基于工业化技术的模块化思想在保障房设计中的应用.docx

基于工业化技术的模块 化思想在保障房 设计中的应用application of industrialized based modularized though in design of affordable housing 耿雪川 geng xuechuan 郝赤彪 hao chibiao程 然 cheng ran【摘 要】 运用模块化的设计方法，将保障房划分为 5 个模块类别，并对其进行 设计，使保障性住房在全生命周期内能够达到理想的质量和性能。研究希望能够 对保障房的设计与建造提供部分参考，促进保障性住房产业化的发展。【关键词】保障房；模块化；工业化；产业化【abstract】by utilizing modularized design method, the affordable housings are categorized into 5 modules and designed so as to ensure the affordable housings are up to ideal quality and performances within the whole life cycle. the research expects to provide a part of reference for design and construction of the affordable housings and promote its industrialized development.【 keywords 】 affordable housings, modularization, industrialization, industrializationdoi:10.13626/ki.hs.2014.12.0010 引言目前，中国的城镇化率已达 50% 以上 1，城市和乡镇建造了大量的住宅 和公共建筑，钢筋混凝土以及传统砌体 结构产业化程度低，而且消耗大量土地 资源，二氧化碳排放量大，环境受到污染。 文章针对北方城市的住宅进行了模块化、 标准化设计的研究，分析了工业化住宅 在模块化方面的特点，并基于工业化技 术，尝试探索一种具有普适性的标准化 设计体系和模块化设计策略。希望能够通过研究，改善目前保障房建设中存在 的设计不当、建造品质较低、建筑节能 性能差等诸多问题，而且模块化概念是 以工业化建造为基础，对保障房建设的 工业化发展也具有较快的推动作用。1 模块概念所谓模块，就是一个具有某种确定 功能和接口的多用途单元，不同单元可 以组合成一个系统。我们生活的世界中， 从物质的构成到整个社会的运作都具有 模块体系的特征。而模块化是指为了取 得最佳效益，将产品（或系统）进行单基金项目：2011 年度青岛市建设科技计划项目（jk2011-7）。耿雪川，青岛理工大学建筑学院助教，同济大学在读博士；郝赤彪，青岛理工大 学建筑学院教授，院长；程然，青岛理工大学建筑学院讲师。元化分解，并进行优化组合的方法 2。 建筑模块化可以分为以下三个层次：功能单元设计时的模块化；功能单元 在生产过程中的模块化；各单元组织 结构的模块化。在工业化住宅的模块化设计中，模 块体系的构成原理主要基于类型学。住 宅的结构类型、功能、形态，都是基于 类型学的分析，从而最终得出某种结构 的内在秩序。住宅的模块通常是由住宅部位模数数值示例层高nm2 800mm 2 900mm内墙与管壁厚度根据分模数与 1m 组合50mm 60mm 90mm 100mm 150mm承重墙与外填充墙厚度 根据 1m 倍数与 m/2 组合150mm 200mm 250mm 300mm梁柱截面尺寸根据 1m 倍数与 m/2梁：200mm 250mm 300mm 柱：300mm 350mm 400mm表 1 保障房设计模数选择的基本构件组合而成，而模块体系又是 由具有独立功能的模块组成，通过不同 相应模块的组合，可以满足不同工业化 住宅内部结构和功能的需要 3。