模塊化的設計思維在空間設計領域的研究與運用

劉奕麟

關鍵詞：模塊化 設計思維 空間模塊 建筑案例 模塊組織關系 模塊化的空間設計

引言

模塊化的概念至今沒有統一定義，比較統一的理解是模塊化是一種設計方法，同時也是一種標準化的方法。在不同領域，模塊都具有通用的屬性：靈活組織、互換性;接口、功能、邏輯。其中，每個模塊都有一個特定的子功能，所有模塊按照一定邏輯組織起來，形成一個總體系統。

一、國內外模塊化理論研究動態

20世紀初，德國一些機床設計的工廠在其生產過程中提出“模塊化”一詞。20世紀初德國一家家具公司按照模塊化原理進行了產品設計。20世紀中期，模塊化的概念被全行業正式提出。20世紀中葉，模塊化設計在全行業快速發展，如圖1。

1.國家電力公司電力自動化研究院童時中：所謂模塊化，就是為了取得最佳效益：從系統觀點出發，研究產品（或系統）的構成形式。[5] 童時中教授在《模塊化原理設計方法及應用》中提出模塊化應用領域廣泛：機械、電子、船舶、建筑、電力、產品。2.斯塔爾（Starr）將模塊定義為可進行獨立設計和制造，并實現多種組合方式的部件。他強調模塊是組成系統（產品）的通用單元，具有獨立功能，標準接口和互換性。[6] 3.卡里斯鮑得溫和金克拉克《設計規則——模塊化的設計思維在空間設計領域的研究與運用RESEARCH AND APPLICATION OF MODULAR DESIGN THINKING IN THE FIELD OF SPACEDESIGN模塊化的力量》又提出模塊是大系統中結構上相互獨立但共同發揮作用的單元，參數和結構在模塊內是相互依賴的，在模塊之間是相互獨立的。

二、 模塊化在設計相關領域的應用與案例分析

模塊化設計方式應用在電子產品、軟件開發、機械設計、產品設計、建筑設計等領域。產品設計中，BLOCKS模塊智能手表就是應用了模塊化的設計方法。你可以根據自己的需要添加電池模塊、GPS定位模塊、手電模塊等自定義模塊。在服裝設計領域，設計師畢然推出可以拼接的模塊化衣服。每一個“模塊”，譬如一只袖子，一只褲腿，一個衣領都有獨立的樣式，這些模塊之間又使用統一型制的拉鏈和子母扣進行連接，以便由使用者依喜好自行搭配。

模塊化設計方法最大程度上發揮了使用者的自主性，同時又體現了設計師的設計概念。模塊之間彼此獨立又相互組合。模塊可以被拆解，同時又保持了相對統一的風格，如圖2。

三、模塊化在建筑領域的發展歷程

模塊化設計方式和“方便拆卸并靈活搬運，材料可以回收利用”的建筑有非常密切的關系。模塊化是使建筑靈活可變的設計方法之一。模塊化是一種處理復雜系統的方式，它把復雜系統分解為一系列可管理的、獨立、互相作用的模塊。在系統的結構中，模塊是可組合、分解和更換的單元。

1942年，瓦爾特·格羅皮烏斯和康拉德·瓦克斯曼在美國研究出工業化住宅，推出了使用通用性標準件的組裝式住宅。20世紀50年代，富勒提出“少費多用”理論，注重空間靈活性。他設計的戴梅森住宅空間靈活，結構可變。在英國，建筑師賽杜克普萊斯認為建筑不再是“固定的”，建筑可以以“非確定性暫時結構”的狀態而存在。在法國，柯布西耶1946年-1957年設計的馬賽公寓強調其結構是現場建造的酒瓶架結構，預制的公寓能像酒瓶一樣插入架中。[7] 20世紀60年代，建筑電訊派暫露頭角。彼得·庫克提出“插接城市”。“插接城市”是人們可以根據各自的需求插入不同的空間功能模塊，并隨需求靈活調整樓梯的高度和密度。之后1964年，華倫·裘克設計了“膠囊住宅”。隨后的“接合住宅”深受其影響。“接合住宅”是一些可以懸掛在大型構建上的不同居住單元。在此基礎上，大衛·格林設計的“生活莢”，是可以移動的住宅。

