基于箱式模塊建造體系的臨時(shí)校舍設(shè)計(jì)研究
——以深圳羅湖外語初中學(xué)校（東校區(qū)）為例

程夢(mèng)琪 朱亦民

2018年以來，深圳市激增的教育需求與稀缺的土地資源之間的矛盾日益激化，眾多學(xué)校不得不在原有校園的有限用地范圍內(nèi)急劇擴(kuò)大規(guī)模，進(jìn)行升級(jí)改造[1]，然而一邊施工一邊教學(xué)的新舊校舍交叉騰挪方式不僅會(huì)大大降低學(xué)校的使用品質(zhì)，且易產(chǎn)生安全隱患。為解決這一難題，深圳福田區(qū)率先開展了“諾亞方舟計(jì)劃”，在原學(xué)校擴(kuò)建期間利用其周邊城市閑置空地建設(shè)臨時(shí)校舍，被稱為“騰挪學(xué)?！钡呐R時(shí)校舍應(yīng)運(yùn)而生。騰挪學(xué)校的建設(shè)面臨施工周期短、建筑品質(zhì)要求高、避免土地污染與資源浪費(fèi)等諸多挑戰(zhàn)，而能夠快速建造、拆卸并具有高回收利用率的裝配式建筑成為了其首選建筑類型。目前深圳已建成的騰挪學(xué)校均為裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，但運(yùn)用的結(jié)構(gòu)體系并不唯一，典型代表有新沙小學(xué)騰挪校舍，采用焊接結(jié)構(gòu)鋼框架與桁架鋼筋混凝土樓板組合的重鋼體系；梅麗小學(xué)騰挪校舍，采用輕型鋼框架剪力框格與預(yù)制鋼樓板組合的輕型鋼結(jié)構(gòu)體系；石廈小學(xué)騰挪校舍，采用薄壁輕鋼龍骨密肋與現(xiàn)澆細(xì)石混凝土樓板結(jié)合的輕型鋼體系[2]。2019深港城市／建筑雙城雙年展上，“閃建策略園”中以箱式模塊為基本建造單元的“閃建學(xué)?！钡玫綐I(yè)界廣泛認(rèn)可，輕型鋼結(jié)構(gòu)箱式模塊體系成為了建造騰挪學(xué)校的又一代表性結(jié)構(gòu)體系。

1 箱式模塊建造體系建筑特點(diǎn)

箱式模塊體系是一種預(yù)制程度可達(dá)85%～95%的建造體系，由該體系建造的建筑以箱型建筑模塊作為預(yù)制構(gòu)件，通過可靠的連接方式裝配而成[3]。與傳統(tǒng)建造體系的建筑相比，箱式模塊建筑具有以下4個(gè)基本特點(diǎn)。

（1）工業(yè)化程度高，施工周期短?；締卧K規(guī)格少、數(shù)量多，現(xiàn)場進(jìn)行基礎(chǔ)施工時(shí)，工廠可同步進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的模塊生產(chǎn)，兩地并行大大提高了建造效率。

（2）結(jié)構(gòu)整體性、安全性強(qiáng)。一體化的制造方式使建筑主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、堅(jiān)固，具有強(qiáng)抗風(fēng)抗震的性能。

（3）具有靈活性、適應(yīng)性。在進(jìn)行維護(hù)和改造時(shí)，可通過更換或增減相應(yīng)的預(yù)制模塊，更新建筑損壞部分以及調(diào)整建筑組合形態(tài)，必要時(shí)還可靈活拆卸，異地重建[4]。

（4）綠色低碳，具有可持續(xù)性。標(biāo)準(zhǔn)化、體系化的生產(chǎn)方式能夠減少建筑垃圾及污水的產(chǎn)生，各項(xiàng)耗能也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)作業(yè)，節(jié)能環(huán)保。此外，工廠生產(chǎn)單元模塊的材料回收率可高達(dá)60%[5]。

