模塊化的設(shè)計(jì)思維在空間設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究與運(yùn)用

劉奕麟

關(guān)鍵詞：模塊化 設(shè)計(jì)思維 空間模塊 建筑案例 模塊組織關(guān)系 模塊化的空間設(shè)計(jì)

引言

模塊化的概念至今沒有統(tǒng)一定義，比較統(tǒng)一的理解是模塊化是一種設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也是一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法。在不同領(lǐng)域，模塊都具有通用的屬性：靈活組織、互換性;接口、功能、邏輯。其中，每個(gè)模塊都有一個(gè)特定的子功能，所有模塊按照一定邏輯組織起來，形成一個(gè)總體系統(tǒng)。

一、國(guó)內(nèi)外模塊化理論研究動(dòng)態(tài)

20世紀(jì)初，德國(guó)一些機(jī)床設(shè)計(jì)的工廠在其生產(chǎn)過程中提出“模塊化”一詞。20世紀(jì)初德國(guó)一家家具公司按照模塊化原理進(jìn)行了產(chǎn)品設(shè)計(jì)。20世紀(jì)中期，模塊化的概念被全行業(yè)正式提出。20世紀(jì)中葉，模塊化設(shè)計(jì)在全行業(yè)快速發(fā)展，如圖1。

1.國(guó)家電力公司電力自動(dòng)化研究院童時(shí)中：所謂模塊化，就是為了取得最佳效益：從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，研究產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的構(gòu)成形式。[5] 童時(shí)中教授在《模塊化原理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用》中提出模塊化應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：機(jī)械、電子、船舶、建筑、電力、產(chǎn)品。2.斯塔爾（Starr）將模塊定義為可進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造，并實(shí)現(xiàn)多種組合方式的部件。他強(qiáng)調(diào)模塊是組成系統(tǒng)（產(chǎn)品）的通用單元，具有獨(dú)立功能，標(biāo)準(zhǔn)接口和互換性。[6] 3.卡里斯鮑得溫和金克拉克《設(shè)計(jì)規(guī)則——模塊化的設(shè)計(jì)思維在空間設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究與運(yùn)用RESEARCH AND APPLICATION OF MODULAR DESIGN THINKING IN THE FIELD OF SPACEDESIGN模塊化的力量》又提出模塊是大系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立但共同發(fā)揮作用的單元，參數(shù)和結(jié)構(gòu)在模塊內(nèi)是相互依賴的，在模塊之間是相互獨(dú)立的。

二、 模塊化在設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用與案例分析

模塊化設(shè)計(jì)方式應(yīng)用在電子產(chǎn)品、軟件開發(fā)、機(jī)械設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，BLOCKS模塊智能手表就是應(yīng)用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。你可以根據(jù)自己的需要添加電池模塊、GPS定位模塊、手電模塊等自定義模塊。在服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師畢然推出可以拼接的模塊化衣服。每一個(gè)“模塊”，譬如一只袖子，一只褲腿，一個(gè)衣領(lǐng)都有獨(dú)立的樣式，這些模塊之間又使用統(tǒng)一型制的拉鏈和子母扣進(jìn)行連接，以便由使用者依喜好自行搭配。

模塊化設(shè)計(jì)方法最大程度上發(fā)揮了使用者的自主性，同時(shí)又體現(xiàn)了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)概念。模塊之間彼此獨(dú)立又相互組合。模塊可以被拆解，同時(shí)又保持了相對(duì)統(tǒng)一的風(fēng)格，如圖2。

三、模塊化在建筑領(lǐng)域的發(fā)展歷程

模塊化設(shè)計(jì)方式和“方便拆卸并靈活搬運(yùn)，材料可以回收利用”的建筑有非常密切的關(guān)系。模塊化是使建筑靈活可變的設(shè)計(jì)方法之一。模塊化是一種處理復(fù)雜系統(tǒng)的方式，它把復(fù)雜系統(tǒng)分解為一系列可管理的、獨(dú)立、互相作用的模塊。在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合、分解和更換的單元。

