu)化后的戶型應(yīng)充分體現(xiàn)CSI住宅的可變性，充分利用住宅空間。其可變性體現(xiàn)在空間體量可變與填充結(jié)構(gòu)可變上。填充結(jié)構(gòu)如輕質(zhì)可調(diào)節(jié)隔墻、整體可變型廚衛(wèi)間、架空活動型地板、靈活的管線走向等。戶型可借助填充結(jié)構(gòu)變化來進行空間體量的變化，如空間的合并、分隔、遷移與調(diào)換。高度上，地板的抬升可形成其他可利用空間。設(shè)計時，應(yīng)減少固定構(gòu)件的使用，減少固定墻體，室內(nèi)墻體更多使用輕質(zhì)墻體，在保證隔音、保溫等功能的前提下，靈活地改變室內(nèi)居住結(jié)構(gòu)。設(shè)計時，應(yīng)保證更多區(qū)域可滿足多種不同功能，以滿足不同時期的不同需求。

在進行戶型的優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)考慮到住戶需求及家庭結(jié)構(gòu)等問題，建立適應(yīng)住戶不同需求的戶型設(shè)計方案與家庭全生命周期戶型設(shè)計方案。

2.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑特點的分析與利用

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有輕質(zhì)高強的特點，其高強的特點有利于減少承重墻數(shù)量、增加輕質(zhì)內(nèi)隔墻數(shù)量，從而使住戶可以方便地改變內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。其質(zhì)輕的特點，使其自重小，地震反應(yīng)小。其具有較好的延性，可以吸收、耗散地震能量，預(yù)防脆性破壞，從而使CSI理念可以更好應(yīng)用到建筑設(shè)計上，同時為輕質(zhì)內(nèi)隔墻的使用提供安全保障。

鋼結(jié)構(gòu)截面較小，室內(nèi)可使用面積較大。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的建造過程具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保的特點，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑造價相對較低，具有一定的經(jīng)濟合理性。

在進行戶型模塊優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)體現(xiàn)“少規(guī)格，多組合”的理念，采用模數(shù)協(xié)調(diào)的方法實現(xiàn)功能空間和部品、部件的模數(shù)化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，通過將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的部品相互組合，形成多樣的戶型。

3 戶型轉(zhuǎn)變的社會因素分析

3.1 從住戶角度進行分析與設(shè)計

在進行戶型模塊優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)考慮住戶的私密性需求。臥室的私密性較強，在設(shè)置臥室時，應(yīng)使其遠離入戶門，以減輕噪聲對住戶私密性需求的影響；臥室門應(yīng)避免正對入戶門，避免對視。床應(yīng)放置在遠離臥室門的一側(cè)。臥室空間可與其他功能區(qū)間之間設(shè)置隔斷并將臥室的地面抬升，來確保臥室的私密性與獨立性。臥室門應(yīng)盡量避免在客廳直接打開。衛(wèi)生間也是私密性較強的空間，衛(wèi)生間門應(yīng)盡量避免在客廳直接打開。入戶門正對衛(wèi)生間門、如廁區(qū)在入門處也同樣應(yīng)避免。衛(wèi)生間應(yīng)進行動靜分區(qū)，以保證靜區(qū)的私密性與動區(qū)生活需求的滿足。

在進行戶型模塊優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)考慮到歸屬感，使住宅的圍透協(xié)調(diào)統(tǒng)一。既要避免住宅過度圍合產(chǎn)生壓抑感，又要避免過度通透消除歸屬感?？紤]到家庭氛圍，戶型面積應(yīng)適中，避免戶型太大產(chǎn)生空虛感，戶型過小產(chǎn)生壓抑感。考慮到相對高度，住宅高度與戶型面積應(yīng)結(jié)合考慮，避免相對高度過低導(dǎo)致住戶壓抑緊張，高度過高導(dǎo)致親切感缺失。

考慮到住戶工作學(xué)習(xí)的需要，可設(shè)置工作空間?？紤]到工作氛圍問題與工作效率問題，工作空間需設(shè)隔斷與其他空間分隔。

不同功能區(qū)間可合理疊加，運動空間占地大，休閑空間占地小，休閑空間等小空間可置于運動空間內(nèi)部，實現(xiàn)活動范圍大的功能空間與活動范圍小的功能空間在空間上的疊加。根據(jù)家庭結(jié)構(gòu)或住戶喜好變化，一個功能區(qū)間可分隔為多個功能區(qū)間，多個功能區(qū)間也可合并成一個功能區(qū)間。

3.2 從經(jīng)濟合理性角度進行分析與利用

臥室、客廳等使用時間長的部分應(yīng)朝陽設(shè)計，從而減少白天的照明用電。廚衛(wèi)可相鄰設(shè)計，以降低供水管線開支。戶型面積應(yīng)適中設(shè)計，不可只顧追求大面積，造成空間的浪費。

4 CSI裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅戶型優(yōu)化設(shè)計實踐

4.1 戶型轉(zhuǎn)變方案設(shè)計實踐

進行戶型轉(zhuǎn)變方案設(shè)計的要求是將戶型分為不變的外圍結(jié)構(gòu)體系、不變的廚衛(wèi)空間以及可變的輕質(zhì)板材三部分。戶型轉(zhuǎn)變的理論基礎(chǔ)是以不變的部分為框架，利用可變的輕質(zhì)板材來對不變部分進行分隔，從而得到不同的功能分區(qū)，得到滿足不同需求的戶型。