2 基于箱式模塊建造體系的臨時(shí)校舍設(shè)計(jì)策略

建筑是基于建造的藝術(shù)[6]。每種建造體系的背后都有其特定的內(nèi)在邏輯，建筑設(shè)計(jì)也就必然會(huì)衍生出其相應(yīng)的獨(dú)特設(shè)計(jì)邏輯與設(shè)計(jì)策略[7]。與傳統(tǒng)的建筑不同，箱式模塊建筑具有建筑空間模塊化、生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化、建筑施工裝配化等特性，因此更加強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與建造的一體化[8]。在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程中，進(jìn)入方案設(shè)計(jì)階段前需先進(jìn)行技術(shù)策劃，待施工圖設(shè)計(jì)完成后還需進(jìn)行部件/部品深化設(shè)計(jì)[3]。由此可見，基于箱式模塊建造體系的臨時(shí)校舍設(shè)計(jì)策略，不僅需要考慮基本的場地關(guān)系、功能組織、空間布局以及立面造型，還需要兼顧與建造相關(guān)的多專業(yè)協(xié)調(diào)、部件生產(chǎn)、模塊運(yùn)輸、吊裝施工以及運(yùn)營維護(hù)等方面，充分利用建造體系的優(yōu)勢(shì)，克服其局限性，揚(yáng)長避短，具體包括標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計(jì)、多樣化的模塊組合設(shè)計(jì)以及個(gè)性化的設(shè)計(jì)表達(dá)。

3 深圳羅湖外語初中學(xué)校（東校區(qū)）設(shè)計(jì)建造實(shí)例

深圳羅湖外語初中學(xué)校（東校區(qū)）位于蓮塘羅沙公路與仙臺(tái)路交匯處，是羅湖區(qū)“諾亞方舟計(jì)劃”中采用箱式模塊建造體系的代表性學(xué)校之一。該校舍規(guī)劃占地面積4 521m2，建筑面積6 700m2，教學(xué)規(guī)模為24班初中，項(xiàng)目于2021年7月開始施工，同年9月正式投入使用（圖1,2）。

1 鳥瞰實(shí)景

2 內(nèi)部實(shí)景

3.1 場地處理

場地近似梯形，南北向長，東西向短，原本為汽車充電樁停車場，內(nèi)部地勢(shì)平坦，東側(cè)高出羅湖公安局用地3.5m，西側(cè)為仙臺(tái)路與羅沙路交匯處轉(zhuǎn)角綠地，南側(cè)與城市主干道羅沙路相臨并存在約3m的高差，北側(cè)與城市次干道仙臺(tái)路相接且低于道路1m，周邊道路復(fù)雜，存在一定噪音影響。由于場地北側(cè)處在地鐵保護(hù)線內(nèi)，施工受限，建筑與場地采用筏板基礎(chǔ)連接，具有埋深淺、施工速度快、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，并能很好地抵抗地基不均勻沉降的問題。此外地面基層還做了隔振處理，有效降低地鐵帶來的震動(dòng)和噪聲。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計(jì)

