工業(yè)化學生宿舍可變性設(shè)計與技術(shù)應(yīng)用初探
——基于開放建筑理論的工業(yè)化居住建筑設(shè)計（下）

■ 何 廣 HE Guang 周靜敏 ZHOU Jingmin

前文通過學生宿舍場地分析與人群調(diào)研，提出了 “新集體主義”設(shè)計概念，并論述了如何將其運用到方案設(shè)計中（見本刊2019年第7期）。然而，隨著人口結(jié)構(gòu)的變動和行業(yè)興衰的更替，在校的學生數(shù)量不會一成不變，其未來到底是增多還是減少也難以預(yù)測，所以，學生宿舍的可變性設(shè)計就顯得極為必要。可變的學生宿舍在不同的時期可容納不同人數(shù)，從而可以實現(xiàn)對資源的有效利用。在本次設(shè)計中，方案的平面布局充分利用了SI住宅體系中支撐體與填充體分離的特點，并且運用了相應(yīng)的工業(yè)化建造技術(shù)，為“可變性”提供支撐。

1 可變性探討

在方案的平面布局中，除了對人體尺度、室內(nèi)居住等基本問題的考慮和解決之外，針對可變性設(shè)計，小組成員從套型到整體平面進行了三方面的考量，其中包括：套型平面的可變性、組團平面的可變性以及整體功能布局的靈活性。

1.1 套型平面與可變性設(shè)計

套型平面可以演化為不同的三種狀態(tài)，可概括為初始狀態(tài)、緊湊狀態(tài)和舒適狀態(tài)，并根據(jù)需要容納不同的學生人數(shù)，滿足不同時期的居住需求。因此，在項目設(shè)計時將支撐體與填充體分離，主體結(jié)構(gòu)采用7 200mm×7 200mm的鋼筋混凝土框架。在該結(jié)構(gòu)框架中，三種套型平面可以相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時大部分分戶墻和隔墻可重復(fù)利用。

套型平面在不同狀態(tài)下可以呈現(xiàn)出不同的平面形式：①初始狀態(tài)可滿足現(xiàn)階段學生人數(shù)的居住需求。在套型A平面中，每個居住單元模塊占據(jù)一個標準平面框架，高度為兩層，可容納6人。每個宿舍單元擁有通高兩層的入戶空間和位于二層的公共活動空間，而且公共空間都有良好的自然采光，學生可以在此進行個性化的寢室活動。②緊湊狀態(tài)是應(yīng)對學生人數(shù)增多情況下的套型平面，套型B占據(jù)一跨柱距和上下兩層，并且可由套型A擴充而來。在SI住宅體系中，支撐體與填充體完全分離，所以外墻可以根據(jù)使用需求變更位置。在人數(shù)增加的情況下，套型A通過移動外墻擴充陽臺空間，增加了居室面積，從而轉(zhuǎn)換為套型B。在變化的過程中，最大程度地保留了套內(nèi)公共活動空間，從而保證了居住品質(zhì)。③舒適狀態(tài)可以在學生人數(shù)減少的情況下投入使用，占據(jù)同層的兩跨柱距。套型C同樣可以由套型A轉(zhuǎn)換而來，在兩個套型A居住單元拼合的時候置入更大的公共活動空間，從而轉(zhuǎn)換成套型C。在套型C中，室內(nèi)公共空間更加完整，所以其居住品質(zhì)更加舒適（圖1）。

采用這種設(shè)計方式的特點在于：一方面，利用較少的建筑材料更換達到較大效果的戶內(nèi)改造。改造中，墻體拆除和新增只占20%左右，并且拆除的墻體在改造中可以重復(fù)利用（圖2）。另一方面，在套型平面變化的過程中，由于陽臺外墻的凹凸變化，一定程度上豐富了建筑的立面造型。

1.2 組團平面與可變性設(shè)計

在套型平面可變的基礎(chǔ)上，組團平面的可變性設(shè)計進一步提高了方案對學生人數(shù)變化的容納范圍，從而提高了建筑的靈活性，本文以其中一個組團為例模擬了不同時期的平面形式。