1942年，瓦爾特·格羅皮烏斯和康拉德·瓦克斯曼在美國(guó)研究出工業(yè)化住宅，推出了使用通用性標(biāo)準(zhǔn)件的組裝式住宅。20世紀(jì)50年代，富勒提出“少費(fèi)多用”理論，注重空間靈活性。他設(shè)計(jì)的戴梅森住宅空間靈活，結(jié)構(gòu)可變。在英國(guó)，建筑師賽杜克普萊斯認(rèn)為建筑不再是“固定的”，建筑可以以“非確定性暫時(shí)結(jié)構(gòu)”的狀態(tài)而存在。在法國(guó)，柯布西耶1946年-1957年設(shè)計(jì)的馬賽公寓強(qiáng)調(diào)其結(jié)構(gòu)是現(xiàn)場(chǎng)建造的酒瓶架結(jié)構(gòu)，預(yù)制的公寓能像酒瓶一樣插入架中。[7] 20世紀(jì)60年代，建筑電訊派暫露頭角。彼得·庫克提出“插接城市”?！安褰映鞘小笔侨藗兛梢愿鶕?jù)各自的需求插入不同的空間功能模塊，并隨需求靈活調(diào)整樓梯的高度和密度。之后1964年，華倫·裘克設(shè)計(jì)了“膠囊住宅”。隨后的“接合住宅”深受其影響。“接合住宅”是一些可以懸掛在大型構(gòu)建上的不同居住單元。在此基礎(chǔ)上，大衛(wèi)·格林設(shè)計(jì)的“生活莢”，是可以移動(dòng)的住宅。

建筑電訊派提出“行走城市”的概念詮釋了移動(dòng)建筑的內(nèi)涵。1967年庫克和赫倫共同設(shè)計(jì)了“瞬時(shí)城市”?！八矔r(shí)城市”沒有具體的建筑外在形態(tài)，建筑以靈活的拼接形式，迅速搭建、拆解。日本新陳代謝派也強(qiáng)調(diào)建筑的臨時(shí)性。黑川紀(jì)章在1972年設(shè)計(jì)的中銀艙塔就是對(duì)這一理論的實(shí)踐。隨后的高技派則以羅杰斯設(shè)計(jì)的“蓬皮杜藝術(shù)中心”為代表，采用靈活的巨大框架結(jié)構(gòu)，將一些功能以外掛管道的形式懸掛在框架上。勒·柯布西耶從1922年的“別墅公寓”戶型設(shè)計(jì)到1933年的“不潔的住宅群6號(hào)”戶型設(shè)計(jì)，都提出了空間模型和功能模塊化的思想。1948年，柯布西耶出版《模度——合乎人體比例，通用于建筑和機(jī)械的和諧尺度》進(jìn)一步詮釋了人體尺度和建筑模數(shù)之間的關(guān)系。[4] 人體尺度決定了空間功能模塊的尺度，如圖3、4。

四、模塊在空間中的組織關(guān)系與具體案例

如圖5，空間模塊同樣具有以下幾種基本屬性：接口、功能、邏輯、狀態(tài)。不同空間模塊之間可以拼合、插接、分解來進(jìn)行排列組合，同一個(gè)模塊自身可以分解、變形、移動(dòng)。模塊通過這些方式進(jìn)行空間上的重組。文章選取了一些空間領(lǐng)域的典型案例，總結(jié)并用圖解的方式詮釋了空間模塊的特征與模塊之間的組織關(guān)系。模塊之間的空間組織關(guān)系與案例分析整理如下：

1分解：潮汐工作室改造項(xiàng)目是由一個(gè)模塊分隔、拆解組合成新的空間。該項(xiàng)目是將集裝箱變?yōu)橐粋€(gè)“百變”的空間概念，將空間與功能需求靈活組合。一天中，員工們有多種活動(dòng)在這個(gè)工作室進(jìn)行：會(huì)客、午飯、沙龍交流、設(shè)計(jì)辦公等，如果每一個(gè)活動(dòng)都需要單獨(dú)的空間，就需要大量面積。根據(jù)員工的需要，靈活地分割、拆解、組合集裝箱，能在有限的空間內(nèi)，組織不同的功能。在由集裝箱分解、組合的不同空間模塊里工作，員工的專注度和辦事效率得到了提高。集裝箱改造是模塊化設(shè)計(jì)方法非常典型的運(yùn)用。集裝箱大小比較符合人體尺度，其具有標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)保化、經(jīng)濟(jì)化等顯著特點(diǎn)。

2.插接：眾建筑的“插件塔”設(shè)計(jì)了專門的模塊連接構(gòu)架，不同功能的空間模塊可以插在這些構(gòu)架之中。模塊可以拆解同時(shí)又方便組合。我們可以設(shè)想，在一個(gè)空間中，需要臨時(shí)拆除一個(gè)6人的空間，這時(shí)，我們可以利用模塊易于拆解的特性，拆除這個(gè)空間，同時(shí)又不破壞原有空間結(jié)構(gòu)。插件塔是一個(gè)預(yù)制的“插件板”構(gòu)架系統(tǒng)，可以任意拓展。在結(jié)構(gòu)的框架體系中，可以插入房屋的單元，這些單元根據(jù)需求可以放置于不同位置。板材之間用鉤鎖連接。安裝搭接方便，無需大興土木，模塊化的拼裝方式省時(shí)省料。