箱式模塊建筑的空間及結(jié)構(gòu)是由其功能決定的，在進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)時(shí)首先要根據(jù)建筑所需功能對(duì)模塊進(jìn)行分類。羅湖外語學(xué)校東校區(qū)是非寄宿制初中，其主要功能空間包括教學(xué)空間、辦公空間、后勤空間、交通空間以及活動(dòng)空間，進(jìn)而衍生出教學(xué)模塊、辦公模塊、后勤模塊、交通模塊以及活動(dòng)模塊。在眾多功能模塊中，教學(xué)模塊的尺寸要求最為嚴(yán)格，主要受限于中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范及模塊運(yùn)輸條件，因此在設(shè)計(jì)過程中優(yōu)先選擇確定教學(xué)模塊的尺寸。羅湖外語學(xué)校東校區(qū)的箱式模塊采用公路運(yùn)輸?shù)姆绞?，?jù)道路各項(xiàng)運(yùn)輸規(guī)定，模塊尺寸一般需控制在長14m、寬3.05m、高3m以內(nèi)[9]，但在此范圍內(nèi)，模塊的尺寸無法滿足實(shí)際的使用需求。經(jīng)多方協(xié)調(diào)后，教學(xué)模塊采用箱體長寬高規(guī)格為11 580mm×4 480mm×3 600mm，在運(yùn)輸前由貨運(yùn)司機(jī)申請(qǐng)超限物件運(yùn)輸手續(xù)，并在規(guī)劃運(yùn)輸路線中避開限高低于模塊單元高度與貨車平板高度之和的路段。一個(gè)教室單元由兩個(gè)該規(guī)格的箱體組成，并配備了一體式裝配式墻柜、集成門及集成門套等其他部品以滿足其功能需求（圖3）。而其他功能模塊則是在教學(xué)模塊的基礎(chǔ)上選用合適的箱體規(guī)格并進(jìn)行模數(shù)協(xié)調(diào)。該校區(qū)的建設(shè)最終采用了長寬高規(guī)格為11 580mm×4 480mm×3 600mm的箱式模塊82個(gè)及8 080mm×4 480mm×3 600mm的箱式模塊45個(gè)。

3 教學(xué)單元模塊爆炸圖

3.3 多樣化的模塊組合設(shè)計(jì)

功能組合、空間組合以及模塊間連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是模塊組合設(shè)計(jì)的三個(gè)關(guān)鍵。功能組合即根據(jù)建筑的功能要求將不同功能模塊進(jìn)行組合。由于羅沙路的噪音影響及場地規(guī)模的限制，教學(xué)模塊放棄了傳統(tǒng)的南向布置，選擇布置在場地北側(cè)與東側(cè)。辦公模塊則布置在場地南側(cè)，其他教學(xué)輔助用房主要放置在西側(cè)，建筑的四個(gè)轉(zhuǎn)角處設(shè)置為衛(wèi)生間、樓梯間等服務(wù)空間（圖4,5）。

4 功能分區(qū)圖

5 首層平面圖

空間組合是指模塊的放置方式，箱型模塊間的基本組合方式有并列組合、錯(cuò)動(dòng)組合、正交組合、成斜角組合等，其他復(fù)雜的組合方式都可通過這幾種組合方式衍生而來[5]。實(shí)際設(shè)計(jì)中為了適應(yīng)不同的需求，模塊在進(jìn)行空間組合時(shí)往往還會(huì)與其他結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。多樣的空間組合方式能夠?yàn)榕R時(shí)校舍營造多樣性的空間，增加建筑空間的趣味性，為學(xué)生們提供更為豐富的空間體驗(yàn)。羅湖外語學(xué)校東校區(qū)的模塊組合方式為并列組合及成斜角組合。箱式模塊按用地范圍圍合成合院式建筑形態(tài)，這是由用地限制帶來的被動(dòng)選擇，但卻有效地形成了一種集中和向心的場所感，更符合一直被倡導(dǎo)的公共空間和共享空間理念（圖6）。由于場地為梯形，建筑的東南角及東北角為契合場地形狀采用了普通的鋼結(jié)構(gòu)與箱式模塊連接，形成環(huán)廊的同時(shí)也為學(xué)生提供課余的活動(dòng)場地，創(chuàng)造更多的功能復(fù)合性空間。此外，用地紅線的北側(cè)靠近天然氣管道，基礎(chǔ)無法近紅線布置，因此建筑的北側(cè)一層并未使用箱式模塊，而是采用普通鋼結(jié)構(gòu)形成架空層，為二、三層的箱式模塊提供結(jié)構(gòu)支撐的同時(shí)也為學(xué)生們提供活動(dòng)場地。二、三層箱式模塊則向外懸挑約3m，其下設(shè)為家長等候區(qū)，為前來接送學(xué)生的家長提供避雨遮陽之處（圖7,8）。場地的限制為此次的方案設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)，也帶來了空間組合的更多可能性。

