以模块化为导向的住宅建筑空间设计研究

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　　摘 要 现如今，我国建筑行业发展迅速，模块化建筑并不是一个新话题，模块化建筑的理念就是希望建筑能够摆脱材料和结构的限制，根据使用者的需求改变而调整建筑的空间与结构，既可以满足使用者的功能诉求，也能节约有限的空间和资源。文章以模块化原理和设计方法为导向，探讨了如何对住宅建筑空间进行标准化设计。
　　关键词 模块化策略；建筑；优化设计
　　1 模块化建筑概述
　　模块化建筑技术是装配式建筑技术中的高端技术，模块化建筑结构体系预制化比例高（工厂化率达到90%），具有设计灵活、低碳节能、快速制造、施工安全等明显优点，是未来装配式建筑产业的发展方向。模块化建筑是建筑史上的一项大突破，实现了住宅与商业楼宇的绿色可持续发展的建筑工程，是目前国际上最先进和最彻底的工业化的建筑模式，代表了目前世界上最先进的住宅设计和建造水平。模块化建筑体系设计灵活多变、尺寸和形状多样化，适应市场需求；可以通过完善而严格的“车间”质量管理体系控制建筑质量，建筑牢固性和鲁棒性能好；投资回报快且该系统可建成A级欧洲节能型住宅顶级水准；符合城市可持续发展战略，环保节能、可回收等优势[1]。
　　2 模块化建筑分类
　　①按层数分类，可分为低层、多层和高层。因不同层数对应的模块建筑制作精度、建筑防火、结构抗震等均有不同的标准，由此带来的设计条件和体系构造也有所不同。②按建筑性质分类，可分为临时建筑和永久建筑。③按模块单元箱体构造分类，可分为钢密柱体系、钢框架体系、集装箱体系、 钢-木体系、混凝土体系等。④按模块建筑结构体系分类，可分为叠箱体系、箱-框体系、箱-筒（剪力墙）体系、框架-填箱体系等。如全部采用模块搭接而成的建筑，称之为叠箱体系；由箱体与传统框架结构、剪力墙、筒体等组合而成的体系称之为箱-框体系、箱-筒体系等；将箱体嵌入框架中的可称之为框架-填箱体系。
　　3 模块化建筑优化设计
　　①户型间的设计。基于户型设计的基础上需要对户型间进行详细设计，并需要综合分析各个户型间的因素，持续的调整户型内的结构、建筑等各个方面相互协调，而在这个过程中需要设计师确保独立、联结性，探寻户型之间的“接口”，实现户型组合构成建筑单元体系，保证建筑的整体性、完整性。②标准间的设计在对建筑空间进行设计过程中，标准层的设计主要是指建筑设计师在完成户型内、户型间设计后，通过配置附属构建，形成建筑层的设计。③标准层的设计。在建筑空间设计中，基于室内设计、户型间设计都已完成的基础上，标准层设计是指配置附属建筑层构建，以此来完成整体的设计。通过该设计可实现建筑层内各项功能的完善，形成标准化、精准化、系统化建筑层单元结构。
　　4 住宅建筑空间“模块化”设计方法
　　4.1 预制单元
　　直接装配式结构体系是将建筑的每个杆件单元按照设计尺寸在工厂预制，比如桁架结构的钢结构厂房的支撑杆件，由于杆件数量大，比较散乱，制作时需要准确编号放置，需要一定人员看管，保证分门别类排列有序，不出差错，否则，拼装时在有限的场地从巨大的构件数量中找出合适的构件会增加很大的工作量。预制板体单元结构体系是将建筑物分为带骨架的墙板、屋面板及屋架等板件，分别在工厂预制。相对于直接装配式结构体系，预制板体单元结构体系的建筑部件预制比例有所提高，构件整体性好，工序简单化，数量大幅度减少，类型容易区分，便于存放与看管，还大大减少了工作量，降低了成本。
　　4.2 选择与组合
　　模块设计的最终目的是使模块之间通过标准化接口进行动态整合的过程。最核心的亮点便在于选择各级单元模块进行组合的灵活性和多样性。依据设计意图或用户的需求，通过选择与对比，选取最优的模块组成新的整体，通过特定模块的优化以实现设计成果的最终输出。上文以模块化设计为导向已经对住宅建筑空间进行了模块的逐级分解，并制定了模块分解时的相关模数标准。根据各功能空间需要，在对住宅空间进行模块逐级分解后，每个功能模块功能基本明确独立。在对居住人群的家庭结构和使用需求深入分析的基础上，对各个功能模块进行尺寸推敲，得到符合某类居住需求的最佳尺寸后，将各个功能模块空间进行组合拼接形成一个完整的住宅空间。
　　4.3 拼装方式的选择
　　直接装配式结构体系在拼装时，严格按照设计图纸，对应杆件拼装位置进行拼装，要求的拼装精度高，需配备较高标准的技术人员，才能保证工序的质量和下一步的正常进行；由于杆件单元类型多，数量大，拼装时塔吊次数多，比较费时，人力物力投入比较大；杆件单元拼装节点较多，要求的建筑技术标准高，增加建筑的安全可靠性；预制板体单元结构体系拼装时只需将板体单元连接件扣接稳固即可保证质量，与直接装配式结构体系杆件单元的装配相比，是屋架与墙体，屋架与屋板等之间板体单元的连接，连接方式简单，速度快，这大大减少了工作量，加快了进度，同时连接工作普通工人就可完成，减少了现场装配技术人员的劳动力投入，可有效控制成本。
　　5 我国模块化建筑的发展方向
　　近年来，各个国家装配式建筑的发展都高度重视建筑领域的节能和建筑新能源的应用与发展，为保护地球环境，建造循环社会做贡献。节约建筑耗能最重要的措施就是合理改善外围护结构的热工性能，采用高效保温的节能墙体，积极采用太阳能。国外的建筑节能已经经历了从“节省能源消耗”到“提高能源利用效率”，再到“绿色、生态和可持续发展”三个阶段的提升，而目前我国建筑节能还处于第一、二阶段。即使是目前装配化程度最高的钢结构住宅， 也存在着许多问题，如没有统一的标准化模数体制，缺乏完善的钢结构住宅规范体系；建筑部件标准化和通用化程度低，预制部件的集成化程度和科技含量低；现场拼接节点形式没能突破传统钢结构连接形式，现场装配效率不高；装配式钢结构住宅的围护结构、水暖电管线系统以及厨卫设施不完善，尚未真正形成一套完整的装配式体系。
　　6 结束语
　　模块化建筑策略是未来建筑发展的趋势，模块化策略在建筑中的应用，保证了建筑满足实际的功能需求，同时提升了建筑空间节约了建筑资源。本文通过对于模块化的概念出发，对模块化的可持续原则进行了介绍，最后通过对模塊化策略在建筑优化设计中的应用进行研究。
　　参考文献
　　[1] 郭学明.装配式混凝土结构建筑的设计、制作与施工[M].北京：机械工业出版社，2017：33.
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