4.1.1 92平方米標(biāo)準(zhǔn)戶型轉(zhuǎn)化方案設(shè)計

圖1以92平方米的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅標(biāo)準(zhǔn)戶型為基礎(chǔ)，經(jīng)輕質(zhì)內(nèi)隔墻板移動，變換為圖中兩類戶型?？勺儜粜?適用于獨居創(chuàng)業(yè)者利用住宅來滿足居住需求與創(chuàng)業(yè)工作需求。該可變戶型將標(biāo)準(zhǔn)戶型的主臥與客廳合并為主要工作區(qū)，以滿足職員辦公占地大、所需環(huán)境明亮舒適的特點。書房設(shè)為辦公室，用于創(chuàng)業(yè)者辦公及商談工作。公司工作時間主要為白天，所以將主要工作區(qū)設(shè)置在照明情況好的朝南方向，這樣的布置可以減少照明用電，減少開支。因為日常居住區(qū)會使客戶認(rèn)為自己未被重視，所以辦公室設(shè)在入戶門處可以減少臥室、餐廳等日常居住區(qū)對客戶的不良影響。工作區(qū)與居住區(qū)分隔明顯，形成明確的動靜區(qū)，從而減少兩區(qū)之間的相互影響。陽臺通風(fēng)、光照環(huán)境好，可觀景，所以陽臺緊鄰工作區(qū)，可充當(dāng)職員的休息區(qū)，保證職員休息環(huán)境舒適，提高職員工作效率?？勺儜粜?適用于青年一代離家后的二人居家庭或處于蜜月期的新婚夫婦。因為該類家庭，兩人共用一間臥室，所以該可變戶型僅需一間臥室。因為主臥照明好、面積大，可提升居住體驗，所以我們將主臥保留。該類住戶娛樂時間長，所以將次臥空間設(shè)置為娛樂空間，其與餐廳間無隔墻，可設(shè)鏤空書架，減少空間壓迫感，增加娛樂體驗感。

圖1 92平方米戶型

4.1.2 125平方米標(biāo)準(zhǔn)戶型轉(zhuǎn)化方案設(shè)計

圖2以125平方米的裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅標(biāo)準(zhǔn)戶型為基礎(chǔ)，經(jīng)過輕質(zhì)內(nèi)隔墻板的移動，變換為圖中兩類戶型。可變戶型1適用于三代同居家庭此類家庭青年一代學(xué)習(xí)壓力大，學(xué)習(xí)環(huán)境要求苛刻；中年一代工作壓力大，處于事業(yè)成長期；老年一代處于退休時期，需中年一代看護，可對家庭起居提供幫助。與標(biāo)準(zhǔn)戶型相比，本戶型需改變臥室數(shù)目，書房可改為臥室供青年一代居住。由于書房面積較小，影響居住體驗，可減小相鄰臥室的面積，以保證青年一代房間的舒適性。實施戶型轉(zhuǎn)變方案時，應(yīng)嚴(yán)格比對戶型轉(zhuǎn)變圖紙與BIM模型，避免返工?？勺儜粜?適用于二孩政策背景下，第一胎與第二胎年齡相差較大的家庭，這樣的家庭青年一代的升學(xué)壓力較大需要較大的學(xué)習(xí)空間，需要較為良好的休息環(huán)境，幼年一代年齡小，較吵鬧。將主臥設(shè)置在遠離次臥和工作空間的位置，可以減少幼年一代對青年一代學(xué)習(xí)、休息的干擾。

圖2 125平方米戶型

4.2 戶型模塊模數(shù)化優(yōu)化實踐

本研究以獨立戶型為出發(fā)點，將戶型設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)的矩形模塊或L型模塊等，從而工廠化生產(chǎn)固定模塊的所需構(gòu)件，施工現(xiàn)場高效快速地進行拼裝。建筑模數(shù)化問題是無法僅通過研究就解決的，要想實現(xiàn)建筑模數(shù)化，需要國家嚴(yán)格建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而保證批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化建筑構(gòu)件可持續(xù)售出，保證生產(chǎn)的產(chǎn)品不會積壓在工廠中。本研究所做的模數(shù)化優(yōu)化實踐是對現(xiàn)有戶型進行細微調(diào)整，使戶型模塊更加規(guī)整，建筑內(nèi)部構(gòu)件重復(fù)率更高。

如圖3中的兩個戶型，左側(cè)為安徽某高層住宅的戶型平面圖，右側(cè)為經(jīng)模數(shù)化優(yōu)化的戶型平面圖。經(jīng)研究，這兩個戶型共有三處可進行優(yōu)化。圖三1處通過將入戶門南移，減少了單獨生產(chǎn)的窄墻，將窄墻的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為了已有長度墻體的生產(chǎn)，減少了生產(chǎn)墻體的種類，簡化了施工步驟且更加經(jīng)濟。圖3中2、3處除有上述優(yōu)點外，還可增加臥室面積。

圖3 戶型模塊模數(shù)化優(yōu)化

5 結(jié)語

本文利用BIM技術(shù)對戶型模塊直觀地進行分析研究，充分分析CSI理念與裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點，從戶型轉(zhuǎn)變方案與戶型模塊模數(shù)化兩個方面上對戶型模塊的優(yōu)化設(shè)計進行了研究，并在實踐中對實際案例進行了優(yōu)化設(shè)計。通過對住戶需求、家庭情況等問題進行分析，保證了戶型轉(zhuǎn)變方案的科學(xué)性。通過對戶型模塊進行趨于規(guī)整的調(diào)整，我們對戶型模塊進行模數(shù)化優(yōu)化。