6 軸測圖

7 家長等候區(qū)實(shí)景

8 剖面圖

連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)決定了模塊之間安裝的準(zhǔn)確性，是保證建筑整體性、安全性的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也在一定程度上影響著建筑細(xì)部的美觀。因此首先需滿足其耐久性的要求，其次要考慮工人進(jìn)行節(jié)點(diǎn)安裝的施工空間及可操作性，最后需注意節(jié)點(diǎn)自身美學(xué)特性的展現(xiàn)[9]。羅湖外語學(xué)校東校區(qū)臨時(shí)校舍的單元模塊為整箱式鋼結(jié)構(gòu)模塊，其角柱與梁均在工廠通過焊接完成，再整體運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，模塊間的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。由于需要滿足異地重建、可重復(fù)利用等要求，臨時(shí)校舍的箱式模塊采用高強(qiáng)度螺栓連接，上下層箱體通過含有定位錐的中間層連接板相連，并用大六角頭摩擦型高強(qiáng)度螺栓固定（圖9）。相鄰箱式模塊間的拼縫采用泡沫棒及硅酮密封膠填充，再扣上U形鋼板，為加強(qiáng)其防水性能，在安裝中間層連接板前再添加了一層防水卷材（圖10）。

9 箱式模塊連接示意圖

10 模塊拼縫防水做法

3.4 個(gè)性化的設(shè)計(jì)表達(dá)

箱式模塊建筑受成本制約，模塊規(guī)格數(shù)量有限，多有功能主義傾向，容易導(dǎo)致建筑形式、空間單一，喪失個(gè)性特征[10]。但每個(gè)項(xiàng)目都有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)條件，它們賦予了箱式模塊建筑個(gè)性化的設(shè)計(jì)表達(dá)[11]。在箱式模塊建筑設(shè)計(jì)中，靈活處理建筑與場地間的關(guān)系，體現(xiàn)建筑與環(huán)境的適應(yīng)性，搭配組合立面要素的色彩、光影、質(zhì)感、紋理是表達(dá)建筑獨(dú)特性的有效手段。臨時(shí)校舍的設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)使用功能的前提下，對(duì)建筑與環(huán)境的關(guān)系、氣候適應(yīng)性和校園空間的藝術(shù)性等方面進(jìn)行了探索。

深圳地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，建筑對(duì)遮陽防水要求高。為了改善建筑的熱工性能，提高其氣候適應(yīng)性，校舍屋頂設(shè)置了一層500mm高的通風(fēng)層，四周采用穿孔鋁板圍合，并做了防水處理；屋面采用復(fù)合金屬板材組合成坡屋面，兼具保溫與防水功能。該做法有效緩解了夏季頂層屋面輻射過熱現(xiàn)象，是針對(duì)亞熱帶濕熱氣候的一種良好回應(yīng)。建筑外立面采取雙層結(jié)構(gòu)（圖11），在箱式模塊外側(cè)另覆一層鋁板外墻，并交錯(cuò)設(shè)計(jì)成外挑的方框形式，落水管等管線設(shè)施可藏在外層立面與箱體外墻之間。外掛鋁板形成遮陽效果，以緩解東側(cè)教學(xué)模塊由于陽光直射導(dǎo)致的教室黑板反光等問題，同時(shí)與模塊外墻間的空氣層一同起到一定的隔熱作用。此外，鋁板明亮的色彩也豐富了建筑的立面效果，與環(huán)繞建筑周邊的樹木相互映襯，為校園營造出了輕松自然的氛圍（圖12,13）。建筑南側(cè)毗鄰羅沙公路，為了降低交通噪音，南立面設(shè)計(jì)為雙層立面，在建筑外側(cè)增加鋼框架玻璃幕墻作為隔音屏障，提高了辦公模塊的舒適度（圖14,15）。