3.移動(dòng)：“眾行頂”是一個(gè)有紅色頂棚的裝置，可以伸縮，折疊時(shí)供市民騎行，可以穿越整個(gè)城市;展開時(shí)可以覆蓋部分街道，連接不同的城市公共空間。眾行頂頂部參照常見的模塊化拉伸結(jié)構(gòu)的大棚，可以容納10多人在內(nèi)部騎行，底部裝有自行車的車輪等，方便移動(dòng)。眾行頂展開時(shí)，可以延伸至12米，覆蓋面積大。眾行頂被歐洲等國(guó)家用于舉辦一些臨時(shí)性的公共活動(dòng)。模塊化可延展、可伸縮、可移動(dòng)的特性在眾行頂建筑中得到很好的發(fā)揮。

4.變形：“百變智居”設(shè)計(jì)過程中，集裝箱根據(jù)不同功能模式可以被靈活組織，像抽抽屜一樣被拉拽，打破單一的室內(nèi)室外空間的界限。

集裝箱可以根據(jù)需要變換三種不同的模式，家庭/辦公/聚會(huì)，三種空間模式互相切換。在家庭模式中，集裝箱的空間劃分為客廳空間、臥室空間以及餐廚空間。墻面可以翻折起來，打通臥室空間，滿足基本的居中空間的使用。在辦公模式中，隔墻是可以自由移動(dòng)變化的，隔墻移動(dòng)后分為會(huì)客空間和辦公空間?？臻g結(jié)合桌子，形成巨大的workshop空間。在聚會(huì)模式中，通過打開墻體與拉出箱體，可以形成聚會(huì)空間?？蛷d中可以找出一個(gè)翻折的床板，拉出后可以供多人使用。模塊化的設(shè)計(jì)方式，通過預(yù)制工業(yè)化的構(gòu)件，節(jié)省工期，現(xiàn)場(chǎng)裝配，搭建可變的空間。墻面、樓板可翻折，空間可推拉，智居空間靈活可變性成為設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。

5.累加：Habitat 67是在1967年世博會(huì)上的展覽建筑。世博會(huì)之后，這組建筑被保留下來，現(xiàn)在成為加拿大的國(guó)家文物遺產(chǎn)。Habitat67建筑群是將一些預(yù)制的住宅單元盒子以參差錯(cuò)落的形式累加起來。這些住宅單元累加形成復(fù)雜的建筑空間組。這些盒子錯(cuò)綜疊加形成的灰空間，成為了立體花園和陽臺(tái)，滿足了住戶的采光需求，保證了住戶私密性。設(shè)計(jì)師Moshe Safdie旨在向中低收入的人群，通過這種方式提供可以復(fù)制的、廉價(jià)的住房。Habitat 67曾一直被閑置，直到19世紀(jì)70年代，加拿大設(shè)計(jì)師將其中的幾所單元盒子改造一新，兼顧了時(shí)尚感與舒適性。在此之后，越來越多的富人陸續(xù)搬進(jìn)這個(gè)社區(qū)，Habitat 67 變成了高檔社區(qū)。值得一提的是，Habitat 67 的所有居住者共同擁有該建筑的產(chǎn)權(quán)。這座建筑群落已經(jīng)成為了寶貴的文化歷史遺產(chǎn)，所以，產(chǎn)權(quán)共有對(duì)于居住者來說是一件十分驕傲的事情。

Habitat 67模塊化堆疊的建筑盒子，在加拿大蒙特利爾圣羅倫斯河畔格外醒目，小山一樣的建筑群組極具震撼感。建筑空間模塊之間疊加的處理手法值得后輩設(shè)計(jì)師學(xué)習(xí)借鑒。這座建筑群是模塊化的設(shè)計(jì)思維在建筑領(lǐng)域具體應(yīng)用的經(jīng)典案例。Habitat 67成為了當(dāng)?shù)氐牡貥?biāo)，也成為了設(shè)計(jì)界的經(jīng)典案例。

