一種面向工業化的模塊化板式住宅體系探討

■ 李溪喧 LI Xixuan 胡思潤 HU Sirun 余雪嬌 YU Xujiao 王亦琢 WANG Yizhuo

1 綜述

在當前的住宅工業化建設中，遇到了標準化如何與多樣化結合的難題[1]。在設計環節，許多機構紛紛推出住宅的“標準設計”，但由于設計時考慮因素不周全，“標準設計”存在各種各樣的性能缺陷[2]。每隔一段時間，這些“標準設計”就會推出新版本，房間布局和尺寸會發生改變。“標準設計”不能長期穩定，成了各種各樣短期的“標準化”，而這并不能稱作真正的標準化[3]。各種混凝土構件（梁、柱、剪力墻、樓板、樓梯等）的設計缺乏頂層考慮，只能定制化地用于特定項目，一旦住宅設計的內空間或外形有所改變，構件就無法通用[4]。由于沒有通用的、標準化定型構件可供大批量、連續地生產，導致建筑成本居高不下，直接影響了建筑工業化的發展進程。目前，對于“標準設計”應該施行什么樣的標準、“標準設計”如何才能做到大范圍通用等問題，業界尚在研究之中。筆者認為，住宅設計如能更全面地接近建筑行業方、建設方、使用方的3 個發展目標，那就會離真正的“標準設計”更接近。

（1）建筑行業的科技進步目標，即提高營造效率，帶動產業升級，實現建筑工業化。必須設計出標準化、通用化的建筑構件，且構件的形狀、尺寸、構造都必須定型[5]；在各種不同的項目中，構件尺寸不能五花八門，必須有定規，這意味著房間尺寸也應遵循定規。

（2）建設方的經濟效益目標，不僅要節約土地、降低成本、提高效益，還要滿足居民各種需求。必須控制住宅的外廓占地尺寸，平面盡量規整緊湊，減少不必要的凸凹；戶型、樓型、造型、空間分隔均保持多樣化，便于居民選購；結構應經濟合理，盡量降低造價[6]。

（3）住戶的居住品質目標，即戶型必須使住戶感到舒適、便利，而不是僅僅滿足相關設計規范所規定的最低標準。住宅應盡可能全面地滿足實際生活中的細節要求，既要滿足多數人的需求，也要盡量滿足少數人的需求。居民的各種理性需求在住宅方案遴選中具有同等的“一票否決”地位。戶型所能滿足的生活細節越全面，適應性就越強，市場滿意度就越高[7]。

受《營造法式解讀》的啟迪，科研組于2014 年提出了“譜系化建筑設計”思路[8]，2019 年進一步提出了“譜系化模塊建筑營造”設計方法（以下簡稱BOGM）[9]，即：用有定規尺寸的系列化、標準化、模塊化的結構骨架來營造建筑，使大量建筑構件能夠同尺寸、同型號、可通用，同時，保持外部造型和室內空間分隔的多樣化；并由此設計出譜系化、模塊化的板式住宅體系和塔式住宅體系（簡稱“BOGM 住宅體系”，本文僅介紹板式部分）。

2 體系的特征和設計要求

2.1 體系特征

BOGM 住宅體系所具備的3 個特征，必須對應并達到前文的3 個目標。

（1）模塊化、譜系化、定型化，即：將空間設計成系列化模塊，并按尺寸大小順序編成圖譜供建筑師選型使用；同時，實現建筑構件定型，為工業化提供必要條件，以達到建筑行業的科技進步目標。

（2）節地性、適應性，即：模塊空間緊湊、占地小且組合便利，能提供各種樓型、適應各種用地及規劃方案，以達到建設方的經濟效益目標。

（3）空間性能精優化，即：所有模塊的設計都必須從生活的實際便利性出發，使每個戶型具有優良的適用性，以達到住戶的居住品質目標。

2.2 設計標準

為了進一步提升住宅設計質量，提高居民生活水平，科研組在參考了相關國家規范[10-12]的基礎上，自主制定了《BOGM 板式住宅設計要求》。也就是說，體系內的每一棟住宅、每一個戶型，不僅必須滿足上述相關規范，還要盡量全面達到《BOGM 板式住宅設計要求》，主要是滿足以下3個類別的要求。