建筑電訊派提出“行走城市”的概念詮釋了移動建筑的內涵。1967年庫克和赫倫共同設計了“瞬時城市”。“瞬時城市”沒有具體的建筑外在形態，建筑以靈活的拼接形式，迅速搭建、拆解。日本新陳代謝派也強調建筑的臨時性。黑川紀章在1972年設計的中銀艙塔就是對這一理論的實踐。隨后的高技派則以羅杰斯設計的“蓬皮杜藝術中心”為代表，采用靈活的巨大框架結構，將一些功能以外掛管道的形式懸掛在框架上。勒·柯布西耶從1922年的“別墅公寓”戶型設計到1933年的“不潔的住宅群6號”戶型設計，都提出了空間模型和功能模塊化的思想。1948年，柯布西耶出版《模度——合乎人體比例，通用于建筑和機械的和諧尺度》進一步詮釋了人體尺度和建筑模數之間的關系。[4] 人體尺度決定了空間功能模塊的尺度，如圖3、4。

四、模塊在空間中的組織關系與具體案例

如圖5，空間模塊同樣具有以下幾種基本屬性：接口、功能、邏輯、狀態。不同空間模塊之間可以拼合、插接、分解來進行排列組合，同一個模塊自身可以分解、變形、移動。模塊通過這些方式進行空間上的重組。文章選取了一些空間領域的典型案例，總結并用圖解的方式詮釋了空間模塊的特征與模塊之間的組織關系。模塊之間的空間組織關系與案例分析整理如下：

1分解：潮汐工作室改造項目是由一個模塊分隔、拆解組合成新的空間。該項目是將集裝箱變為一個“百變”的空間概念，將空間與功能需求靈活組合。一天中，員工們有多種活動在這個工作室進行：會客、午飯、沙龍交流、設計辦公等，如果每一個活動都需要單獨的空間，就需要大量面積。根據員工的需要，靈活地分割、拆解、組合集裝箱，能在有限的空間內，組織不同的功能。在由集裝箱分解、組合的不同空間模塊里工作，員工的專注度和辦事效率得到了提高。集裝箱改造是模塊化設計方法非常典型的運用。集裝箱大小比較符合人體尺度，其具有標準化、環保化、經濟化等顯著特點。

2.插接：眾建筑的“插件塔”設計了專門的模塊連接構架，不同功能的空間模塊可以插在這些構架之中。模塊可以拆解同時又方便組合。我們可以設想，在一個空間中，需要臨時拆除一個6人的空間，這時，我們可以利用模塊易于拆解的特性，拆除這個空間，同時又不破壞原有空間結構。插件塔是一個預制的“插件板”構架系統，可以任意拓展。在結構的框架體系中，可以插入房屋的單元，這些單元根據需求可以放置于不同位置。板材之間用鉤鎖連接。安裝搭接方便，無需大興土木，模塊化的拼裝方式省時省料。

3.移動：“眾行頂”是一個有紅色頂棚的裝置，可以伸縮，折疊時供市民騎行，可以穿越整個城市;展開時可以覆蓋部分街道，連接不同的城市公共空間。眾行頂頂部參照常見的模塊化拉伸結構的大棚，可以容納10多人在內部騎行，底部裝有自行車的車輪等，方便移動。眾行頂展開時，可以延伸至12米，覆蓋面積大。眾行頂被歐洲等國家用于舉辦一些臨時性的公共活動。模塊化可延展、可伸縮、可移動的特性在眾行頂建筑中得到很好的發揮。

4.變形：“百變智居”設計過程中，集裝箱根據不同功能模式可以被靈活組織，像抽抽屜一樣被拉拽，打破單一的室內室外空間的界限。

集裝箱可以根據需要變換三種不同的模式，家庭/辦公/聚會，三種空間模式互相切換。在家庭模式中，集裝箱的空間劃分為客廳空間、臥室空間以及餐廚空間。墻面可以翻折起來，打通臥室空間，滿足基本的居中空間的使用。在辦公模式中，隔墻是可以自由移動變化的，隔墻移動后分為會客空間和辦公空間。空間結合桌子，形成巨大的workshop空間。在聚會模式中，通過打開墻體與拉出箱體，可以形成聚會空間。客廳中可以找出一個翻折的床板，拉出后可以供多人使用。模塊化的設計方式，通過預制工業化的構件，節省工期，現場裝配，搭建可變的空間。墻面、樓板可翻折，空間可推拉，智居空間靈活可變性成為設計的亮點。

