基于住戶(hù)的CSI裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的戶(hù)型優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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(hù)型組合設(shè)計(jì)的研究大都基于混凝土結(jié)構(gòu)住宅展開(kāi)，關(guān)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅的戶(hù)型組合設(shè)計(jì)涉及較少，CSI理念在戶(hù)型設(shè)計(jì)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(guó)建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái)，國(guó)家發(fā)布了許多政策來(lái)促進(jìn)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(diǎn)出發(fā)，融入CSI理念，以BIM模型為工具進(jìn)行戶(hù)型的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

2 CSI裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅特點(diǎn)分析與利用

2.1 CSI住宅特點(diǎn)的分析與利用

CSI住宅的亮點(diǎn)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(gè)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(qiáng)度、輕自重、延性好、抗震能力強(qiáng)的特點(diǎn)能滿(mǎn)足CSI住宅支撐體的要求。

優(yōu)化后的戶(hù)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(dòng)型地板、靈活的管線(xiàn)走向等。戶(hù)型可借助填充結(jié)構(gòu)變化來(lái)進(jìn)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(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)，應(yīng)保證更多區(qū)域可滿(mǎn)足多種不同功能，以滿(mǎn)足不同時(shí)期的不同需求。

在進(jìn)行戶(hù)型的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到住戶(hù)需求及家庭結(jié)構(gòu)等問(wèn)題，建立適應(yīng)住戶(hù)不同需求的戶(hù)型設(shè)計(jì)方案與家庭全生命周期戶(hù)型設(shè)計(jì)方案。

2.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)的分析與利用

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，其高強(qiáng)的特點(diǎn)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(hù)可以方便地改變內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。其質(zhì)輕的特點(diǎn)，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(jì)上，同時(shí)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(guò)程具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保的特點(diǎn)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑造價(jià)相對(duì)較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)合理性。

在進(jìn)行戶(hù)型模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)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(guò)將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的部品相互組合，形成多樣的戶(hù)型。

3 戶(hù)型轉(zhuǎn)變的社會(huì)因素分析

3.1 從住戶(hù)角度進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)

在進(jìn)行戶(hù)型模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮住戶(hù)的私密性需求。臥室的私密性較強(qiáng)，在設(shè)置臥室時(shí)，應(yīng)使其遠(yuǎn)離入戶(hù)門(mén)，以減輕噪聲對(duì)住戶(hù)私密性需求的影響；臥室門(mén)應(yīng)避免正對(duì)入戶(hù)門(mén)，避免對(duì)視。床應(yīng)放置在遠(yuǎn)離臥室門(mén)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(lái)確保臥室的私密性與獨(dú)立性。臥室門(mén)應(yīng)盡量避免在客廳直接打開(kāi)。衛(wèi)生間也是私密性較強(qiáng)的空間，衛(wèi)生間門(mén)應(yīng)盡量避免在客廳直接打開(kāi)。入戶(hù)門(mén)正對(duì)衛(wèi)生間門(mén)、如廁區(qū)在入門(mén)處也同樣應(yīng)避免。衛(wèi)生間應(yīng)進(jìn)行動(dòng)靜分區(qū)，以保證靜區(qū)的私密性與動(dòng)區(qū)生活需求的滿(mǎn)足。

在進(jìn)行戶(hù)型模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，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(guò)度圍合產(chǎn)生壓抑感，又要避免過(guò)度通透消除歸屬感?？紤]到家庭氛圍，戶(hù)型面積應(yīng)適中，避免戶(hù)型太大產(chǎn)生空虛感，戶(hù)型過(guò)小產(chǎn)生壓抑感?？紤]到相對(duì)高度，住宅高度與戶(hù)型面積應(yīng)結(jié)合考慮，避免相對(duì)高度過(guò)低導(dǎo)致住戶(hù)壓抑緊張，高度過(guò)高導(dǎo)致親切感缺失。

考慮到住戶(hù)工作學(xué)習(xí)的需要，可設(shè)置工作空間?？紤]到工作氛圍問(wèn)題與工作效率問(wèn)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(yùn)動(dòng)空間占地大，休閑空間占地小，休閑空間等小空間可置于運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)范圍大的功能空間與活動(dòng)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(hù)喜好變化，一個(gè)功能區(qū)間可分隔為多個(gè)功能區(qū)間，多個(gè)功能區(qū)間也可合并成一個(gè)功能區(qū)間。

3.2 從經(jīng)濟(jì)合理性角度進(jìn)行分析與利用

臥室、客廳等使用時(shí)間長(zhǎng)的部分應(yīng)朝陽(yáng)設(shè)計(jì)，從而減少白天的照明用電。廚衛(wèi)可相鄰設(shè)計(jì)，以降低供水管線(xiàn)開(kāi)支。戶(hù)型面積應(yīng)適中設(shè)計(jì)，不可只顧追求大面積，造成空間的浪費(fèi)。

4 CSI裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅戶(hù)型優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐

4.1 戶(hù)型轉(zhuǎn)變方案設(shè)計(jì)實(shí)踐

進(jìn)行戶(hù)型轉(zhuǎn)變方案設(shè)計(jì)的要求是將戶(hù)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(hù)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(lái)對(duì)不變部分進(jìn)行分隔，從而得到不同的功能分區(qū)，得到滿(mǎn)足不同需求的戶(hù)型。