2 模块化住宅标准模数设计与模块设计2.1 标准模数设计图 1 模块化体系标准设计并不是一 种“简单的复 制”， 在对住宅进行全过程标准化设计， 将建筑体系规范化的同时，还需要结合 特定的工业化技术考虑设计的“开放性” 和“多样化”。在保证各开间尺寸协调 的前提下，设计采光、保温、通风条件 良好的户型平面，以适应北方地区的气 候特点。同时，根据生产与施工难度， 要考虑到住宅的长期性与可变性，能够 保证标准户型平面具有一定的多样化改 造条件。这就需要选择具有一定开敞程 度的结构类型，对目前的工业化建筑技 术进行适应性优化，以便于在以后能够 对住宅空间进行改造，以满足使用需求 的改变。由于保障房在个性化要求上较商品 房程度低，同时还要考虑到经济性问题， 批量化生产情况等。而根据模数进行设 计是批量化生产的前提，故应基于一定 的模数体系进行设计。而且保障房通常 以装修好的形式交房，所以建筑各构件 还要与通用部品进行统一协调。基于“标准化”来追求“多样化” 是建筑模数设计的重要研究内容。经过 笔者调查发现，设计公司在实际项目中， 通常会把市场上目前存在的建筑材料和 构件作为基本模数的参考，标准模数设 计值越小，组合出建筑构件种类越多， 建筑的“多样性”便越强（表 1）。2.2 模块设计为解决保障房的标准化设计，以及 进行进一步的批量化生产与模块组装建 造问题，在模块设计时将各模块进行了 层级划分。通过各标准模块，业主、设 计师和生产商之间可以进行更直接的交 流，工业化住宅的适用性可以得到更好 的发展。同时，在对模块进行分类时， 为了加强建筑的耐久性，还考虑了各模 块在达到使用年限或损坏时能够进行维 修和更新的问题，降低材料与能源的过 度浪费。在模块设计时，基于以上的模数设 计对各模块进行了分类，按模块的尺寸由大到小来看，各类别互相为树形关系。 该体系共分为 5 个类别：整栋模块， 整栋建筑为最高类别模块，由以下各类 模块组成；楼层模块，由首层、标准 层、屋顶等模块组成；功能空间模块， 由居住模块、交通模块等组成；使用 空间模块，由卫生间模块、卧室模块、 电梯模块、阳台模块等组成；使用单 元模块，由管道模块、梳妆模块、淋浴 模块等组成。根据以上类别的划分，对各类别由 小到大进行逐级分析，经过设计与组合， 最终得出适合保障房使用需要的建筑方案（图 1）。2.2.1 使用单元模块与使用空间模块根据对用户的使用需求调研，在模 块设计中对住宅中的各功能进行了拆分， 分别分解为起居室、餐厅、卧室、卫生间、 厨房等模块，并对这些使用空间模块进 行多样化设计，使其能够适应不同的面 积要求，有利于更集约地利用空间（表 2）。以厨房模块为例，根据烹饪需要可 以细分为储存单元、清洁单元、烹饪单 元和备餐单元 4 个使用单元，这些使用 单元现在都已经是市场上非常成熟的产 品。卧室、起居室等功能模块则是以人 为本，设计出多样的、最优的功能空间模块，以满足使用者的需求。2.2.2 功能空间模块（1）居住模块 居住模块属于功能空间模块级别，即标准户型，是由使用空间模块组合形 成的，居住模块在设计时应考虑到通用 性，以及该模块内空间的多样化功能布 局。根据对用户的使用需求进行调研， 将保障性住房面积分为 3 类：a 是 33m2 的单身公寓式户型，b 是 38m2 的年轻 夫妻式户型，c 是 53.5m2 的标准家庭式 户型（表 3）。a、b 两类小户型主要是面向年轻 人才的公租房，多提供给单身或夫妇居 住。c 类户型是经济适用房，可满足一家三口的标准家庭使用需求。（2）交通核模块 交通核在设计时应在满足消防的前提下，尽量提高住户的交通可达性，以 及紧凑布局，减少公摊面积。出于经济 性的考虑，保障性住房每层的户数通常 较多（一般在 8 户以上），所以电梯通 常也需要较多（不少于 3 台）（图 2）。 2.2.3 组合平面模块表 2 不同厨卫尺寸集成构件布置壁柜式（电灶）i 型l 型厨 房尺 2 700600 2 7001 600 3 2001 6002 7001 600寸三件套三件套 + 洗衣机三件套（干湿分离）+ 洗衣机卫 生 间尺 2 0001 6002 1001 6002 5001 600寸如图 3 所示，组合平面模块由居住 模块、核心筒模块、走廊模块共同组成。 