基于功能分析的居住空間模塊化設計

李冬冬

(南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211100）

基于制造業的經驗，模塊化設計是與大規模定制相匹配的一種設計方法.模塊化設計方法運用于建筑設計亦并非一個新興課題，但通常僅限于對工業化建造過程中實體構件的模塊劃分進行研究，而對于功能空間的模塊化聚類的研究還未檢索到相關文獻.本文所研究的功能空間的模塊化設計是在功能分析的基礎上，融入了空間的可變性與多義性，運用設計結構矩陣DSM原理進行空間聚類的設計方法，其中的功能空間模塊不僅限于傳統意義上的獨立房間，而是從居住者普遍共存的生活行為中提煉出來的居住行為所映射的空間領域.

功能分析是實現功能創新的重要方法,也是實現產品創新的核心技術[1].功能分析是空間模塊劃分的基礎和主要依據.居住空間的功能分析，就是根據居住者的生活行為模式和家庭結構進行分析，并提取其共性的過程.功能分析將居住空間大致分解為若干生活模塊，生活模塊的劃分為功能空間的分區提供了依據（圖1）.

圖1 生活模塊劃分及其關系Fig.1 Life module division and its relationship

1 空間模塊的功能分析

從功能類型的角度，功能分析是將住宅空間的總功能分解為基本功能、 輔助功能和擴充功能等功能子模塊，以此為基礎再將它們進行歸納、分析，簡化成典型的功能單元（圖2）.這些功能單元是空間模塊的雛形.但是，空間模塊由于自身的虛擬性，又具備與實體模塊所不同的多義性、模糊性等特點，所以空間模塊可以是一個房間，也可以是幾個房間，或者僅僅是一個區域，并不受單個房間的約束.比如，玄關模塊、起居模塊、交通模塊、餐廚模塊、衛浴模塊、陽臺模塊、收納模塊、多功能模塊等.

圖2 住宅功能分解示意圖Fig.2 Residential functional decomposition diagram

2 空間模塊的特征分析

空間模塊化的主要特征是模塊的通用性，能適應多種戶型與檔次的需要，例如玄關模塊、衛浴模塊、收納模塊等，只要尺寸合適，可以使用在不同的套型中.通用性的具體表現就是典型化、系列化和標準化.作為功能空間，典型化是指其形態的普適性，圓形、梯形、三角形、平行四邊形等空間不適于作為功能模塊，最常見的矩形空間，經過組合的L型或T形空間也可以成為空間模塊（圖3）；系列化也就是通過局部尺寸以模數化序列的增減和內部子模塊的布局變化，形成系列族群供不同套型的住宅選用.標準化不僅是指形狀尺寸標準化，而且也是指其界面與接口的標準化.標準化的目的是要達到界面與接口的統一.對于空間模塊來講，界面要統一就是模塊之間分隔墻體的形狀要平齊或互補，接口的統一就是出入口的位置與大小要對位.

圖3 空間模塊的三維意向Fig.3 Three-dimensional intention of space module

對于功能空間的二維圍護界面而言，空間模塊間的圍護界面分為實體、虛體與虛空，實體圍護即是實體隔墻（包括結構與非結構），虛體圍護是利用透視或透光隔斷、家具、織物等裝飾等手段形成的均為虛體界面，其目的是阻擋人的直接隨意通行，虛空圍護是指利用鋪裝、吊頂、燈光，或者只是利用“格式塔心理”形成的圍護，不影響任何通行.根據圍護界面的組合特征，本文試探性地將空間模塊分為15種類型（圖4）.運用15種模塊，基本可以實現常規住宅平面的組合設計.

根據以上分析，空間模塊具有如下特征：

(1)空間模塊具有通用性，而通用性的表現就是典型化、系列化和互換性；

(2)空間模塊具有功能上的多義性與模糊性，即功能的區分并非涇渭分明；

(3)空間模塊的界面具有靈活性與可變性，從而形成空間自如的開合變化；

(4)空間模塊形態具有相似性與嵌套性，為功能轉換提供了便利.

根據以上特點，模塊化的空間設計模式可以根據每個功能區域的特點，以標準化的單元容納不同的功能空間，以實現各類空間的靈活安排和使用.

圖4 空間模塊的二維意向Fig.4 Two-dimensional intention of space module

3 基于DSM的空間模塊的類聚

3.1 空間模塊聯系維度與強度

功能空間模塊之間的類聚復合是根據使用對象、空間性質和使用時間等進行合理組織，將使用性質和使用要求相近的空間進行類聚，同時又要避免使用要求不同的空間互相干擾.空間模塊類聚的意義在于能夠將具有相似性質的模塊進行集成設計和系列化設計，從而以相對少的典型化、通用化的模塊數量組合成多樣化的空間組構.