組團平面也可分為初始、緊湊和舒適三種狀態(tài)，分別滿足不同情況下的居住需求：①初始狀態(tài)由套型A組成，可以滿足現(xiàn)階段人數(shù)的使用需求，其中居住單元、公共空間和多功能房間相互結(jié)合，圍繞庭院布置，可以營造出圍合感較強的宿舍空間氛圍。②緊湊狀態(tài)由套型B組成，應(yīng)對未來學校擴招導致學生人數(shù)增加的居住問題。在緊湊狀態(tài)的組團平面中，除了套型A轉(zhuǎn)換成套型B可以容納更多人數(shù)以外，還可以根據(jù)需要將公共空間中原有的衛(wèi)生間改造為居住單元（管道井位置不變），從而增加居住單元的數(shù)量，更好地滿足該情況下的使用需求。在擴充居住面積的過程中，保留了庭院內(nèi)部的公共活動空間，新增加的居住單元可以通過內(nèi)庭院采光，保證了居住品質(zhì)。③舒適狀態(tài)由套型C組成，應(yīng)對未來學?？s招導致學生人數(shù)減少的情況。舒適狀態(tài)平面中，公共空間所占比重變大，居住環(huán)境更為舒適，避免了宿舍空缺失修導致的空間浪費問題（圖3）。

圖1 針對不同時期的三種套型設(shè)計

組團平面的可變性滿足了學生需求的多樣化，但是從技術(shù)以及可行性角度來講，平面的變化過程應(yīng)在一定的約束條件下進行。本次設(shè)計中支撐體與填充體相互獨立，所以在變化的過程中，平面中有部分內(nèi)容是不變的，其中包括樓電梯、電梯豎井、部分分戶隔墻、每戶的排水豎井以及轉(zhuǎn)角套型等等，其余空間均可以根據(jù)學生人數(shù)自由變更平面形式（圖4）。各組團平面均可以根據(jù)人數(shù)的變更調(diào)整平面形式，整體平面由五個組團圍合組成，其使用總?cè)藬?shù)可在700～1 200人之間靈活改變。

1.3 整體功能布局

除了居住空間具有一定的可變性之外，公共空間的功能在設(shè)計上也可以靈活變化。在方案中，整體功能布局主要有以下特點：①建筑位于校園環(huán)境中，首層建筑功能布局充分考慮周邊環(huán)境，妥善處理了建筑流線與外部環(huán)境的關(guān)系；②為滿足學生群體個性化與集體化的需求，宿舍內(nèi)部的公共空間功能布局和學生的興趣愛好相契合，但也不是完全固定的功能用房，給學生自由布置公共空間留有余地；③為保證公共活動與居住互不干擾，學生宿舍中私密空間與公共空間在相互獨立的基礎(chǔ)上保持一定的聯(lián)系。

建筑的首層平面反映了建筑的內(nèi)外空間關(guān)系和不同的流線組織方式。主入口位于場地西南部，緊鄰人流集中的校園十字路口，學生在進入宿舍之前，會經(jīng)過入口廣場和濱水景觀，從而得到身心的放松。次入口設(shè)置于場地東邊，面向街道開放，自行車庫與后勤運貨出入口均根據(jù)場地條件設(shè)置，與人行流線互不干擾。作為對周邊業(yè)態(tài)的補充與優(yōu)化，方案中設(shè)置了一定量的臨街商業(yè)，一方面，可以為大學生創(chuàng)業(yè)提供一些辦公空間；另一方面，也可以對外招商引資回收成本（圖5、6）。

圖2 改造過程中可重復(fù)利用的墻體

圖3 組團平面可變性分析

圖4 變化過程與固定部分

圖5 一層平面圖

圖6 標準層平面圖

相比之下，負一層的功能布局相對靈活，部分空間的功能可以由學生自行決定，其中主要包括：自行車庫、后勤辦公、設(shè)備用房以及每個組團對應(yīng)的公共活動室。公共活動用房圍繞中心下沉庭院布置，擁有自然采光和良好的景觀視線，其功能性質(zhì)可以由學生根據(jù)需求自行決定，前期對于學生興趣愛好的調(diào)研與分析也可作為公共空間功能策劃的依據(jù)。居住組團圍繞公共平臺以及公共庭院布置，每個組團都有各自的內(nèi)庭院。同時，方案通過挖空、錯動等設(shè)計手法形成了形式多樣的組團公共空間，包括面向景觀的露臺、屋頂?shù)氖彝馄脚_和直接使用的功能房間。