5.累加：Habitat 67是在1967年世博會上的展覽建筑。世博會之后，這組建筑被保留下來，現在成為加拿大的國家文物遺產。Habitat67建筑群是將一些預制的住宅單元盒子以參差錯落的形式累加起來。這些住宅單元累加形成復雜的建筑空間組。這些盒子錯綜疊加形成的灰空間，成為了立體花園和陽臺，滿足了住戶的采光需求，保證了住戶私密性。設計師Moshe Safdie旨在向中低收入的人群，通過這種方式提供可以復制的、廉價的住房。Habitat 67曾一直被閑置，直到19世紀70年代，加拿大設計師將其中的幾所單元盒子改造一新，兼顧了時尚感與舒適性。在此之后，越來越多的富人陸續搬進這個社區，Habitat 67 變成了高檔社區。值得一提的是，Habitat 67 的所有居住者共同擁有該建筑的產權。這座建筑群落已經成為了寶貴的文化歷史遺產，所以，產權共有對于居住者來說是一件十分驕傲的事情。

Habitat 67模塊化堆疊的建筑盒子，在加拿大蒙特利爾圣羅倫斯河畔格外醒目，小山一樣的建筑群組極具震撼感。建筑空間模塊之間疊加的處理手法值得后輩設計師學習借鑒。這座建筑群是模塊化的設計思維在建筑領域具體應用的經典案例。Habitat 67成為了當地的地標，也成為了設計界的經典案例。

6.替換：在日本東京繁華的銀座區，聳立著一棟怪異的建筑，許多膠囊狀的像太空艙一樣的建筑盒子，一簇簇地摞在一起，科幻未來感十足。這棟建筑就是中銀艙體大樓，它曾經象征著日本對未來的幻想。日本新陳代謝派設計師黑川紀章設計了這棟建筑。“新陳代謝派”起源于20世紀60年代左右，強調萬事萬物逐漸生長、迭代和衰亡的過程，主張用新技術來解決問題。

中銀艙體大樓是把建筑做成了一個可以拆解的框架，把一個個私人的居住艙體，通過高張力的螺栓，插接在建筑的混凝土核心筒上。每個艙體尺度是2.3m×3.8m×2.1m，面積約10多平米。艙體內定制化的室內的家具、電器等一應俱全。天花板、墻面、床一體化定制設計。這些私人居住的艙體模塊可以被替換，臨時拆解，靈活拼裝，循環利用。

7.拼合：2017年荷蘭設計周展出了荷蘭建筑事務所MVRDV設計的一款概念居住空間——積木旅館（Wego House）。整個建筑看起來就像是一組各種顏色拼合起來的積木。不同顏色的積木代表著不同的空間屬性。粉色空間中設置了通透的陽臺;黃色空間設置了一個可以居住的閣樓;綠色空間設置了可以擺放植物和吊床的場所;不同模塊的空間有不同的空間氣質，提供不同的功能，比如休憩、居住、展覽。一些模塊是全開敞通透的;另一些模塊是半透明半通透的。積木旅館是為不同的人群，比如學生、難民、音樂家、畫家等，根據他們的需要提供不同的休憩、展覽、學習等旅館應有的功能。依據這樣一個模塊化的設計邏輯，每個模塊可以根據使用者的不同需求而定制使用。這些模塊拼合在一起形成一個居住的建筑體。

分解、插接、移動、變形、累加、替換、拼合是模塊之間的幾種組織形式。通過總結這些模塊之間的組織形式，我們可以更好地用模塊化的設計邏輯進行空間的設計。

除去以上7種模塊化的組織方式以外，本章節也分析了集裝箱的如何結合模塊化的設計方式被改造成居住空間。集裝箱在居住類型的建筑改造中也較為常見。設計中需要解決如何固定集裝箱之間的接口，以及集裝箱改造后的防水隔音、隔熱保溫、采光通風合理性。設計師往往利用輔助結構來作為集裝箱建筑的支撐，比如玻璃幕墻、雨棚、連廊、樓梯、柱子等。模塊之間的組合方式也是需要處理的重點。疊加、合并、拆解、架空、混合等都是集裝箱模塊間的組合方式。