11 外掛鋁板軸測示意圖

12 建筑主入口實(shí)景

13 建筑外立面實(shí)景

14 南立面隔音屏障結(jié)構(gòu)示意圖

15 隔音幕墻實(shí)景

3.5 實(shí)際建造

整個(gè)校舍從施工到建成僅用時(shí)2個(gè)月，模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)其快速建造的基礎(chǔ)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性是保證其建造質(zhì)量的關(guān)鍵。然而從設(shè)計(jì)到實(shí)際建造仍然存在許多問題（圖16,17）。一是不同材料特性的組合、施工人員素質(zhì)有限、現(xiàn)場施工條件復(fù)雜以及施工周期短等問題帶來了較大的施工誤差?；A(chǔ)調(diào)平存在誤差導(dǎo)致箱式模塊吊裝至基礎(chǔ)時(shí)無法準(zhǔn)確到位，連接構(gòu)件變形。箱式模塊吊裝時(shí)，工人未按規(guī)范做法用吊裝支撐架導(dǎo)致模塊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，拼合時(shí)存在縫隙。二是造價(jià)的限制導(dǎo)致BIM技術(shù)未能引入，各專業(yè)信息協(xié)同度不夠。以衛(wèi)生間為例，結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)未能及時(shí)告知設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)衛(wèi)生間箱式模塊與其他箱式模塊的地面梁結(jié)構(gòu)高度不同，導(dǎo)致衛(wèi)生間箱式模塊的地面與窗沿距離過近，易產(chǎn)生安全隱患。三是施工管理不流暢，箱式建造體系有其特有的構(gòu)件安裝順序，但由于部分廠家無法按期交付構(gòu)件，且現(xiàn)場管理者并未及時(shí)與其他構(gòu)件生產(chǎn)商溝通，導(dǎo)致其他按期到場的構(gòu)件無法及時(shí)安裝，需在現(xiàn)場長時(shí)間存放，有限的場地條件使其出現(xiàn)變形損壞等問題，加大了施工難度。最終，深圳羅湖外語學(xué)校東校區(qū)雖有驚無險(xiǎn)地按時(shí)交付使用，但建造過程仍存在多處遺憾，望此文能為日后采用箱式模塊建造體系建筑的建造提供經(jīng)驗(yàn)，避免重蹈覆轍。

16 箱體吊裝

17 建造實(shí)景

4 結(jié)語

當(dāng)代社會(huì)發(fā)展迅猛，“永恒”的建筑有時(shí)無法滿足人們對(duì)快速、短期、突發(fā)的空間遮蔽需求，然而應(yīng)運(yùn)而生的“臨時(shí)”建筑并不意味著人們對(duì)建筑品質(zhì)要求的降低。臨時(shí)校舍對(duì)于深圳發(fā)展而言是教育空間緊缺下的應(yīng)急產(chǎn)物，但對(duì)于在這段過渡時(shí)期接受教育的孩子而言，卻是他們成長的場所，環(huán)境需要得到保證。由此可見，采用高度預(yù)制化的裝配式建筑并不意味著忽略空間使用者感受的盲目復(fù)制，而是要求建筑師對(duì)新技術(shù)有更深入的了解，在建造體系的基礎(chǔ)之上，通過科學(xué)的設(shè)計(jì)策略將綠色建造、科技應(yīng)用與建筑的人文性和社會(huì)性相協(xié)調(diào)，探索裝配式建筑的多樣性，實(shí)現(xiàn)其建筑空間的舒適性、適應(yīng)性及藝術(shù)性。

圖片來源

1,2,4?6,8?17 廣州圖岸建筑設(shè)計(jì)有限公司提供

3 作者自繪

7 作者自攝

項(xiàng)目信息

項(xiàng)目名稱：深圳羅湖外語初中學(xué)校（東校區(qū)）

業(yè)主：深圳市羅湖區(qū)政府投資項(xiàng)目前期工作管理中心

建設(shè)地點(diǎn)：廣東省深圳市羅湖區(qū)

建筑設(shè)計(jì)：廣州圖岸建筑設(shè)計(jì)有限公司、華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：朱亦民

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：蔣佐、李曉雯、丘健海、任超

總建筑面積：6 700m2

設(shè)計(jì)時(shí)間：2021.01—2021.05

建成時(shí)間：2021.09