裝配式建筑視角下的中小學(xué)建筑模塊化策略研究

王鶴年

北京市朝陽區(qū)教育服務(wù)保障中心 北京 100026

目前，在運(yùn)用裝配式建筑施工方法的過程中，人們更多地注重如何高效地施工，降低施工成本，而有關(guān)的建筑施工設(shè)計與裝配式建筑施工技術(shù)的研究卻存在著割裂的現(xiàn)象。目前的設(shè)計階段僅限于完成方案設(shè)計之后，再進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計和優(yōu)化，沒有將設(shè)計與裝配式建筑建造結(jié)合起來，導(dǎo)致工程趨于簡單化和單一化，建筑的空間和形式比較呆板，創(chuàng)意不足。為此，本文試圖從建筑學(xué)的角度出發(fā)，探討我國中小學(xué)在裝配式建筑中應(yīng)采取的模塊化策略，以期為今后的有關(guān)設(shè)計與研究提供借鑒。

1 中小學(xué)校園的單體建筑分析

1.1 中小學(xué)建筑的系統(tǒng)化分級

建筑產(chǎn)品是裝配式建筑的終極形態(tài)，它是以工業(yè)生產(chǎn)的形式產(chǎn)生的，每個建筑產(chǎn)品都是由兼具各種功能的體系組成的，為了滿足使用者的使用需求，各個功能系統(tǒng)之間結(jié)合的方式也是多種多樣的。在進(jìn)行建筑方案設(shè)計時，按照功能空間的分類，可以將建筑產(chǎn)品劃分為不同的層級。將幾種不同的構(gòu)件部分集合起來，組成一個具有基本相同空間功能和規(guī)模的功能模塊，這些功能模塊組成一個整體，再通過這些模塊的組合可以形成一個建筑系統(tǒng)，也就是最后的建筑產(chǎn)品。在對中小學(xué)裝配式建筑的設(shè)計研究中，可以把中小學(xué)建筑的各個功能要素進(jìn)行系統(tǒng)化分級，中小學(xué)建筑是由不同的功能單元組成的，功能單元又是由功能模塊組成的。

1.2 中小學(xué)建筑的空間配置構(gòu)成分析

隨著中小學(xué)建筑相關(guān)設(shè)計規(guī)范的頒布，各地的學(xué)校建設(shè)逐步定型，學(xué)校采取了教學(xué)用地與實驗用地相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)化模式，具有很強(qiáng)的可操作性，便于在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣，為我國教育事業(yè)的普及提供了一個很好的設(shè)計范例[1]。但是隨著社會的發(fā)展，城市化的加速，教育在人們心目中的地位越來越重要，學(xué)校的規(guī)模與學(xué)校的空間需求之間出現(xiàn)了沖突，學(xué)校承載能力明顯不足。隨著相關(guān)設(shè)計規(guī)范的頒布以及我國教育體制改革的深入實施，使得標(biāo)準(zhǔn)化的模式得到了突破，學(xué)校的空間布局不再局限于過去對空間環(huán)境的定義[2]。目前，我國城市中小學(xué)在空間配置上正處于規(guī)范化升級階段，要在各種規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合新時代的教學(xué)需求，進(jìn)行各種模式的創(chuàng)新，提高學(xué)校的空間與環(huán)境質(zhì)量。

在中小學(xué)的建筑空間中，除了要有基本的知識傳授和實踐操作的環(huán)境之外，還可以增添一些非強(qiáng)制性的功能，比如游泳館，禮堂等。

擴(kuò)大靈活性空間的規(guī)模，鼓勵學(xué)生進(jìn)行各種不同的行為活動。增加走廊的寬度，創(chuàng)造靈活的空間，它可以用作一個開放式的討論區(qū)域，為教師和學(xué)生之間的交流和合作提供充足的空間。

在受用地空間限制的情況下，一些不要求日照條件的功能空間可以進(jìn)行一系列的創(chuàng)新，使豎向空間的使用率最大化。

2 空間模塊的設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

在裝配式建筑施工中，采用規(guī)格小、組合方式多的空間模塊是最好的。一般來說，空間模塊都有自己的特點(diǎn)和屬性，按照各自的特點(diǎn)，空間模塊可以劃分為三大類。一是功能性空間模塊，功能性空間模塊在特定的區(qū)域內(nèi)會以自身為重復(fù)排列，而不會與其它模塊發(fā)生較差，在復(fù)雜的建筑空間中，功能性空間模塊的特征是最明確的。二是樞紐性空間模塊，這種模塊的空間具有高度的靈活性和多變性，一些未知的功能空間的功能都可以被預(yù)知并被用戶所激發(fā)。