集裝箱建筑在震后安置房領域運用非常普遍：集裝箱抗震房輕巧，可以減輕余震的危害，如圖6。

2011年11月，坂茂建筑事務所在日本女川設計了震后集裝箱臨時住宅。女川地面崎嶇，不適合大面積搭建臨時住宅，因此坂茂用6米高的較輕巧的貨運集裝箱棋盤式交錯疊加，設計了不同戶型，搭建了幾組臨時住宅。集裝箱改造設計縮短了施工時間，提高了抗震能力。坂茂在內部紙管建造系統和的不同戶型的顏色選擇上，多用淡黃木色，這個顏色可以給受災群眾帶來心理上的安慰。模塊化的設計方法應用到綠色設計（綠色設計需要符合“3R”標準，Reduce，Recycle，Reuse。）中有其特有的優勢：模塊化的建筑設計可以大大縮短空間營造周期，快速適應空間需要;同時，這樣的建筑方便拆卸和回收處理，能節約人力、物力，產生較少的環境污染，因此模塊化的設計方法在綠色建筑領域有很多實踐。

在以上案例中包含著許多模塊化的設計方式。模塊化不僅是一種設計策略、技術方法，同時也是一種有效的前期模擬策略。[4]

五、兒童游戲與展覽空間的模塊化設計方案

從空間設計的角度解讀。模塊化是一種設計思維和設計手段，如圖7、8、9。

第一組設計是用模塊堆出一組兒童娛樂空間。設計用100mm乘以100mm的積木盒子，以兒童的尺度為依據，搭建出兒童攀爬、休息、游戲的活動空間。

第一個娛樂空間是一個方形的“積木空間”。兒童在這個空間中可以爬上爬下。方盒子空間開門開窗的尺度均是根據兒童的身高體長，門與窗的概念被轉換成一個可以通過、可坐可臥的洞，兒童可以通過移動的模塊攀爬到洞口處，從洞口的滑梯滑到泡泡球中。第二組娛樂空間是模塊化累加出的一座“像素一樣的山”設計用300mm乘以300mm的積木盒子，搭建了一組小山一樣的裝置，兒童可以攀爬、嬉鬧。模塊的頂部設計了軟墊，用來保護兒童在使用過程中的安全性與舒適感。

這兩組“積木空間”具有模塊的靈活、可拆解的特性，模塊之間可以累加、拼合出不同的空間形態，滿足孩子嬉戲過程中可坐、可站、可趴的身體需求，如圖10、11。

第二組設計是用300mm乘以300mm的模塊累加出一個展示空間。根據需要模塊堆疊累加成整面的展覽墻和多組擺放物品的展臺、柜子。

整面展覽墻在設計時，根據人的通行或者透視需要而開門窗洞。模塊之間滿足300mm/600mm等倍數尺度關系，由模塊組成的展覽墻根據需要調整為有開洞的可以承受自重的墻。在設計每一個單體模塊時，考慮了模塊的虛實關系：一些模塊需要擺放東西，這些模塊設計成中空的、開敞的，展品可以放在中空的盒子里。一些模塊無需擺放東西，模塊是圍合的，封閉的。這樣，一面展覽墻就會出現虛實結合的效果。模塊設計為白色，展覽墻上配置一些紅色、藍色、綠色等單彩色，用來區分不同展示的內容。

擺放物品的單獨柜子（或者稱為展臺）下安裝輪子，使展臺成為可以移動的。模塊之間滿足300mm/600mm等倍數尺度關系，形成的展臺根據模數尺度可大可小，方便調整展臺尺寸。方形模塊方便搬運、拆解。展覽大多具有臨時性，模塊化的靈活可變特性適合于展覽空間方便拆解、拓展的特性。

結語

模塊化是一種設計思維和設計手段。模塊的概念不僅存在于建筑設計、計算機、工業、技術等領域，也存在于人文、社科、心理等各個領域。在不同領域，模塊都具有通用的屬性：靈活組織、可以被替換（互換性）;接口、功能、邏輯。本文整理了對于模塊化的不同定義，查找了模塊化在工業、服裝、視覺傳達等設計相關領域應用的案例。重點整理與總結了在建筑空間領域模塊化的相關理論研究，并選取了一些空間領域的典型案例，總結并用圖解的方式詮釋了空間模塊的特征與模塊之間的組織關系。本文目的在于用模塊化的思路來更好地進行空間設計，研究了模塊化的設計思路之后，文章用模塊化的理論設計了兩組空間形態來作為具體的設計實踐。