模塊化策略在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

于斯逸

摘 要：自最初誕生以來，模塊化策略便給建筑的設(shè)計與制造等問題帶來了一定影響作用。在當今社會的迅猛發(fā)展階段，土地、環(huán)境以及能源等因素，已給建筑領(lǐng)域的發(fā)展，帶來了一定阻礙。科技的進步，所給人類帶來的，并不只是空前的消費動力，也伴隨有無可估量的環(huán)境惡化以及資源消耗。未來，任何領(lǐng)域中理念、體制、技術(shù)、標準都會逐步發(fā)生變化，建筑設(shè)計領(lǐng)域也不例外，未來，建筑優(yōu)化設(shè)計的核心發(fā)展方向在于提升建筑設(shè)計的水準，實現(xiàn)工業(yè)化與綠色建筑的有效對接。本文就怎樣為建筑硬件資源的持續(xù)活力提供有力保障，在時空的雙重維度上，提出了模塊化策略的可持續(xù)性效應(yīng)，進而就建筑可持續(xù)性設(shè)計中，模塊化策略的應(yīng)用方法進行探究、討論。

關(guān)鍵詞：模塊化；設(shè)計策略

在當前的建筑生產(chǎn)活動中，亟需在資源較為有限的基礎(chǔ)上，力爭實現(xiàn)長足發(fā)展目標，因建筑生產(chǎn)活動，需要投入大量物力以及人力，如出現(xiàn)問題，會引發(fā)建筑閑置現(xiàn)象，進而造成資源浪費。另外，在原有建筑無法與新時期的使用需求保持同步之時，也會引發(fā)閑置現(xiàn)象。作為一種成熟的設(shè)計以及生產(chǎn)方式，模塊化策略已普及應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域中，不少建筑師也就怎樣應(yīng)用模塊化策略，以引導(dǎo)建筑生產(chǎn)活動，并使之與當代工業(yè)體系保持同步進行了探究討論。模塊化設(shè)計階段，通過拆分與組合的方式，以實現(xiàn)多樣化功能、需求整合的思想，將可持續(xù)理念體現(xiàn)了出來，建筑設(shè)計中，模塊化設(shè)計的應(yīng)用，能夠為“存量建筑”問題的解決，提供有效方法。

1 與模塊化有關(guān)的定義簡介

1.1 模塊

模塊的概念可追溯至20世紀初的德國，該概念于20世紀中葉被普遍接納、認可，并發(fā)展為與之相關(guān)的一系列理論。到目前為止，與模塊相關(guān)的、為眾人所廣泛接納的概念是：“模塊是一種通用、典型的獨立單元，它具有一定的接口結(jié)構(gòu)以及功能，可組合為一個系統(tǒng)。

1.2 模塊化

對于“模塊化”的核心，Baldwin以及Clark作為哈佛大學(xué)教授，將之歸納為 “將較小的，能夠獨立進行功能設(shè)計的系統(tǒng)，組合建立為一個復(fù)雜流程或產(chǎn)品”的過程。從中不難得知，“模塊化”是指應(yīng)用系統(tǒng)論的觀點，將復(fù)雜問題分解為多個子系統(tǒng)后，再分別進行操作的系統(tǒng)理論。“模塊化”包含了兩大過程，即模塊集中化與分解化。

1.3 建筑模塊化

應(yīng)用模塊化的策略來進行建筑設(shè)計與生產(chǎn)的方法，即為建筑模塊化。具體而言，它是指將建筑這一集成了多個專業(yè)的復(fù)雜整體，分解為具有一定功能性、標準性的模塊，將模塊作為單元，進行設(shè)計、生產(chǎn)，并借助于模塊單元的組合與拼接，以實現(xiàn)建筑的整體生產(chǎn)流程。

2 建筑模塊化的四項可持續(xù)性原則

（1）借助于模塊這一中間層次的設(shè)置，將整體流程簡化，從而有效縮短建筑周期以及工程設(shè)計，即為模塊化策略的核心所在，由此，也能更好地利用社會資源，彰顯了資源保護的基本準則。

（2）模塊應(yīng)兼?zhèn)渫ㄓ眯浴⒒Q性以及獨立性三大體系特點。建筑模塊是建立整體系統(tǒng)的單一部件，它有著多樣化的可能性，可實時更新，并在拆分后，進行重新組裝、替換，可獨立編輯。模塊化建筑有助于提升建筑耗材的利用率，將反復(fù)利用資源的基本準則體現(xiàn)了出來。

（3）作為一種標準化形式，一旦模塊化建筑得以普及應(yīng)用，不但會改善建筑的整體生命周期，并且還能將建筑生產(chǎn)對環(huán)境所造成的不良影響作用最小化，將保護自然的基本原則體現(xiàn)了出來。