6.替換：在日本東京繁華的銀座區(qū)，聳立著一棟怪異的建筑，許多膠囊狀的像太空艙一樣的建筑盒子，一簇簇地摞在一起，科幻未來感十足。這棟建筑就是中銀艙體大樓，它曾經(jīng)象征著日本對(duì)未來的幻想。日本新陳代謝派設(shè)計(jì)師黑川紀(jì)章設(shè)計(jì)了這棟建筑?！靶玛惔x派”起源于20世紀(jì)60年代左右，強(qiáng)調(diào)萬事萬物逐漸生長(zhǎng)、迭代和衰亡的過程，主張用新技術(shù)來解決問題。

中銀艙體大樓是把建筑做成了一個(gè)可以拆解的框架，把一個(gè)個(gè)私人的居住艙體，通過高張力的螺栓，插接在建筑的混凝土核心筒上。每個(gè)艙體尺度是2.3m×3.8m×2.1m，面積約10多平米。艙體內(nèi)定制化的室內(nèi)的家具、電器等一應(yīng)俱全。天花板、墻面、床一體化定制設(shè)計(jì)。這些私人居住的艙體模塊可以被替換，臨時(shí)拆解，靈活拼裝，循環(huán)利用。

7.拼合：2017年荷蘭設(shè)計(jì)周展出了荷蘭建筑事務(wù)所MVRDV設(shè)計(jì)的一款概念居住空間——積木旅館（Wego House）。整個(gè)建筑看起來就像是一組各種顏色拼合起來的積木。不同顏色的積木代表著不同的空間屬性。粉色空間中設(shè)置了通透的陽臺(tái);黃色空間設(shè)置了一個(gè)可以居住的閣樓;綠色空間設(shè)置了可以擺放植物和吊床的場(chǎng)所;不同模塊的空間有不同的空間氣質(zhì)，提供不同的功能，比如休憩、居住、展覽。一些模塊是全開敞通透的;另一些模塊是半透明半通透的。積木旅館是為不同的人群，比如學(xué)生、難民、音樂家、畫家等，根據(jù)他們的需要提供不同的休憩、展覽、學(xué)習(xí)等旅館應(yīng)有的功能。依據(jù)這樣一個(gè)模塊化的設(shè)計(jì)邏輯，每個(gè)模塊可以根據(jù)使用者的不同需求而定制使用。這些模塊拼合在一起形成一個(gè)居住的建筑體。

分解、插接、移動(dòng)、變形、累加、替換、拼合是模塊之間的幾種組織形式。通過總結(jié)這些模塊之間的組織形式，我們可以更好地用模塊化的設(shè)計(jì)邏輯進(jìn)行空間的設(shè)計(jì)。

除去以上7種模塊化的組織方式以外，本章節(jié)也分析了集裝箱的如何結(jié)合模塊化的設(shè)計(jì)方式被改造成居住空間。集裝箱在居住類型的建筑改造中也較為常見。設(shè)計(jì)中需要解決如何固定集裝箱之間的接口，以及集裝箱改造后的防水隔音、隔熱保溫、采光通風(fēng)合理性。設(shè)計(jì)師往往利用輔助結(jié)構(gòu)來作為集裝箱建筑的支撐，比如玻璃幕墻、雨棚、連廊、樓梯、柱子等。模塊之間的組合方式也是需要處理的重點(diǎn)。疊加、合并、拆解、架空、混合等都是集裝箱模塊間的組合方式。

集裝箱建筑在震后安置房領(lǐng)域運(yùn)用非常普遍：集裝箱抗震房輕巧，可以減輕余震的危害，如圖6。

2011年11月，坂茂建筑事務(wù)所在日本女川設(shè)計(jì)了震后集裝箱臨時(shí)住宅。女川地面崎嶇，不適合大面積搭建臨時(shí)住宅，因此坂茂用6米高的較輕巧的貨運(yùn)集裝箱棋盤式交錯(cuò)疊加，設(shè)計(jì)了不同戶型，搭建了幾組臨時(shí)住宅。集裝箱改造設(shè)計(jì)縮短了施工時(shí)間，提高了抗震能力。坂茂在內(nèi)部紙管建造系統(tǒng)和的不同戶型的顏色選擇上，多用淡黃木色，這個(gè)顏色可以給受災(zāi)群眾帶來心理上的安慰。模塊化的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到綠色設(shè)計(jì)（綠色設(shè)計(jì)需要符合“3R”標(biāo)準(zhǔn)，Reduce，Recycle，Reuse。）中有其特有的優(yōu)勢(shì)：模塊化的建筑設(shè)計(jì)可以大大縮短空間營(yíng)造周期，快速適應(yīng)空間需要;同時(shí)，這樣的建筑方便拆卸和回收處理，能節(jié)約人力、物力，產(chǎn)生較少的環(huán)境污染，因此模塊化的設(shè)計(jì)方法在綠色建筑領(lǐng)域有很多實(shí)踐。