2.2 功能性空間模塊

2.2.1 教室模塊

不論是單純的教學(xué)空間，還是在教學(xué)空間周圍形成多個拓展的空間，教學(xué)空間都是中小學(xué)建筑的重中之重。在我國的教學(xué)改革進(jìn)程中，新的教育思想與現(xiàn)代信息相融合，教學(xué)單元不再僅僅包含具有傳統(tǒng)教學(xué)思想的普通教室，還包含具有多種功能的專用教室。教室模塊是最常用的單元，這種模塊大多以矩形為主，主要是為了方便拼接和拆解，同時，也可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行變形處理[3]。

（1）普通教室。在以往的課堂教學(xué)中，班級常駐空間指的是班級固定的常規(guī)課堂，是教學(xué)空間的中心所在。目前，我國普通教室的模塊化空間類型從可以容納的功能類型來看，大致可以分為兩種，一種是單一式，另一種是復(fù)合式，復(fù)合式的教室多見于發(fā)展水平比較高的一些學(xué)校[4]。復(fù)合式普通教室的教學(xué)空間可以進(jìn)行行列式或彈性布置，每個空間的功能都是可以自由變換的，這種復(fù)合式普通教室模塊是符合空間類型的發(fā)展趨勢的。

（2）專用教室。在現(xiàn)今階段，隨著教學(xué)模式的改變和素質(zhì)教育的全面發(fā)展，對專用教室模塊的要求越來越高，不，同學(xué)科都在倡導(dǎo)專用教室的應(yīng)用。在小學(xué)階段，為了使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到全面發(fā)展，會設(shè)立很多不同的學(xué)科來供學(xué)生學(xué)習(xí)。在初中階段，會增加一些科目，對專用教室的需求也就變得更大。在專用教室的應(yīng)用方面，打比方說，音樂教室的功能是普通教室一般無法滿足的。在中小學(xué)建筑功能性空間模塊中，除了需要有完善的音樂教室，還需要配備一些配套的基礎(chǔ)設(shè)施。同樣的實驗教室，實驗教室的功能也是普通教室無法滿足的，實驗教室中需要配備一些專業(yè)的操作儀器和設(shè)備，由于在普通教室中配備這些設(shè)備，會影響學(xué)生其他科目的學(xué)習(xí)，所以，就需要進(jìn)行專用教室模塊的建設(shè)。但其實實驗教室和普通教室的模塊面積是相似的，所以，兩者可以采用一個通用的尺寸和模型來進(jìn)行設(shè)計。

2.2.2 辦公模塊

有效防范保險公司財務(wù)風(fēng)險問題的發(fā)生，應(yīng)該根據(jù)保險公司經(jīng)營業(yè)務(wù)領(lǐng)域的實際情況，建立完善保險公司財務(wù)風(fēng)險預(yù)警體系，合理的設(shè)置財務(wù)風(fēng)險預(yù)警指標(biāo)，綜合保險公司經(jīng)營活動中的財務(wù)數(shù)據(jù)信息以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息等，及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的財務(wù)風(fēng)險，進(jìn)而制定應(yīng)對措施。同時，還應(yīng)該充分發(fā)揮內(nèi)部審計的作用，通過內(nèi)部審計來審查、評價、改善保險公司的業(yè)務(wù)活動、內(nèi)部控制和風(fēng)險管理的適當(dāng)性和有效性。在內(nèi)部審計的實施方面，應(yīng)該增強(qiáng)保險公司內(nèi)部審計機(jī)構(gòu)的獨(dú)立性，綜合運(yùn)用審核、觀察、監(jiān)盤、訪談、調(diào)查、函證、計算和分析程序等方法，對審計過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時進(jìn)行反饋整改，進(jìn)而確保保險公司內(nèi)部財務(wù)控制目標(biāo)的實現(xiàn)。

辦公模塊主要可以分為教學(xué)辦公模塊和行政辦公模塊，與教學(xué)區(qū)的距離不能太遠(yuǎn)。教學(xué)辦公模塊多和其他功能的單元模塊混合布局，需要較大的空間來滿足特定的班級或?qū)W科老師的需求，并根據(jù)年級或班級進(jìn)行布局，靠近樓梯單元，便于老師出行自由。教學(xué)辦公模塊通常由年級組老師與各學(xué)科教研組辦公室組成，在教學(xué)辦公單元與教室單元結(jié)合進(jìn)行設(shè)計時，教師辦公室應(yīng)位于相應(yīng)的普通教室旁邊，學(xué)科教研組的辦公室應(yīng)位于相應(yīng)的專業(yè)教室的旁邊。按照教學(xué)辦公模塊的要求，教師的人均使用面積不得少于5㎡，除了教師教學(xué)辦公外，還要有教師休息活動的地方。因其用途和形式不受規(guī)定模式的限制，一般與鄰近的其它模塊相似。在場地條件許可的情況下，行政辦公區(qū)域通常單獨(dú)建立，每間的面積比較小，可容納的人口也不多。其排列的方式可以劃分為內(nèi)廊式與外廊式。