标准居住模块可以结合标准的核心筒和 走廊模块，通过可互相连接的通用接口 来组合形成多样化的平面形式。土地的 利用效率和住区的活力可以通过混合式 高密度的开发充分提高，对建筑物的体 量、高度和平面进行调节，可以满足住 区高容积率的要求，缓解土地资源紧张 的问题。2.2.4 建筑造型设计标准化设计的户型通过组合可以实 现多样化的需求，建筑造型也可以使用 相同的方法来实现多样化。在模块化的理论基础上，可总结出 以下几个丰富住宅造型的方法：（1）采用多样的建筑立面装饰材 料，利用其多样的色彩和质感来丰富建 筑造型。表 3 保障房适用户型分类户型类型 a 户型b 户型c 户型 居住模式单身公寓式年轻夫妻式标准家庭式 户型特点一室户，开敞厨房封闭厨房，独立餐厅两室一厅，封闭厨房服务人数 / 人12 3套型建筑面积 /m23338 53.5图示图 2 交通核示例（约 85m2）（2）用进深、面宽不同的模块组 成进退有致的立面形式。（3）运用造型丰富的外装饰构件， 如雨棚、阳台、空调板等。（4）运用不同的屋顶形式及其组合。（5）不同高度的模块组合在一起 形成高低错落的外轮廓。（6）利用不同的模块组合方式， 可以得出多样的形式。为了实现建筑设计阶段各专业之间 的良好沟通，应该进一步研究与建筑模 块相对应的结构、设备模块化方案。所 以模块化设计不应仅限于建筑层面，还 需要在结构等方面同时进行标准化的考 虑。结构平面图以组合平面模块为基础 进行布置，同时考虑到未来业主的改造 需要，优化梁柱和承重墙的设计。3 模块化思想在保障房设计中的优越性3.1 充分体现建筑的工业化特点，设计与 建设效率高通过模块化的设计方法来对建筑部 件分类，更加有利于工业化住宅的发展， 也有利于迎合市场精细分工的趋势。在 以工业化设计标准为基础的整个设计和 建造过程中，模块化思想能够实现各个 构件的生产专项化，使生产更加集约， 更能够保证产品的数量与质量。另外， 可以将准备投入市场的各种模块，通过 利用 bim 技术建立信息模型数据库，使 设计过程能够更加直接方便地选择模块4。图 3 组合平面模块示例3.2 模块化思 想实现保障房 的可持续发展保障房的 模块化设计可 以节约资源与 能 源、减少大 量人力劳 动、 降低环境污染。 另 外，模块具 有回收循环利 用的潜 力，在 保障房研究过 程 中，考虑到 对建筑资源的整合利用和循环再生是节 约投资的一项有效措施，符合我国提出 的工业化住宅“百年住居 lc ( lifecycle housing system ) 体系”5 的目的（图 4）。 3.3 促进保障房设计标准的制定保障性住房建设工程量大，建设任 务重，所以作为一项政府组织规划建设 的福利性项目，建立一套统一的设计标 准是非常有必要的。标准平面组合形式 可以保证良好的日照、采光和通风，同 时为了保证普遍适用性，平面组合形式 的多样化有利于适应不同场地的需要； 设计标准可以加强对户型的优化，提高 空间的利用率，避免浪费空间以及对设计的不断修改；通过将模块录入 bim 标 准部件库，在一定程度上可以促进保障 房标准的制定，也可以为工业化建筑的 发展提供参考。4 结语模块化思想目前在住宅设计中的运 用还处在探索阶段，通过对保障性住房 设计过程的研究，建立了一个有着通用 性和适应性的模块化设计框架，从整栋 住宅到建造部件都能运用这一标准化体 系框架；另外，研究针对保障性住房不 同功能的单元模块进行了精细化的考虑 和层级划分，制定了一套模块化的设计 方法，进而设计出各个层级标准化的模 块。对于设计建造标准化、模块化的保 障性住房具有一定的参考作用。标准化、 模块化的保障性住房是一套从小部件入 手、大规划把关的完整的设计和建造方 法体系，研究对于住宅产业化有着非常 重要的推动作用。目前 bim 技术及其规 范正在逐渐完善，随着住宅产业化的大 范围开展和保障性住房的标准化，如何 高效地将 bim 技术的标准化设计体系运 用到住宅产业化中去，将会成为实现高 效率、高质量和低成本的保障性住房建 设的重要环节。参考文献：图 4 lc 住宅理念的构想1 高春亮 , 魏后凯 , 中国城镇化趋势预 测研究 j. 当代经济科学 ,2013,35(4