基于模塊化理念的中小學(xué)校建筑設(shè)計策略探討

建筑工業(yè)化是當前的重要發(fā)展趨勢，其中模塊化建筑以其快速高效、品質(zhì)可控、施工安全、時間可控、節(jié)約資源、環(huán)境污染少等優(yōu)點而受到重視。以模塊化在中小學(xué)建筑設(shè)計應(yīng)用角度出發(fā)，梳理建筑功能空間構(gòu)成，探討從前饋策劃到場地、平面、立面整個過程的設(shè)計策略，包含功能模塊的設(shè)計、拆分和整合，并對BIM平臺融入中小學(xué)模塊化設(shè)計進行展望，為下一步模塊化更深入的研究提供參考。

模塊化; 中小學(xué)校; 設(shè)計策略

TU244.2A

建筑論壇與建筑設(shè)計建筑論壇與建筑設(shè)計

［定稿日期］2023-03-14

［作者簡介］麻鴻（1992—），男，苗族，碩士，工程師，研究方向為建筑設(shè)計及其理論。

0" 引言

模塊化概念首先是在工業(yè)產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)中形成、發(fā)展和完善的，其目的在于簡化、協(xié)調(diào)設(shè)計與生產(chǎn)，模塊化設(shè)計的應(yīng)用，加速了工業(yè)化產(chǎn)品的革命性發(fā)展。在模塊化工業(yè)生產(chǎn)中，首先產(chǎn)品被劃分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，然后將其組合為不同的規(guī)格、種類的模塊，最終再通過模塊的組合形成工業(yè)產(chǎn)品。

因此，將模塊化概念用于建筑建造，則建筑可以被視為由不同規(guī)格、種類的多個建筑“部件”模塊構(gòu)成的工業(yè)產(chǎn)品，對于功能構(gòu)成較為復(fù)雜的建筑，其建筑“部件”模塊又通過多個建筑“組件”模塊構(gòu)成，而每個建筑“組件”則又通過多個建筑“元件”模塊拼裝?！霸蹦K可以是具備一定通用性的標準化功能房間，而其中的承重或圍護構(gòu)件則是建筑“零件”。從“部件”模塊到“零件”模塊各個層級的連接端口應(yīng)具備標準性、通用性、兼容性的特征，從而整體實現(xiàn)靈活化、精準化、經(jīng)濟化、系列化、層次化、規(guī)模化、集成化。

在中小學(xué)建筑中，建筑功能構(gòu)成較為簡單，相同房間重復(fù)數(shù)量較多，有利于將功能規(guī)整劃分為少量規(guī)格的大量使用房間。便于使用模塊工業(yè)化方式進行規(guī)模建造，能夠有效降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。模塊化按照材料不同可分為預(yù)制混凝土模塊化與鋼結(jié)構(gòu)模塊化。

1" 基于模塊化設(shè)計理念的中小學(xué)建筑設(shè)計策略

1.1" 設(shè)計前饋控制

前饋控制是必要且關(guān)鍵的先行溝通和思考預(yù)測的過程，具體表現(xiàn)為在設(shè)計前的一些準備和溝通工作，包括技術(shù)上的選址、空間形態(tài)與空間拓展的預(yù)判，與建設(shè)方、施工方、運維方、使用方溝通，明確當前任務(wù)目的需要和預(yù)期結(jié)果，可能采用的施工技術(shù)，預(yù)計未來發(fā)展趨勢，避免在未來不同發(fā)展階段可能出現(xiàn)的偏差或風(fēng)險而事先采取對應(yīng)措施。

1.2" 中小學(xué)模塊系統(tǒng)的“拆分”

從功能區(qū)分來說，中小學(xué)一般由教學(xué)用房、行政辦公、生活服務(wù)、運動區(qū)這四部分構(gòu)成，其中教學(xué)用房可細分為普通教室、專用教室（實驗室、美術(shù)教室等）、公用教室（合班教室、視聽教室等）、閱覽室等；行政辦公可細分為教師辦公室、傳達室、廣播室、檔案室等；生活服務(wù)可細分為廚房、食堂、宿舍、設(shè)備用房等。