（4）就生產(chǎn)方式而論，建筑設(shè)計中，模塊化策略的應(yīng)用能夠在建筑生產(chǎn)流程中，引入預(yù)制生產(chǎn)，進而改善建筑物的品質(zhì)，延長建筑物的使用壽命以及整體生命周期，進而在單位時間內(nèi)，降低建筑的平均損耗，它具有長足發(fā)展意義，并將質(zhì)量原則體現(xiàn)了出來。

3 建筑模塊化應(yīng)用方法的可持續(xù)性原則體現(xiàn)

總體而言，建筑模塊的組合與分解，體現(xiàn)了建筑模塊化的實質(zhì)意義，可將其應(yīng)用方式，劃分為兩個不同階段：其一，依照市場需求、設(shè)計目標來明確模塊劃分的基本準則；其二，依照一定的組織方法，將劃分好的模塊組合為一整體。而建筑行業(yè)的固有特點決定著其在模塊化的具體應(yīng)用方法上，會獨具特色，接下來，本文就不同階段，其應(yīng)用方法對于可持續(xù)性原則的表現(xiàn)與體現(xiàn)進行探討：

3.1 建筑模塊的劃分

3.1.1 將使用功能作為基礎(chǔ)

對于建筑而言，功能是其基本屬性，功能規(guī)律在模塊化建筑中的應(yīng)用，是模塊劃分的首要考慮原則。以東京中銀艙體大廈為例，日本建筑師黑川紀章依照功能，將設(shè)備、家具模塊化，經(jīng)組合后，建立了一個居住模塊，其規(guī)格為2.3m×3.8m×2.1m，再借助于此類居住模塊的穿插組合，構(gòu)建了整棟建筑。

基于使用功能，劃分模塊化的長遠意義在于：模塊能夠與其使用功能對應(yīng)起來，并能獨立完成該功能所需建筑設(shè)備的安裝，實現(xiàn)其所需使用空間的組裝。在其他建筑需要增添或補充某種功能模塊或需更換功能需求之時，對于作為特定功能模塊的臨時組合的整體建筑而言，僅需定向更換特定模塊，或進行增刪便可。如此一來，不但有效提升了建筑耗材的使用率，并且也簡化了施工流程，規(guī)避了繁多的現(xiàn)場操作。

3.1.2 以設(shè)計目標為核心

不限于將功能使用作為劃分模塊的基本原則，建筑模塊化還應(yīng)將設(shè)計目標落實到位。在構(gòu)建設(shè)計階段，應(yīng)當將如文化、傳統(tǒng)、思想等源于建筑本體以外的內(nèi)容、設(shè)施、結(jié)構(gòu)、造型、材料以及功能等納入全盤考慮范疇之內(nèi)。因此，對于模塊化策略的實際應(yīng)用而言，應(yīng)在優(yōu)先考慮設(shè)計著眼點的前提下，兼顧功能以及建筑設(shè)計本體思想的表達。

3.2 建筑模塊的組合

3.2.1 空間關(guān)系

在一定意義上，建筑建造亦是空間營造的過程，模塊化建筑也概莫能外。由于建筑建成之后，其空間效果是由模塊間的組合而決定的，為此，在模塊組合的過程中，應(yīng)當優(yōu)先將不同模塊間的空間關(guān)系納入考慮范疇之內(nèi)。

抽象說來，不同的模塊間具有三種關(guān)系，即相離、相切以及相交。建筑需求、功能需求、景觀朝向等因素，均會給模塊空間關(guān)系的組織帶來一定影響。我們可以通過模塊化建筑的空間關(guān)系是否與可持續(xù)性原則相符，來判斷該設(shè)計方案是否優(yōu)秀，譬如，科學(xué)的排布規(guī)律，有助于提升能源的利用率，改善建筑的功能，良好的體量關(guān)系，有助于降低能源消耗。

3.2.2 交接設(shè)計

依照 “模塊化”理論，模塊具有四大屬性，其中，應(yīng)將 “接口”作為重點考慮對象。不同建筑模塊的交接，涵蓋了多樣化的建筑的物質(zhì)性因素，應(yīng)將構(gòu)造以及結(jié)構(gòu)等因素，納入考慮范疇之內(nèi)。

對于原始的模塊化住宅而言，電、水、結(jié)構(gòu)、暖等，均需采用科學(xué)的方式，連接起來。本文采用系統(tǒng)性的方式，對O-House案例中不同模塊間的連接方式進行了探究與討論，對原有的連接方式，進行了歸納分析，另外，還改良了傳統(tǒng)的連接方式，實現(xiàn)了電、水、結(jié)構(gòu)、暖的預(yù)制生產(chǎn)。

4.建筑設(shè)計的模塊化影響策略分析

4.1 模塊化設(shè)計的優(yōu)點

模塊化設(shè)計理念，作為綠色設(shè)計方式的一種，已成為國內(nèi)建筑設(shè)計中一種較為成熟的設(shè)計方法，它具有三大優(yōu)勢：1.縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，可提前制成；2.提升產(chǎn)品的精準度，實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化創(chuàng)新，能夠更好地適應(yīng)市場變化；3.降低環(huán)境的負作用；4.有序進行回收拆卸與處理，進行反復(fù)利用。

4.2 建筑功能對模塊化的影響與整合

在建筑設(shè)計中，功能扮演著重要角色，它占有主導(dǎo)性地位。在新的發(fā)展時期，建筑便是基于功能而得以漸漸時興并發(fā)展起來的。“美觀、牢靠、實用”作為建筑的三大核心因素，其中，最為關(guān)鍵的因素便是 “實用”，該因素亦是建筑的一種固有屬性。就本質(zhì)意義而論，人們的生活活動具有社會性，且是動態(tài)的，這也意味著功能亦是動態(tài)的，具有社會性。作為建筑與生活間所達成的一種默契，功能體現(xiàn)了人與建筑間的和諧關(guān)系。城市模塊化的動機雖然各不相同，但由始至終，均需將功能擺在首要位置。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)對模塊化的影響與整合

建筑結(jié)構(gòu)是建筑模塊化的一種影響因素，在建筑師看來，建筑功能與建筑結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，并不只是對于物質(zhì)空間的需求，其范圍極其廣泛。在外部結(jié)構(gòu)上，建筑具備標明通道、劃分空間以及空間隔斷等功能。建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能與外部結(jié)構(gòu)功能存在相似之處，能夠在空間上，借助于結(jié)構(gòu)的緊密排列而限定建筑功能。

4.4 環(huán)境對建筑設(shè)計模塊化的影響與整合

建筑往往是以具體的形態(tài)而存在的，而非以獨立的個體，存在于周邊的空間環(huán)境當中。建筑功能與其周邊的附屬設(shè)施、景觀以及道路等密不可分。在布置建筑設(shè)計的功能之時，應(yīng)將如水電管線的布置等因素納入考慮范疇之內(nèi)，預(yù)留一定空間，以免對室內(nèi)功能造成不良影響。

5模塊化建筑的應(yīng)用前景展望

迄今為止，隨著模塊化策略的不斷發(fā)展，它已在集裝箱、住宅建筑等領(lǐng)域，發(fā)展為建筑設(shè)計架構(gòu)的核心思路；在建筑設(shè)計中，模塊化策略是一種解決其多樣性、標準化問題的核心方法，該策略也常作為完整設(shè)計框架下的部分內(nèi)容，用以解決復(fù)雜性建筑中的問題。參照其他領(lǐng)域中模塊化策略的發(fā)展歷程，可對其應(yīng)用前景，做出如下分類：

5.1 集成式模塊化設(shè)計

借助于層級化的模塊策略，采用大型模塊來實現(xiàn)小型模塊的集成，進而實現(xiàn)功能的多元化與綜合化目標。如今，集成式模塊的設(shè)計方法已被普及應(yīng)用于大部分模塊化建筑中，如前文中所提到的O-House太陽能住宅等，此類模塊化建筑在設(shè)計階段，優(yōu)先依照功能需求，劃分為不同模塊，隨后對分好的模塊進行整體設(shè)計，簡化了建筑的建設(shè)以及建筑流程，提升了生產(chǎn)效率，并控制了成本。

5.2 系列式模塊化設(shè)計

在標準化設(shè)計的框架下，探索產(chǎn)品多元化的設(shè)計方案，即為系列式模塊化設(shè)計。它主要針對特定類型的產(chǎn)品，經(jīng)標準化處理之后，對產(chǎn)品的形式、規(guī)格、功能以及參數(shù)等進行調(diào)試，獲取產(chǎn)品擴展的可能性，并采用標準化的方式，獲取個性化、多樣化的部件產(chǎn)品。

5.3 典型模塊化設(shè)計

將完整的產(chǎn)品，提煉為經(jīng)典模塊，借助于模塊內(nèi)部以及不同模塊間的差異的簡化，以消除冗余功能，進而讓模塊具備更好的模塊以及互相交換模式，其優(yōu)點主要體現(xiàn)于模塊的替換上：首先，用戶可依照自身需求，選取產(chǎn)品的擴展功能；其次，用戶只需選擇所需更換的模塊以實現(xiàn)產(chǎn)品更新，而無需舍棄整個產(chǎn)品。

6 結(jié)語

經(jīng)歷多年的粗放型發(fā)展，建筑行業(yè)漸漸走向資源節(jié)約型、建筑生產(chǎn)資源高效利用型、可持續(xù)性發(fā)展路線。在建筑設(shè)計領(lǐng)域中，模塊化設(shè)計策略的應(yīng)用，不但能節(jié)省建筑資源，并且能維持建筑空間的活力。但為了讓模塊化建筑更好地實現(xiàn)長足發(fā)展目標，我們應(yīng)注意使模塊化建筑更好地與實際功能需求、社會文化形態(tài)保持同步。

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（作者單位：杭州師范大學(xué)）