在空間的私密性與公共性方面，私密空間圍繞公共空間布置。居住單元作為對私密性要求最高的空間，圍繞公共性相對較強的活動空間形成組團，由于五個組團圍繞庭院布置，形成了公共性最高的下沉庭院空間。由于空間的性質(zhì)界定明確，邊界清晰，居住者擁有自己的居住空間，同時也可以自由參與外部的公共活動。整體建筑格局與北邊的山體相結(jié)合，面向南邊的水體開放，與周邊街道保持良好的關(guān)系，建筑高度控制在24m以下，建筑形態(tài)與校園環(huán)境和諧共生（圖7）。

2 工業(yè)化技術(shù)體系

為實現(xiàn)建筑平面可變性設(shè)計以及工業(yè)化建造的需求，小組成員對方案從技術(shù)層面進行了深化，主要包括支撐體設(shè)計、填充體設(shè)計與設(shè)備管線系統(tǒng)三個部分。根據(jù)開放建筑理論與SI住宅體系的特征，支撐體與填充體互不干擾，填充體的設(shè)計受到支撐體的制約，設(shè)備管線形成自身獨立的體系。

2.1 支撐體設(shè)計

支撐體為整體方案中“不變”的部分，在本次設(shè)計中，支撐體主要包括主體結(jié)構(gòu)和次級結(jié)構(gòu)。支撐體與填充體分離設(shè)計，可以方便后期管道設(shè)備檢修，提高了建筑平面布局的靈活性，同時也可以延長建筑使用壽命[1]。

支撐體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)跨度為7 200mm，為平面布局以及套內(nèi)精細化設(shè)計提供了靈活可分隔的開放空間。立面次級結(jié)構(gòu)依附于主體結(jié)構(gòu)，并為預(yù)制陽臺提供支撐。陽臺為學生提供生活晾曬空間，其構(gòu)成包括窗墻構(gòu)件、預(yù)制鋁板和預(yù)制陽臺欄板等，陽臺外墻在發(fā)生凹凸變化時，支撐體結(jié)構(gòu)保持不變。

2.2 填充體設(shè)計

在確定了支撐體尺寸之后，填充體的設(shè)計應(yīng)該與之相協(xié)調(diào)，其中主要包括工業(yè)化部品設(shè)計與模數(shù)化家具兩個部分。除了運用整體衛(wèi)生間等較為成熟的工業(yè)化部品之外，在套內(nèi)家具部品的設(shè)計中，所有部品均使用統(tǒng)一的模數(shù)體系。通過模數(shù)協(xié)調(diào)可以減少預(yù)制構(gòu)配件的種類，達到標準化、系列化、通用化。模數(shù)設(shè)計作為標準化的核心，是建筑工業(yè)化的基礎(chǔ)[2]。

圖7 剖面圖

圖8 工業(yè)化部品體系

2.2.1 工業(yè)化部品

為了提升居住品質(zhì)，同時體現(xiàn)工業(yè)化建造特點，居室單元采用整體衛(wèi)生間。支撐體結(jié)構(gòu)采用局部降板，為整體衛(wèi)生間的設(shè)置提供先決條件。降板處理之后可以實現(xiàn)同層排水，方便衛(wèi)生間的維護與管理。整體衛(wèi)生間包括洗浴單元、盥洗單元和便溺單元相關(guān)部品[3]，其主體重量輕、強度大、抗酸性好、耐老化，在最小的空間內(nèi)達到最佳的整體效果。套內(nèi)樓梯、櫥柜等其他家具部品均為工廠預(yù)制生產(chǎn)構(gòu)件，樓梯下部空間結(jié)合儲物空間進行了一體化設(shè)計（圖8）。