根據(jù)功能與相近模數(shù)尺寸規(guī)整歸類的方式，中小學(xué)大致可分為幾類模塊。

1.2.1" 基本功能模塊

教學(xué)是學(xué)校的基本功能，教室模塊則是學(xué)校最基本、核心的模塊化單元，具有重復(fù)性強、數(shù)量大、標準化高的特點。模塊的尺寸由使用功能、模數(shù)協(xié)調(diào)標準與運輸要求決定，面寬一般為 6.3～8 m，進深尺寸 7.1～10 m，凈高在3.0～3.5 m?；灸K的尺寸將作為其他模塊尺寸的參照依據(jù)。教室單元模塊可單獨模塊單位，也可將走廊包含在內(nèi)。

1.2.2" 輔助功能模塊

輔助模塊是對教學(xué)功能的輔助補充，功能與尺寸更具靈活性。輔助模塊包括交通模塊和輔助功能模塊，交通模塊可進一步細分為豎向交通模塊與水平交通模塊。輔助功能模塊則根據(jù)需要進行擴充，包含教學(xué)輔助部分、管理辦公部分、生活餐廚、后勤等。為與基本模塊相協(xié)調(diào)，輔助模塊可采用 1/2、1/3、2、3的標準模塊尺寸。

1.2.3" 特殊功能模塊

特殊功能模塊為基本功能的延展和完善，滿足合班上課、大中型會議、階梯教室、閱覽室、體育活動、食堂等功能要求，在不同規(guī)模學(xué)校有著不同的配置要求，空間尺寸一般會在面寬和高度超出標準模塊，例如專業(yè)教室模塊與個別大空間模塊。模塊尺寸可采用：面寬7.8～9.6 m，進深 10～12 m，凈高3.1～3.5 m。

2" 中小學(xué)模塊系統(tǒng)的“整合”

2.1" 場地的整合策略

場地整合依據(jù)建筑功能體塊布局和對場地利用的不同，主要有分散式、整合式、整體式三種方式（表1）。

分散式組合方式屬于傳統(tǒng)場地利用方式，從最開始單一功能的南北朝向教學(xué)樓棟布置方式不斷擴展為教學(xué)組團，場地各功能組團分散布局，總體為包含行政、文藝、科研、運動等多功能的建筑群。整體流線清晰相對獨立，建筑布局形式多樣化，場地內(nèi)僅通過道路進行連接。分散式組合方式多適用于用地較為富裕、規(guī)模較大、功能較多的中小學(xué)校園。

在整合式組合方式中，建筑體塊布局相對集中，功能之間以廊道聯(lián)系，圍合形成封閉、半開放、全開放等不同層級的院落空間，院落空間可結(jié)合建筑半開放空間設(shè)置，利用為休閑、運動、學(xué)習(xí)、綠化等功能，是常用的中小學(xué)布局策略。連接廊道與共享空間設(shè)計使得各組團在保持交通聯(lián)系的基礎(chǔ)上，獲得功能相對獨立，增加空間層次與靈活性。

整體式組合方式將多個功能區(qū)以垂直方向關(guān)聯(lián)形成教學(xué)綜合體，是校園功能布局的集約化布置方式，適用于用地范緊張的城市環(huán)境中。

2.2" 平面模塊的整合策略

根據(jù)功能模塊與交通空間的空間特點不同，模塊組織方式主要有行列式，院落式兩種。

行列式可分外廊式和內(nèi)廊式，主要通過單側(cè)或雙側(cè)走廊來串聯(lián)不同的功能模塊。為豐富空間體驗，可以通過改變走廊形式或功能模塊拼接方式得以實現(xiàn)，走廊可變化形成局部外挑內(nèi)凹，或附加豎向交通，或局部走廊南北錯動；模塊拼接方式可采用間隔拼接、錯動拼接、不同模塊組合拼接、植入半開放空間拼接等方式。

院落式組織方式一般可分為Ｌ形、Ｈ形、Ｕ形、回字形等，或是多種形式復(fù)合，形成的組合式院落。院落也可看做由多個不同朝向的行列式組合，可靈活創(chuàng)造出不同圍合氛圍的空間感受。

模塊單元間的界面組合方式有長邊拼合、短邊拼合、長短邊拼合、前后錯位、間隔平行，這五種基本形式通過模塊重復(fù)、尺寸變化及本身組合方式調(diào)整，又可以產(chǎn)生豐富的衍生形式和空間效果。