2.2.3 公共教學(xué)模塊

在傳統(tǒng)的中小學(xué)建筑中，公共教學(xué)模塊往往被忽視，比如，體育場館，除了可以滿足體育教學(xué)的需求，還可以在舉辦其他集體活動時提供場地。在學(xué)校空間的布局中，舉辦集體活動的場所空間越來越受到重視，一些公共教學(xué)模塊悄然出現(xiàn)。然而在公共教學(xué)模塊出現(xiàn)后，卻出現(xiàn)了使用率低的問題，一些公共教學(xué)模塊很少在平時的教學(xué)中被使用。大部分的公共教學(xué)模塊，都可以作為一個獨(dú)立的教學(xué)單元成立[5]。圖書館作為中小學(xué)建筑中公共教學(xué)模塊的重要組成部分，被大多數(shù)學(xué)校作為學(xué)校的標(biāo)志。

2.3 樞紐性空間模塊

樞紐型空間模塊可以是與其它空間模塊的過渡空間，與其它的空間模塊構(gòu)成一個復(fù)雜的空間體系，對空間的感知層次更為豐富。通過對功能空間進(jìn)行劃分，與課堂教學(xué)真正地延伸到課堂之外。由于設(shè)計者并未賦予此空間特殊的功能，四，該空間成為了中小學(xué)建筑中最富生命力和想象力的一個空間，并且該空間的潛能是在建成后被學(xué)校的老師和學(xué)生們發(fā)掘出來的。

2.4 空間模塊的組合形式

2.4.1 單線式

這種排列方式主要表現(xiàn)為外廊式，通過多種形式的結(jié)合，可以產(chǎn)生不同的走廊空間和外觀效果。

（1）平行排列。這些模塊按照直線進(jìn)行排列，形成了一條便于行人通行的平直通道，盡量減少走到和場地的占地面積，進(jìn)行平行排列，有利于保持外表面的平整且能做到節(jié)能，同時，結(jié)構(gòu)相對來說也是較為簡單的。

（2）鋸齒排列。這些模塊以一定的間隔呈鋸齒形排列，可以形成一個三角形停留空間的走道，其變化性很大，占地面積也比較大，外觀多變，不利于節(jié)能，同時結(jié)構(gòu)也較為簡單。

（3）重復(fù)交錯排列。在兩個相同的模塊之間，間隔一定的距離安排一個模塊，可以形成一個長方形的停留空間，這樣的空間模塊組合形式既方便出行，也有利于休息，結(jié)構(gòu)也是比較簡單的。

2.4.2 平行式

將模塊按照對稱或穿插的方式進(jìn)行排列，有一個內(nèi)廊進(jìn)行連接，每個單元模塊之間的聯(lián)系非常緊密。這種穿插式模塊的設(shè)計中，模塊間的間隙可以用作庭院，也可以是活動的場所，增強(qiáng)了空間的靈活性和通透性。平行布局的方式可以根據(jù)單線式的組合方式來進(jìn)行變形，從而產(chǎn)生各種不同的走廊空間效果。

2.4.3 圍合式

圍合式的組合形式以中央庭院為中心，其它的功能模塊以中央庭院為中心進(jìn)行排列，這種布局方式具有強(qiáng)烈的向心性和整體性。各單元模塊之間的交流性更強(qiáng)，適用于多功能復(fù)合的平面空間。半圍式的結(jié)構(gòu)設(shè)計使中央庭院與戶外的聯(lián)系更為密切，比圍合式的結(jié)構(gòu)更具有通透性。

3 功能單元的設(shè)計

在空間模塊劃分的基礎(chǔ)上建立了功能單元，每個功能單元具有完整的功能，可以通過多種形式對工單元進(jìn)行組合，一些公共的空間教學(xué)模塊，獨(dú)立構(gòu)成一個功能單元。

3.1 教學(xué)單元

基本教學(xué)單元集合了多種功能，在這種功能集約的基礎(chǔ)上，在功能單元中可以適當(dāng)?shù)卦黾右恍┙處熮k公和交流的功能。采用模塊化的設(shè)計策略，可以使教學(xué)單元具有更多的功能。比如，普通教室空間可以適時轉(zhuǎn)化為生物、地理等學(xué)科的專用教室空間，在部件不品的可逆性基礎(chǔ)上，靈活變化，改變學(xué)校部門空間的功能，對用戶的功能要求可以進(jìn)行一鍵轉(zhuǎn)換。