在以上案例中包含著許多模塊化的設(shè)計(jì)方式。模塊化不僅是一種設(shè)計(jì)策略、技術(shù)方法，同時(shí)也是一種有效的前期模擬策略。[4]

五、兒童游戲與展覽空間的模塊化設(shè)計(jì)方案

從空間設(shè)計(jì)的角度解讀。模塊化是一種設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)手段，如圖7、8、9。

第一組設(shè)計(jì)是用模塊堆出一組兒童娛樂空間。設(shè)計(jì)用100mm乘以100mm的積木盒子，以兒童的尺度為依據(jù)，搭建出兒童攀爬、休息、游戲的活動(dòng)空間。

第一個(gè)娛樂空間是一個(gè)方形的“積木空間”。兒童在這個(gè)空間中可以爬上爬下。方盒子空間開門開窗的尺度均是根據(jù)兒童的身高體長(zhǎng)，門與窗的概念被轉(zhuǎn)換成一個(gè)可以通過、可坐可臥的洞，兒童可以通過移動(dòng)的模塊攀爬到洞口處，從洞口的滑梯滑到泡泡球中。第二組娛樂空間是模塊化累加出的一座“像素一樣的山”設(shè)計(jì)用300mm乘以300mm的積木盒子，搭建了一組小山一樣的裝置，兒童可以攀爬、嬉鬧。模塊的頂部設(shè)計(jì)了軟墊，用來保護(hù)兒童在使用過程中的安全性與舒適感。

這兩組“積木空間”具有模塊的靈活、可拆解的特性，模塊之間可以累加、拼合出不同的空間形態(tài)，滿足孩子嬉戲過程中可坐、可站、可趴的身體需求，如圖10、11。

第二組設(shè)計(jì)是用300mm乘以300mm的模塊累加出一個(gè)展示空間。根據(jù)需要模塊堆疊累加成整面的展覽墻和多組擺放物品的展臺(tái)、柜子。

整面展覽墻在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)人的通行或者透視需要而開門窗洞。模塊之間滿足300mm/600mm等倍數(shù)尺度關(guān)系，由模塊組成的展覽墻根據(jù)需要調(diào)整為有開洞的可以承受自重的墻。在設(shè)計(jì)每一個(gè)單體模塊時(shí)，考慮了模塊的虛實(shí)關(guān)系：一些模塊需要擺放東西，這些模塊設(shè)計(jì)成中空的、開敞的，展品可以放在中空的盒子里。一些模塊無需擺放東西，模塊是圍合的，封閉的。這樣，一面展覽墻就會(huì)出現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的效果。模塊設(shè)計(jì)為白色，展覽墻上配置一些紅色、藍(lán)色、綠色等單彩色，用來區(qū)分不同展示的內(nèi)容。

擺放物品的單獨(dú)柜子（或者稱為展臺(tái)）下安裝輪子，使展臺(tái)成為可以移動(dòng)的。模塊之間滿足300mm/600mm等倍數(shù)尺度關(guān)系，形成的展臺(tái)根據(jù)模數(shù)尺度可大可小，方便調(diào)整展臺(tái)尺寸。方形模塊方便搬運(yùn)、拆解。展覽大多具有臨時(shí)性，模塊化的靈活可變特性適合于展覽空間方便拆解、拓展的特性。

結(jié)語

模塊化是一種設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)手段。模塊的概念不僅存在于建筑設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)、工業(yè)、技術(shù)等領(lǐng)域，也存在于人文、社科、心理等各個(gè)領(lǐng)域。在不同領(lǐng)域，模塊都具有通用的屬性：靈活組織、可以被替換（互換性）;接口、功能、邏輯。本文整理了對(duì)于模塊化的不同定義，查找了模塊化在工業(yè)、服裝、視覺傳達(dá)等設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用的案例。重點(diǎn)整理與總結(jié)了在建筑空間領(lǐng)域模塊化的相關(guān)理論研究，并選取了一些空間領(lǐng)域的典型案例，總結(jié)并用圖解的方式詮釋了空間模塊的特征與模塊之間的組織關(guān)系。本文目的在于用模塊化的思路來更好地進(jìn)行空間設(shè)計(jì)，研究了模塊化的設(shè)計(jì)思路之后，文章用模塊化的理論設(shè)計(jì)了兩組空間形態(tài)來作為具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐。