從設計到技術*
——CSC-1#實驗宅總體設計與技術實踐

文/北京工業大學藝術設計學院 李 樺

清華大學建筑設計研究院有限公司 徐 娜

0 引言

“CSC-1#實驗宅”以住宅內裝部品化集成裝配技術為主要研究內容，建筑套型以“旭輝LOFT-35B”為基礎模板，研發目的是探討未來住宅內裝設計與建造技術的一系列相關問題。具體內容涉及3個方面：①基礎性研究 包括住宅內裝標準化體系、住宅模塊化設計原理和方法、空間與部品模數尺寸協調規則等；②設計研究 包括居住空間與居住產品功能、空間使用效能、部品化集成設計、運營維護與服務設計等；③應用技術研發 包括裝配式裝修技術、干法作業、同層排水、集中管井、管線分離、關鍵接口與構造節點、裝配間隙與公差配合等。同時，研發工作還進一步擴展到家居產品設計邏輯、家居智能化應用、環境健康與空氣質量、居住空間與光環境等相關學科領域。課題主要研究內容和成果通過“CSC-1#實驗宅”建設完成實際驗證和落地呈現。

本課題還對運用現代標準化手段建立住宅產品線，整合內裝部品供應鏈，實現用戶參與的成品交付等商業模式進行了可行性研究和落地實踐，在未來住宅標準化設計、部品化集成、裝配化施工、選擇性銷售和維護服務模式等多個維度進行探索，初步形成系統性的實施方案（見圖1）。

圖1 CSC-1#實驗宅實景

1 認識和觀點

1.1 設計與技術

當我們把設計和技術區別看待時可這樣理解，設計的目的是人，設計的價值是在人和物質技術之間建立起良好的關系，使物質技術符合人（人類）可持續發展的長遠利益。技術是對物和造物的探索，發現和創造新的物質或新的生產方式。因此，技術發展不能脫離人的利益和需求。所以，集成裝配式裝修作為一種技術方式，應符合居住者對居住環境的需求，為設計提供更大的可能性。

1.2 建筑與內裝

建筑與內裝的生命周期不同，可謂“百年建筑，十年裝修”，因此，住宅建筑技術首先要保證其安全性、耐久性，而住宅內裝技術應更關注居住生活的多樣化、可變性和個性化需求，由于建筑與內裝所面對的問題有所不同，所以技術目標和解決方案也不相同。所謂“建筑裝修一體化”應從各自相對獨立的角度，以相互分離、相對獨立為基本條件，理解整體系統的一體化。

1.3 裝配式建筑與裝配式裝修

裝配技術指按照規定的技術要求，將若干個零件接合成部件或將若干個零件和部件接合成產品的構造手段或工藝方法，所謂“裝配式裝修”由“裝配式建筑”引申得來。然而，目前裝配式建筑技術仍存在濕法作業，而內裝技術的發展方向是便于拆裝的干法作業技術，相同的用詞不一樣的內容，凡此種種，定義模糊、概念含混現象還很多，建筑工業化作為一個系統性工程，標準化建設和基礎性研究應得到充分重視。

1.4 通用化與互換性

住宅內裝的標準化建設應以建立空間與部品之間及部品與部品之間的通用技術規則為主要內容，系統性規范各相關接口的邊界條件，統一通用部品規格尺寸和接口技術尺寸，以提高部品的互換性，實現內裝部品集成化設計、選擇性配置、多樣化輸出、市場化銷售和規模化生產。

1.5 尺寸與模數

尺寸規則是標準化建設的頂層設計，也是模數協調的重要內容。在建筑與內裝一體化通用體系的建設過程中，模數不但要解決建筑自身的尺寸協調問題，更重要的是解決空間與部品尺寸的相互匹配，建筑模數應用范圍的擴大，不僅有利于制造業標準化水平的提高，而且也是模數理論自身的補充和完善。

2 設計原理與方法

2.1 模塊化設計：建立模塊化層級系統

運用模塊化設計原理，以部品為元素，逐級分解，建立模塊化體系。以實驗宅首層空間為例，按功能將部品集中布置區域分解為：收納、櫥柜、起居3個功能區域，即單位功能模塊。將單位功能模塊根據生活行為再次分解，以櫥柜為例，分解為洗滌、操作、烹飪、收納等單一功能模塊，單一功能模塊繼續分解，將部品從空間中剝離出來形成內裝部品模塊，這樣構建起自上而下的模塊化結構體系（見圖2）。通過標準模塊的功能互換，完成設計成果多樣化輸出，為實現這一互換過程，則需制定通用的接口條件和尺寸規則。

2.2 尺寸協調：建立統一的尺寸規則

2.2.1 模數協調

尺寸規則是標準化建設的頂層設計，也是模數協調的重要內容。建立統一的尺寸協調規則，是提高內裝部品的通用性、互換性的目的，所以，建立通用的尺寸規則是集成裝配式裝修技術的基礎。

實驗宅在尺寸設計中運用模數協調方法，如廚房、衛生間等部品集中布置區域采用分割模數1.5nM=150mm為尺寸進級單位，內裝部品尺寸即二級模數采用組合模數3nM=30mm為尺寸進級單位，形成一套便于協調的尺寸邏輯。

2.2.2 模數網格化設計

模數網格化設計是將空間、部品及部件的形狀及組裝關系，規劃在相互匹配的坐標網格中，在實驗宅部品密集裝配區域，凈空間填入150mm為進級基數的模數網格，疊加填充30mm為進級基數的二級模數網格設計，如圖3所示。

2.3 系統集成

圖2 標準模塊的功能互換

圖3 模數網格化設計

系統集成要以滿足用戶的需求為根本出發點，不是選擇最好的產品的簡單行為，而是要匹配最適合用戶需求的標準模塊的組合。住宅設計中，居室收納是根據不同人群的具體需求決定，不能用一種方式解決不同的收納問題，通過對收納需求的調研，以及對生活物品的種類、尺寸、收納方式等數據的提取和歸納，通過尺寸協調，建立收納模塊模數尺寸系列，運用模塊化設計方法，在收納總量不變的前提下，通過選擇性組合方案滿足不同人群需求（見圖4）。

圖4 收納模塊的選擇性組合

2.4 功能設計

住宅室內空間、部品及家居產品的尺寸設計由2種不同性質尺寸構成，一種是人完成特定行為所需要的動作空間尺寸范圍；另一種是必要的部品、設備等填充物體所占用的實體空間。

如何在小尺寸內既考慮合理的布局和操作流程，又要按照人體工程學的尺度確定操作行為需要的尺寸空間，并提高臺面利用率，為實驗宅櫥柜操作臺面設計的目標。櫥柜臺面在設計中需考慮人在使用時完成洗滌、操作、備餐、烹飪等行為，各行為是由一連串動作組成，通過動作分解，了解人體在動作中需要的空間尺寸，結合完成各動作使用的物品尺寸，通過尺寸協調規則，實現模數約束下的功能合理化（見圖5）。

2.5 生產設計

生產設計以提高材料利用率、優化工藝流程、方便倉儲運輸為目的，部品尺寸設計應充分考慮通用材料規格和生產工藝流程，通過尺寸控制達到節材省工的目的。櫥柜在構成廚房的各類功能產品中，承擔了主要的集成任務，也是廚房成本的重要構成因素之一。

實驗宅櫥柜柜體采用人造板材制造，板材規格采用2440mm×1220mm的通用標準，因此櫥柜設計尺寸以標準板材的通用規格為條件，在滿足人體工程學尺寸要求的基礎上，使材料實現利用率最大化（見圖6）。

圖6 板材生產下料

3 應用技術研發

3.1 集中管井

集中管井是將公共管線集中在公共區域的一種布局方式，有利于明確住宅公共和私有部分的權屬，便于物業針對公共設備及管線的運營、維護、更新等進行集中管理。

實驗宅除將水、電、暖等公共立管及水表、電箱等計量設備集中布置在走廊管井外，根據產品特點，為優化內部空間，并有利于設備的維修、更換，將熱水器、凈水器及馬桶水箱等私屬設備同時布置于公共區域管井內，綜合布置各類管線及設備位置（見圖7）。

圖7 公共區集中管井設計

3.2 管線分離技術

管線分離技術是將設備管線與建筑結構體分離，不在建筑結構體中預埋設備管線的技術，主要目的是在室內改裝時，減少管線拆改對建筑結構帶來的安全隱患及便于后期室內設施的維護、更新。管線分離技術是SI住宅體系的重要技術手段，一般通過采用龍骨體系隔墻、集成吊頂等技術將管線暗敷進飾面層與結構體的空腔中，在提高水平管線自由度的同時，也有利于居住空間的靈活分割。

由于產品的特殊性及多課題成果的應用，設計中需解決如煙霧報警器、消防噴淋、新風、中央空調等設備安裝及配套管線綜合布置問題，實驗宅采用集中管廊技術，將各設備及管線布置在裝配式管廊內并配套設計出風口、噴淋口等產品。同時利用夾層樓板空腔敷設強、弱電管線，實驗宅內除部分水、電支路管線預埋在結構體中，基本達到內裝管線分離的設計要求（見圖8）。

圖8 管線分離

3.3 同層排水

同層排水是指排水橫支管布置在本層，器具排水不穿樓層的排水方式。避免管線戶內縱向穿樓板帶來的漏水和產權不清的問題。現有架空地面、局部降板、強排水等同層排水技術。

實驗宅在不具備降板及架空地面的特定空間條件下，為滿足同層排水的設計要求，設計并研發35mm超薄地漏，經多次建模、排水試驗，成果已投入使用并申請專利，為便于排水及維修更換，將反水彎外置于公共管井內接入公共立管（見圖9）。

圖9 超薄地漏

3.4 集成裝配式裝修技術

集成裝配式裝修技術是以內裝部品為元素，通過部品元素的設計組合和現場裝配實現成品交付的建造方式，區別于以材料為元素的舊有裝修方式，在工廠進行材料加工，成為獨立的產品，再到現場通過各類產品的組裝形成完整成品，從而省卻在現場對材料進行二次加工的環節。

夾層樓板是LOFT產品中的主要結構，起到縱向分割空間、增加使用面積的作用。實驗宅產品在凈空尺寸較低的限制條件下，如何保證既增加水平空間使用面積又不影響豎向空間使用感受，是夾層樓板產品設計的主要目標。課題組通過對材料的分析、試驗，結合結構力學計算，設計出一套截面尺寸僅為95mm的鋼結構預制裝配式夾層樓板產品，夾層樓板主體結構由9塊鋼方管格柵樓板組成，采用螺栓水平連接、組合，并通過主龍骨與墻體固定；同時利用隔墻龍骨解決樓板支撐及吊裝結構。基層采用預制基層板（硅酸鈣板），場外裁切、打孔、現場螺栓裝配于格柵樓板上，2層地面鋪地板（見圖10）。樓板采用結構與精裝一體化設計，格柵結構外露，表面噴漆，簡潔美觀。各模塊規格、重量便于安裝操作，尺寸便于電梯運輸。

圖10 裝配式夾層樓板

4 產品設計

家居產品是住宅功能的重要組成部分，產品設計應考慮與空間的關系，可從空間條件出發，重新定義產品的設計邏輯。

實驗宅家居產品設計中，特邀請北京工業大學藝術設計學院工業系李健、張坤老師配合完成廚房產品設計，依照規格尺寸、產品種類、功能需求、收納或擺放方式等設計要求，完成電飯煲、咖啡機、熱水壺、榨汁機整套常用廚房小家電產品設計，產品符合4人用餐的使用需求（見圖11）。為更好地利用頂柜與底柜之間的空間，加入升降臺面設計，產品整體可完全上升、收納至頂柜內；取電口位于升降臺面下部，使產品可自由升降，為在不同時間、不同操作流程中充分利用空間創造條件。

圖11 廚房小家電設計

5 產品體驗

人、空間、產品是居室設計的三大要素，實驗宅在設計中以人體感知及行為習慣為出發點，以環境健康舒適為關注點，集合水平與垂直、比例與尺度、空間與實體、視覺與觸覺、光線與材質、肌理與色彩等元素的空間美學設計，隨不同時間、不同行為變換的照明系統設計，根據居住習慣偏好設定的智能化設計，體現住宅產品在滿足功能、技術的前提下，對心理、生理等因素全面考量，進一步提升居住品質（見圖12）。

圖12 實驗宅室內空間環境

6 結語

通過對“CSC-1#實驗宅”研發工作的回顧和總結，將模塊化設計作為方法原理，通過建立模數化尺寸協調規則，將產品化設計思維運用到住宅內裝設計中，結合實驗宅產品特點，研發出一套適用、高效、集約、健康的集成裝配式裝修技術和專利產品。實驗宅不僅是一款運用工業現代化生產方式的優質產品，而且是具備較高空間效能、優秀居住品質的住宅空間。產品的完成為行業現存的問題提供了一套符合國情又行之有效的方法與技術體系，可促進行業逐步完成全產業鏈的現代化轉型。