3.2 辦公單元

按使用功能劃分，單元可劃分為教師辦公單元與行政辦公單元，使用這些空間的人員分別為教師和行政職員。教師辦公單元和教學(xué)單元有著密切的關(guān)系，除教師辦公模塊設(shè)在教學(xué)單元內(nèi)部之外，教師辦公單元更多地與教學(xué)單元毗鄰，方便為不同的班級提供服務(wù)。教師辦公單元在設(shè)計師要注重開放性，使師生之間的距離感消失，便于教師與學(xué)生之間的溝通交流，教師辦公單元設(shè)立在轉(zhuǎn)角處和交通交匯處為最佳，便于人流的走動。行政辦公單元則是獨(dú)立的，行政辦公單元的功能具有多樣性，設(shè)在學(xué)校的出入口處和主要的活動場地為最佳，便于各類人員的迅速抵達(dá)。

3.3 公共教學(xué)單元

除了公共教學(xué)模塊可以作為一個單獨(dú)的單元之外，公共教學(xué)單元也可以將不同的空間進(jìn)行組合。

4 立面的模塊化策略

在裝配式建筑的設(shè)計中，一定要堅持標(biāo)準(zhǔn)化的原則。在堅持標(biāo)準(zhǔn)化原則的前提下，采用立面的模塊化策略必須遵循三個基本準(zhǔn)則，即模塊生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，模塊類型有限化，模塊組合個性化。只有在堅持這三種基本原則的基礎(chǔ)上，才能夠進(jìn)行建筑的立面模塊化設(shè)計。通過對建筑立面模塊化的分析，可以將其設(shè)計要素分成三類。

4.1 構(gòu)件

在進(jìn)入工業(yè)時代之后，由于工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，立面已經(jīng)從建筑物的支撐結(jié)構(gòu)中分離出來，成為了一個獨(dú)立的存在。標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)建也在工業(yè)的發(fā)展中隨之出現(xiàn)，以追求利潤最大化為目標(biāo)的模塊化策略也出現(xiàn)了一些重復(fù)的現(xiàn)象，而單一的立面效果又很難反映出建筑物本身的特征。一方面，設(shè)計師要將原有的設(shè)計元素和現(xiàn)有的設(shè)計方法結(jié)合起來，另一方面，在新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)的情況下，可以大量的生產(chǎn)出新的構(gòu)件，以滿足用戶的個性化要求，同時，也為復(fù)雜的建筑立面設(shè)計提供了更多的支持。

4.2 網(wǎng)格

在立面裝飾化趨勢的影響下，立面設(shè)計與建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)部功能逐漸分離，形成了網(wǎng)格要素，這種由幾何構(gòu)成的關(guān)系形成了一種有序的體系。標(biāo)準(zhǔn)的二維網(wǎng)格適合大規(guī)模的生產(chǎn)模式，在立面設(shè)計的不同部位可以采用不同類型的模塊，使其可以豐富多樣。但是，對于一些復(fù)雜的建筑形態(tài)往往具有強(qiáng)烈的個性特點(diǎn)。網(wǎng)格切割異形和曲面的建筑立面是生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行構(gòu)建定制的關(guān)鍵一步，采用不同類型的嵌板，以達(dá)到形體的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 單元

單元這個要素可以說是“盒子建筑”的縮影，它是建筑的立面和內(nèi)部各種屬性空間的連接，是不同空間模塊對外界面的展現(xiàn)。立面的模塊化效果的產(chǎn)生一般需要內(nèi)部空間功能的分類和模塊化組合，這樣一來，在建筑的立面被標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的同時，也可以按照建筑內(nèi)部的空間模塊的組合性和建筑物的生長性特點(diǎn)來創(chuàng)造出豐富的立面效果。

5 結(jié)語

近幾年來，在教育建設(shè)方面的需求越來越大，對教育建設(shè)的要求也在提高，很多學(xué)校建筑都要在較短的時間內(nèi)完工，而裝配式建筑的應(yīng)用就可以有效地解決人力資源的短缺和建筑的質(zhì)量不足的問題，為加快建筑的建設(shè)提供了有力的條件。與此同時，模塊化設(shè)計的理念也在隨之發(fā)展，從家具的設(shè)計到建筑的布局，都可以采用模塊化的策略來進(jìn)行設(shè)計。在教育理念和發(fā)展趨勢的影響下，裝配式建筑模塊化設(shè)計在未來將會得到廣泛應(yīng)用，可以縮短設(shè)計的工期，提高資源的利用效率，裝配式建筑的模塊化設(shè)計正是順應(yīng)了未來的發(fā)展趨勢，使我國的建筑業(yè)能夠朝著可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。