根據設計結構矩陣的原理，進行空間模塊的聚類首先需要對模塊之間的聯系強度進行分類[1]強度分類又要從不同的聯系維度進行.根據日常生活經驗，居住空間的聚類通常應從公私、動靜、潔污三個維度進行聯系與分區.雖然三種維度之間既有并行關系，但亦有適度的交叉，但也基本覆蓋了居住空間關系的主要屬性.

聯系強度也即模塊之間的關系的密切程度，在本文中擬采用量化的方法對聯系強度進行表述.如果按照模塊間的密切程度將相關度分為三個層級，其值在0～3之間波動（表1）.強聯系是指兩個空間毗鄰且直接開口，比如廚房與餐廳，主臥與主衛.較強聯系是指空間的毗鄰或相對，但不直接開口，而是通過廳廊聯系，比如起居、次臥等與公衛之間.較弱聯系是指空間之間既不毗鄰也不相對，通過較長的交通空間或公共空間聯系，比如臥室與廚房，臥室與入口.無聯系是指兩個空間之間需要通過臥室等私密性空間方能聯系，比如起居室與主衛，起居室與套間的內間之間.進行聯系強度判斷的依據是前文所述的三個聯系維度，其中三個維度的權重從大到小依次為：公私>動靜>潔污.

表1 空間模塊相關度定義Tab.1 Space module correlation definition

根據功能空間分析繪制相關度DSM（表2）.經過識別，一套典型的住宅可分解為14個空間元素，并對這14個元素進行編號（編號順序具有隨機性），得到一個綜合單向量矩陣.

3.2 DSM模型的聚類劃分

對空間模塊DSM模型聚類劃分的目標是：①發現DSM模型中元素的最優聚類；實現模塊化劃分；②使每個模塊聚類之間的聯系達到最小化，實現聚類之間的低耦合，以有利于設計任務的并行；③模塊之間的聯系盡量限制于聚類的內部；④通過公共聚類與其他聚類之間的聯系，來削弱其他非公共聚類之間的聯系；⑤準確、良好地定義聚類之間的空間聯系[3].

分別從三種維度的分區進行分析，綜合判斷各個模塊之間的聯系強度，通過DSM模型可以看出，廳廊與絕大部分空間都有強聯系，因此可歸屬于公共類元素，主衛可以歸屬于主臥室的聚類；玄關、餐廚、家務陽臺之間的強聯系較多，可以聚為一類；通過行列轉換，得到一個公共聚類，三個普通聚類，其私密度與安靜度逐漸增強，而每個聚類內部亦有潔污分區（表3）.

表2 空間模塊的DSM模型Tab.2 DSM model of space module

表3 轉換后的空間模塊DSM模型Tab.3 The space module DSM model after conversion

采用DSM模型進行聚類劃分的方法并非一套完全量化而刻板的設計模式，其中元素間的相關性及其權重仍需設計師的經驗判斷.而且，由于空間組構的無限可能性和居住行為的復雜性，最后的空間組合評價仍需設計師依據經驗進行綜合判斷.

4 核心模塊的類聚

在上述模塊聚類的基礎上，為了達到簡化設計的目的，可以再提煉所有功能中最為穩定的起居、餐廚空間作為核心模塊，將它們的位置一旦確定下來，整個平面布局也就大致確定了.如今，發展比較成熟的是從日本承襲的nLDK模式，即將起居和餐廚集成為一個核心模塊（LDK模塊）,再通過這個核心模塊將n個臥室，書房、儲藏室等其他功能房間進行組合.LDK是分別具有各自功能的三種空間，通過它們之間相互關聯方式或分隔方式的不同，使空間的功能、性格得以變化（圖5）.筆者以日本設計師小原二郎等人的研究為依據，對LDK組合進行了總結，提煉出九種集成方式（圖6）[4].

圖5 LDK模塊類聚方式Fig.5 The LDK module clustering mode

圖6 空間模塊集成方式Fig.6 The pattern of the space module integration

LDK型 LDK型的空間并不分隔，是統一為一體的形式.由于烹飪設備家具化，以及排煙設備愈加先進，烹飪過程也加入到團聚空間中.這種類型對應于某些清淡的飲食習慣和開放的起居習慣.

L·DK型 這是DK為同一空間的形式，L與DK之間有較弱聯系的類型.由于L具有相對的獨立自主性，可以有一個相對完整而安靜的空間.

L+DK型 這是L型與DK型完全獨立，DK型為同一空間的形式.當“L”需要一個平靜的氣氛或會客作為重點時.必須注意D的空間不能小.

LD·K型 LD型與K型之間由柜臺或多功能桌等家具分隔，適用于中等戶型.