2.2.1 整樓模塊設計要求

在BOGM 板式住宅體系中，每一幢住宅樓的設計在整體范疇上應盡量達到以下幾點要求。

（1）住宅整樓的面寬、進深應緊湊，以提高土地利用率，減少對北側建筑的遮擋。

（2）住宅整體結構應盡量規整，可降低體型系數以避免過多凸凹，保證其優良的抗震性和經濟性。

（3）住宅的結構布置需考慮一層或地下車庫停車的便利性，考慮底商空間的使用便利性。

（4）所有戶型及交通核應拼聯靈活，對接時尺寸吻合，以保持住宅樓整體結構的抗震合理性。

（5）板式住宅交通核可靈活置于北側或南側，可鏡像翻轉，戶型模塊結構無需改變。

（6）隔壁鄰里之間無視線干擾，電梯門與入戶門亦無視線干擾。

2.2.2 交通核模塊設計標準

在BOGM 板式住宅體系內，住宅的樓梯、電梯宜集成為通用的、標準化的交通核，其設計宜滿足以下要求。

（1）多層板式住宅應盡量預留電梯安裝位置，有條件的可直接裝設電梯。

（2）體系內所有板式住宅交通核應定型、通用，并符合規范要求。

（3）交通核宜設計成既可用作封閉樓梯，又可用作防煙樓梯的形式，無需再改變交通核模塊結構。

（4）體系內所有樓梯踏步尺寸宜相同、梯段寬度宜相同、樓梯間寬度宜相同，盡量統一為標準化尺寸。

（5）體系內所有井道尺寸宜相同；當入住率滿額、上下班高峰時，轎廂尺寸能適當緩解擁擠狀況；電梯還需考慮機器人同乘所占用的空間，盡量兼具住宅用的客、貨、擔架、消防電梯的功能。

（6）應預留空間以容納未來可能增加的設備，并考慮預留未來可能的無人機卸貨空間。

2.2.3 戶型模塊設計標準

BOGM 板式住宅體系的戶型設計應做到功能適用、精益求精，主要滿足以下要求。

（1）縱向柱距≥7.2 m 的戶型，應通用于板式住宅和塔式住宅。

（2）戶型的開間進深比例應適中，戶型平面外形宜規整，避免過多凸凹。

（3）戶內絕大多數墻體應為非承重墻，可根據住戶要求靈活分隔，結構應預先做好荷載方面的考慮。

（4）結構實行包絡化設計，應允許所有外圍房間外挑，外挑深度可調，且最大不超過1.8 m。

（5）每戶應至少有1 個小型多用途空間，可增設小臥室、工作室、工人房、儲藏室或第二衛生間等。

（6）最小的一室一廳宜考慮三代六人（夫妻、兩孩子、兩老人）長年合住的情形，宜允許住戶增設床位、增隔第二衛生間、增隔學習空間，并保證有獨立的客廳和就餐空間。

（7）客廳的最小尺寸應至少允許住戶選擇50 英寸電視機并保證健康視距，甚至能擺放立式鋼琴。

（8）客廳宜有兩處可選的空調柜機位置，管路可從不同位置經陽臺通向室外機位。

（9）鄰里間臥室的床應盡量避免一墻之隔。

（10）廚房必須直接采光，既可餐廚分離，又可餐廚合一。

（11）廚房的最小尺寸應能容納常規設施及大型對開門冰箱，案臺的切菜區凈長度≥0.9 m。

（12）所有衛生間的洗浴空間應允許住戶既可選擇淋浴房，也可選擇浴缸。

（13）獨衛戶型應允許住戶按需增設第二衛生間，增設時必須符合規范且不應影響其他住戶的正常生活。

（14）除面寬最窄、面積最小的戶型及住戶增設的衛生間外，其它衛生間必須有直接采光。

（15）體系內所有板式住宅及戶數低于一核六戶的住宅，應有南北對流通風，且無視線干擾。

（16）體系內所有臥室不宜有間接采光或通過深暗的北天井采光。

3 模塊和模塊譜系

3.1 模塊及其組合

BOGM 板式住宅體系的模塊類型有：戶型模塊、交通核模塊和整樓模塊。

（1）戶型模塊是指單層的戶型空間結構體（圖1）。不同的戶型模塊有著統一的尺寸規則，所有房間大小被規定為少數幾種尺寸。當模塊外圍按規定的尺寸增加懸挑空間時，內部梁柱已包絡了這些荷載變化，因而無需改變內部結構設計。同一模塊的外廓尺寸、建筑面積、外觀造型，都可以根據項目需求靈活設計。