2.2.2 模數(shù)化家具

在支撐體結(jié)構(gòu)框架的約束之下，套內(nèi)平面布局采用統(tǒng)一的模數(shù)，一方面，方便工廠統(tǒng)一制造；另一方面，也有利于未來改造時墻體構(gòu)件的重復(fù)利用。在套型平面設(shè)計中，所有墻板構(gòu)件均采用300mm的模數(shù)，該模數(shù)既能夠滿足平面靈活布置的需求，也可以減少構(gòu)件尺寸的種類。套內(nèi)家具部品的模數(shù)采用60mm，能夠較好的契合以300mm為模數(shù)的墻板構(gòu)件，同時也能與人體尺度相適應(yīng)，滿足基本的使用需求[4]。

2.3 管線布置

2.3.1 戶外管線設(shè)備布置

在SI住宅體系中，設(shè)備及管線系統(tǒng)獨立于支撐體之外，方便后期維修管理，可以減少鄰里矛盾，解決了傳統(tǒng)住宅中管線位于戶內(nèi)不方便維修的問題。在本次設(shè)計方案中，廢水、污水以及排氣立管安置于同一豎井之內(nèi)，并結(jié)合衛(wèi)生間布置，每個居住單元使用一個豎井，在整體平面布局發(fā)生變化時，豎井的位置保持不變。豎井朝走道開有檢修口，可以在不進入室內(nèi)的前提下定期更換檢查井內(nèi)設(shè)備管道。在居住單元需要擴充時，組團內(nèi)公共衛(wèi)生間的豎井可以改造為居住單元內(nèi)部的豎井，提高了平面的靈活可變性。

設(shè)備系統(tǒng)包括給水系統(tǒng)、強弱電和集中空調(diào)系統(tǒng)。其中，給水管與消防噴淋管通過核心筒中的水井到達每一層，并通過走廊橫管與每個居室單元的用水點連接。電纜通過走廊上的橋架連接室內(nèi)用電點與核心筒中的強電井，通向負一層發(fā)電機房。戶外的空調(diào)系統(tǒng)采用集中空調(diào)系統(tǒng)，控制組團內(nèi)公共空間與多功能用房的空氣環(huán)境。各系統(tǒng)的管線匯集于走廊上方的設(shè)備空間，建筑層高為3 600mm，走廊上空設(shè)置吊頂，保證走廊空間的凈高不小于2 700mm（圖9）。

2.3.2 戶內(nèi)管線設(shè)備布置

與整體的設(shè)備系統(tǒng)相比，戶內(nèi)管線設(shè)備系統(tǒng)包括給排水系統(tǒng)、強電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。在給排水系統(tǒng)中，用水點主要集中于衛(wèi)生間，整體衛(wèi)浴用水口與走廊上方給水管對接，衛(wèi)生間污廢水排水口與排水豎井內(nèi)相應(yīng)管道對接，豎井檢修口對走廊開啟。和水系統(tǒng)類似，套內(nèi)用電點與走廊上方強電電纜橋架相接，通過強電井直達地下層的發(fā)電機房。而套內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)則采用獨立掛式空調(diào)，在設(shè)計時預(yù)留空調(diào)機位，并結(jié)合立面造型統(tǒng)一處理（圖10）。

3 結(jié)語

運用開放建筑理論與SI住宅體系建造特點，可變的宿舍設(shè)計為學生提供了更多的選擇性，同時也解決了未來學生人數(shù)變化所帶來的居住問題。結(jié)合工業(yè)化建造技術(shù)，本次設(shè)計實現(xiàn)了平面布局的可變性設(shè)計，提高了宿舍空間品質(zhì)和使用效率。在方案的技術(shù)體系中，支撐體、填充體以及管線系統(tǒng)相互分離，有利于管線系統(tǒng)與內(nèi)裝部品的維修與更換，可有效延長建筑的使用壽命，節(jié)約了建筑資源?？傊?，本次設(shè)計是工業(yè)化建造技術(shù)與學生宿舍設(shè)計相結(jié)合的一次嘗試，不僅提高了宿舍的居住品質(zhì)，而且可以滿足工業(yè)化建造與施工的要求，為工業(yè)化技術(shù)在居住建筑中的運用提供了一種新的可能性。

（小組成員：何廣、冉佳燁、馮建豪、李冰潔、吳嘉琦）

圖9 設(shè)備管線系統(tǒng)與支撐體

圖10 套內(nèi)機電設(shè)備系統(tǒng)示意圖