L·D·K型 這是L型與D型和K型各自在一定程度上保持獨立的形式.由于綜合起來，面積較大，適合于中等以上的套型.

L+D·K型 這是L型為獨立空間，D型與K型保持適當聯系的形式.由于它適用于注重會客的L，D要有寬裕的空間兼做團聚的場所.處理成完全的家庭空間也是方法之一.

L·D+K型 K獨立，L與D稍加分離，L·D型的面積比LD的面積大，各部分空間比較穩定.

LD+K型 這是K獨立，LD型在同一空間的形式，是中等套型住宅使用最多的形式.在這里L型與D型各自互不干擾是關鍵.因為空間可以互相共有，所以身處其中有寬敞的感覺.

L+D+K型 L型與D型和K型各有獨立的空間，適宜于在大套型住宅中使用.

5 空間模塊的系列化設計

模塊系列化設計包含兩個內容：一是模塊系列的總體策劃，二是各類模塊自身的設計.“模塊的系列化包括以下幾種 ：橫系列模塊化、縱系列模塊化、跨系列模塊化、全系列模塊化”[5].

5.1 橫系列模塊化

橫系列模塊化是將某種典型模塊作為基型模塊，其他可變更模塊在其基礎上進行增減的模塊化設計方法.住宅中的LDK型或DK型模塊因其典型性最強（模塊內部的部品、器具最為集中，且通常以嵌套與耦合等方式進行集成，對空間尺寸模數化、形體標準化的要求高）而作為基型模塊，以臥室、書房等房間作為外掛的可更換模塊，則會產生不同的組合系列（圖7）.

5.2 縱系列模塊化

縱向系列化是對同一類型中不同規格的基型模塊進行系列化設計.所謂不同規格主要體現在主尺寸上.而主尺寸不同的模塊其功能、容量往往是不同的.在nLDK型的組合方式中，隨著房間數量與套型總面積的增加，服務人數也相應增減，只選用一種固定的LDK型基型模塊，必然造成其功能或容量的欠缺或冗余，因此基型模塊往往采用分段通用的方法進行設計，隨著套型規模的擴大，LDK的面積也在分段擴大（如圖8）.

圖7 基于LDK的橫系列模塊化Fig.7 LDK based cross series modular

圖8 LDK的縱系列模塊化Fig.8 LDK's vertical series of modular

5.3 跨系列模塊化

隨著家庭成員的增加和戶型規模擴大，臥室數量隨之增加，同時LDK型的面積、衛浴空間面積、儲藏空間和交通空間的面積也都隨之分段增加.此時縱系列與橫系列模塊化可以兼顧使用，這時就成為跨系列模塊化.

6 結論

功能分析是空間模塊劃分的基礎和主要依據.居住空間的功能分析，就是根據居住者的生活行為模式和家庭結構進行分析，并提取其共性的過程.居住空間的模塊化設計可以在功能分析和模塊的相關度分析的基礎上，運用設計結構矩陣DSM的方法進行模塊聚類.空間模塊類聚的意義在于能夠將具有相似性質的模塊進行集成設計和系列化設計，從而以相對少的典型化、通用化的模塊數量組合成多樣化的空間組構.空間模塊的系列化設計可以分為橫系列、縱系列與跨系列等幾種方式，這幾種模塊化在實際的操作中并非涇渭分明地存在，往往是根據設計的不同階段和設計對象相互滲透地綜合運用.

References

[1]劉杰,侯智,廖林清.基于功能分析的產品創新方法研究[J].組合機床與自動化加工技.2004(8): 13-15.LIU Jie,HOU Chi,LIAO Linqing.Research on productinnovation methods based on functional analysis[J].Combined Machine Tools and Automatic Processing Technology.2004(8): 13-15.

[2]劉建剛,馬安,王寧生.基于設計結構矩陣的產品結構模塊聚類方法[J].華南理工大學學報(自然科學版),2006,34(11): 45-48.LIU Jiangang, MA An, WANG Ningsheng.Productstructure module clustering method based on designstructure matrix[J].Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition),2006,34(11): 45-48.

[3]唐敦兵,錢曉明,劉建剛.基于設計結構矩陣DSM 的產品設計與開發[M].北京: 科學出版社,2009.TANG Dunbing,QIAN Xiaoming,LIU Jiangang.Productdesign and development based on design structure matrix DSM[M].Beijing: Science Press,2009.

[4]小原二郎,加藤力,安藤正雄.室內空間設計手冊[M].北京: 中國建筑工業出版社,2000.OHARA Jiro,KATO Chikara,ANDO Masao.Interior space design handbook[M].Beijing: China Architecture Industry Press,2000.

[5]賈延林.模塊化設計[M].北京: 機械工業出版社,1993.JIA Yanlin.Modular design[M].Beijing: Mechanical Industry Press,1993.