圖1 戶型模塊和交通核模塊示例

（2）交通核模塊是指單層樓梯、電梯組合的空間結構體。整個體系使用同一種交通核模塊，拼接方便。交通核模塊在不改變結構布局的情況下，可根據《建筑設計防火規范》（GB 50016——2014）的要求，改變電梯的位置并增設（或取消）防煙前室，以適應不同的疏散要求（圖2）。電梯井道凈尺寸（2.4 m×2.6 m）允許安裝通用型大尺寸電梯，且每部電梯同時滿足客梯、擔架梯、貨梯、消防梯的尺寸要求。對井道結構進行包絡化設計，可以靈活增設鋼梁、鋼構件，以安裝其他小尺寸的電梯。

圖2 交通核的靈活性

（3）整樓模塊是指整棟樓的結構骨架。戶型模塊與交通核模塊相當于“分模塊”，由分模塊組合成整樓模塊。將整棟樓作為一個模塊的原因是：只有在整樓的狀態下才能進行結構設計，才能宏觀地把握構件的通用性，從而設計出通用于各棟樓的結構構件。整樓模塊的單元數為2 單元或3 單元（圖3），結構規整、抗震性能好（圖4）；柱子的位置即為關鍵承載點，可根據項目需要換成剪力墻或鋼柱。因此，BOGM 板式住宅體系可靈活選用鋼筋混凝土框架結構、剪力墻結構或框剪結構，還可以采用鋼結構。更換結構類型時，建筑空間不需改變，結構的改變不影響建筑空間的合理性。

圖3 整樓模塊建筑平面圖

圖4 整樓模塊結構平面圖

3.2 模塊圖譜和模塊譜系

BOGM 板式住宅體系將模塊及其組合成的整樓按由小到大的尺寸順序編輯成《板式住宅戶型模塊圖譜》（圖5）和《板式住宅整樓模塊圖譜》（圖6），形成了“板式住宅大家族”。所有房間及結構構件都采用了相同的系列化尺寸，各個模塊之間有了密切的“家族關聯性”，因此，用“模塊譜系”指代整個住宅大家族，以凸顯模塊之間的尺寸關聯性，同時，也衍生了諸如“譜系化模塊”“構件型譜”之類的名詞。圖譜即為方案庫，建筑師可以從圖譜中直接選擇設計方案。

圖5 板式住宅戶型模塊圖譜（節選）

圖6 板式住宅整樓模塊圖譜（節選）

3.3 工業化特征

能否設計出大量通用的定型構件，是住宅體系實現工業化的關鍵。

BOGM 板式住宅層數不超過11層，考慮到樓板敷設管線的需要，層高均為3 m[13]。全體系共有64 個戶型模塊、1 個交通核模塊，規定了10種柱距、10 種房間尺寸（其中3 種與柱距尺寸相同）。整個體系所有房間的尺寸、層高、梁高都是標準化的，因此，所有墻板的外廓尺寸也是標準化的。因墻上洞口位置不同，同尺寸的墻板還細分為4 個分型號。所有柱、梁按包絡化的要求計算荷載[14]，柱和剪力墻按每增高3 層為一個等級進行承載力分級設計。

從圖4～6 可以看出，各類模塊及其組合成的整樓全部為整齊的矩形正交網格空間，荷載傳遞路線簡捷、結構受力合理、剛度均勻、抗震性好，有利于構件尺寸的統一。體系內大大小小的戶型都有相同尺寸的房間，經過設計優化后，還能最大程度地使梁、板、柱、墻、梯等構件具備通用性，成為定型構件。