模塊空間的拼接界面處理可以是柔性連接或硬性連接，柔性連接即通過灰空間、功能用房、服務(wù)輔助用房、活動構(gòu)件等連接體作為過渡空間，活動構(gòu)件可以是靈活的隔板、低柜、屏風(fēng)等，能夠根據(jù)需要有效分隔或延伸使用空間。硬性則是以標準化方式對模塊間端口進行的固定連接，具有更強的空間分隔作用。

2.3" 立面形式的整合策略

中小學(xué)建筑立面的主要構(gòu)件包括：梁、柱、外墻以及其他成品構(gòu)件。因此，在模塊化建筑立面的設(shè)計中，通過對以上立面構(gòu)件的精細化、整體化設(shè)計能夠達到不同的藝術(shù)效果。根據(jù)表現(xiàn)主體不同，有幾種基本的設(shè)計方法。

（1）突出梁、柱的立面形式：可通過調(diào)節(jié)梁、柱、外墻的相對位置來強調(diào)建筑線條立面。結(jié)構(gòu)梁整體突出于結(jié)構(gòu)柱，則立面強調(diào)橫向線條；結(jié)構(gòu)柱整體突出梁，則立面強調(diào)豎向線條；梁柱交叉突出于外墻，立面則呈現(xiàn)出井字型網(wǎng)格，具有模塊化的立面感。

建筑論壇與建筑設(shè)計麻鴻， 黃江波， 姚斌， 等： 基于模塊化理念的中小學(xué)校建筑設(shè)計策略探討

（2）突出窗墻的立面形式：中小學(xué)建筑功能普遍對采光、通風(fēng)有較高需求，外墻設(shè)計也應(yīng)基于有窗外墻開展?？赏ㄟ^改變窗排列組合、窗形式、外墻形式實現(xiàn)藝術(shù)效果。窗可以兩至三組不同模塊按照一定韻律組織；窗可以是橫向條窗、豎向條窗，或是平整外墻上增加凸窗增加表面層次感；外墻形式可以是增加外墻形態(tài)變化、外墻材質(zhì)變化、外墻分縫變化。

（3）突出構(gòu)件的立面形式：立面構(gòu)件有空調(diào)板、欄桿、百葉窗、格柵、遮光板等，這些不同種類的構(gòu)件模塊通過系統(tǒng)有序設(shè)計，在實現(xiàn)功能要求，達到美化立面的效果。

在實際項目的立面設(shè)計中，通常是綜合采用以上基本策略，再加上不同色彩的應(yīng)用。此外，也可以與當?shù)匚幕嘟Y(jié)合，對地域文化進行元素符號提取或異化處理，建立幾種基本模塊體，再通過有序變化產(chǎn)生變體，結(jié)合豐富的體塊組合方式，進而形成建筑空間和形體。

3" 結(jié)束語

中小學(xué)校的模塊化建造模式，區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計建造，通過模塊化設(shè)計整合生產(chǎn)、設(shè)計、施工，對建筑的功能、平面、立面、構(gòu)件等進行整體優(yōu)化考慮，能夠極大提高建造效率、減少建筑能耗。此外，也可以通過BIM（Building Information Modeling）技術(shù)對模塊化建造做進一步提升，建立功能模塊、連接模塊、結(jié)構(gòu)模塊、構(gòu)件模塊、設(shè)備模塊等標準化BIM信息庫，在BIM軟件平臺拼合各專業(yè)模塊，并進行碰撞檢測、協(xié)同、優(yōu)化，統(tǒng)籌建筑、結(jié)構(gòu)、MEP等各專業(yè)，最終有序延展，形成集工廠預(yù)制生產(chǎn)、全專業(yè)協(xié)作設(shè)計、裝配式建造、信息化運營的全生命周期服務(wù)。

參考文獻

［1］" 樊興偉， 高寶虎， 肖斌，等. 裝配式模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑在學(xué)校建造體系中的應(yīng)用研究［J］. 智能建筑與智慧城市， 2021（12）：2.

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［3］" 王心如.建筑模塊化設(shè)計探究［D］.青島：青島理工大學(xué)， 2016.