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

圖1以92平方米的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型為基礎(chǔ)，經(jīng)輕質(zhì)內(nèi)隔墻板移動(dòng)，變換為圖中兩類(lèi)戶(hù)型。可變戶(hù)型1適用于獨(dú)居創(chuàng)業(yè)者利用住宅來(lái)滿(mǎn)足居住需求與創(chuàng)業(yè)工作需求。該可變戶(hù)型將標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型的主臥與客廳合并為主要工作區(qū)，以滿(mǎn)足職員辦公占地大、所需環(huán)境明亮舒適的特點(diǎn)。書(shū)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(shí)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(kāi)支。因?yàn)槿粘＞幼^(qū)會(huì)使客戶(hù)認(rèn)為自己未被重視，所以辦公室設(shè)在入戶(hù)門(mén)處可以減少臥室、餐廳等日常居住區(qū)對(duì)客戶(hù)的不良影響。工作區(qū)與居住區(qū)分隔明顯，形成明確的動(dòng)靜區(qū)，從而減少兩區(qū)之間的相互影響。陽(yáng)臺(tái)通風(fēng)、光照環(huán)境好，可觀景，所以陽(yáng)臺(tái)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?hù)型2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?yàn)樵擃?lèi)家庭，兩人共用一間臥室，所以該可變戶(hù)型僅需一間臥室。因?yàn)橹髋P照明好、面積大，可提升居住體驗(yàn)，所以我們將主臥保留。該類(lèi)住戶(hù)娛樂(lè)時(shí)間長(zhǎng)，所以將次臥空間設(shè)置為娛樂(lè)空間，其與餐廳間無(wú)隔墻，可設(shè)鏤空書(shū)架，減少空間壓迫感，增加娛樂(lè)體驗(yàn)感。

圖1 92平方米戶(hù)型

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

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(hù)型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)輕質(zhì)內(nèi)隔墻板的移動(dòng)，變換為圖中兩類(lèi)戶(hù)型。可變戶(hù)型1適用于三代同居家庭此類(lèi)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(zhǎng)期；老年一代處于退休時(shí)期，需中年一代看護(hù)，可對(duì)家庭起居提供幫助。與標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型相比，本戶(hù)型需改變臥室數(shù)目，書(shū)房可改為臥室供青年一代居住。由于書(shū)房面積較小，影響居住體驗(yàn)，可減小相鄰臥室的面積，以保證青年一代房間的舒適性。實(shí)施戶(hù)型轉(zhuǎn)變方案時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格比對(duì)戶(hù)型轉(zhuǎn)變圖紙與BIM模型，避免返工。可變戶(hù)型2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(yuǎn)離次臥和工作空間的位置，可以減少幼年一代對(duì)青年一代學(xué)習(xí)、休息的干擾。

圖2 125平方米戶(hù)型

4.2 戶(hù)型模塊模數(shù)化優(yōu)化實(shí)踐

本研究以獨(dú)立戶(hù)型為出發(fā)點(diǎn)，將戶(hù)型設(shè)計(jì)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(chǎng)高效快速地進(jìn)行拼裝。建筑模數(shù)化問(wèn)題是無(wú)法僅通過(guò)研究就解決的，要想實(shí)現(xiàn)建筑模數(shù)化，需要國(guó)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(huì)積壓在工廠中。本研究所做的模數(shù)化優(yōu)化實(shí)踐是對(duì)現(xiàn)有戶(hù)型進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，使戶(hù)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(gè)戶(hù)型，左側(cè)為安徽某高層住宅的戶(hù)型平面圖，右側(cè)為經(jīng)模數(shù)化優(yōu)化的戶(hù)型平面圖。經(jīng)研究，這兩個(gè)戶(hù)型共有三處可進(jìn)行優(yōu)化。圖三1處通過(guò)將入戶(hù)門(mén)南移，減少了單獨(dú)生產(chǎn)的窄墻，將窄墻的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為了已有長(zhǎng)度墻體的生產(chǎn)，減少了生產(chǎn)墻體的種類(lèi)，簡(jiǎn)化了施工步驟且更加經(jīng)濟(jì)。圖3中2、3處除有上述優(yōu)點(diǎn)外，還可增加臥室面積。

圖3 戶(hù)型模塊模數(shù)化優(yōu)化

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用BIM技術(shù)對(duì)戶(hù)型模塊直觀地進(jìn)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(diǎn)，從戶(hù)型轉(zhuǎn)變方案與戶(hù)型模塊模數(shù)化兩個(gè)方面上對(duì)戶(hù)型模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并在實(shí)踐中對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)住戶(hù)需求、家庭情況等問(wèn)題進(jìn)行分析，保證了戶(hù)型轉(zhuǎn)變方案的科學(xué)性。通過(guò)對(duì)戶(hù)型模塊進(jìn)行趨于規(guī)整的調(diào)整，我們對(duì)戶(hù)型模塊進(jìn)行模數(shù)化優(yōu)化。