4 體系的靈活多樣性

4.1 模塊組合的靈活多樣性

從BOGM 圖譜可以看出，戶型模塊進深為12～15 m（含陽臺），戶型模塊系列的建筑面積范圍是82～205 m2，整樓模塊的面寬范圍是36～81 m（以1 m 為級差），這些數據能滿足大多數城鎮用戶的需求。住宅平面方正規整，占地緊湊，僅有少量必要的凸凹，土地利用率高，適合各種小區地形及規劃方案。

模塊已經考慮了組合時的尺寸吻合及結構合理性，不同的戶型進深分屬于不同的系列。同一進深系列的戶型模塊可以方便地組合成面積各不相同的、多種多樣的住宅樓；同理，其它各個進深系列的戶型模塊能組合成更多樣式的住宅樓。交通核模塊可以南北翻轉、東西鏡像，此時，戶型模塊不必跟隨著交通核一起翻轉、鏡像，戶型房間始終保持最佳朝向，結構仍保持規整（圖7）。交通核南側（或北側）可增加一個房間（如圖7 中的深藍色塊），根據項目需要，這個房間能靈活地分配給左戶或右戶。

圖7 模塊靈活組合示例

4.2 內部空間分隔的靈活多樣性

所有戶型室內絕大多數墻體為非承重墻，可靈活分隔，可連通小房間成為大空間，餐廚亦可分可合。每個戶型設計了1～2 個小型靈活空間，可作為小臥室、保姆房、小書房、個性空間、大件儲藏等。每戶還預留了管井，可隨人口的增加而增設潔具和便器，且不會影響鄰里（圖8）。每一個戶型，如果遇到三代合住時，都能靈活分隔出所必需的房間，還可增設衛生器具，保持生活便利性和舒適性。

圖8 同一模塊的空間變化

4.3 外廓空間形式的靈活多樣性

在不同的項目中，無論使用相同的戶型模塊，還是使用不同的戶型模塊，住宅造型都是千變萬化的。戶型模塊只是結構骨架定型，而外廓形狀、懸挑面積、開窗形式仍然可變。骨架結構在外挑方面同樣做了包絡化設計，每個房間都可以增設不同形式的外挑空間和挑陽臺，最大挑深1.8 m。建筑師可設計多種外飄窗，可設計各種凸凹變化，還可設計各式各樣的雨棚、遮陽板、空調外機擱板等。由此可見，BOGM 板式住宅體系能夠實現標準化與多樣化的有機融合。

5 圖譜的使用方法

建筑師可根據規劃圖中新建住宅樓的占地尺寸、戶型面積和層數要求，按圖索驥，直接從圖譜中選擇整樓模塊、戶型模塊，還能查到每個戶型模塊所附帶的六人居室內設計；建筑師只需進行外廓空間設計、外觀設計，即可高效地完成性能優良的板式住宅設計。在住宅小區詳細規劃完成后，便可使用圖譜進行板式住宅的建筑方案設計。從詳細規劃到住宅建筑方案完成，總共有3 個步驟（圖9）。

（1）根據項目需求選定樓型。建筑師首先分析整棟住宅樓的幾種戶型組成（有些規劃會明確提出戶型組成）。如圖9 的案例中，戶型組成有4 個方案，且各方案并無根本性的優劣之分，最終的選擇由項目的具體要求決定。現假定建筑師根據項目要求選擇了方案4，接著進入后續步驟。

圖9 圖譜使用步驟

（2）查閱圖譜，選定模塊。只需根據整樓平面尺寸、整樓戶型組成、層數這3 個條件，即可選定整樓模塊。在圖9 案例中，新住宅樓的面寬為52 m，進深為14.5 m，層數11層。根據這些條件，在《板式住宅整樓模塊圖譜》中選出適宜的整樓模塊：BT2-11FY7-5253/14 型。該 型號的面寬尺寸范圍是52～53 m（因模塊可懸挑，面寬尺寸有一個變化范圍），模塊的進深是14 m，符合規劃要求。4 個戶型模塊中，A、C 為中戶型，B 為小戶型，D 為大戶型。該11層住宅樓的建筑總高度＞33 m，按《建筑設計防火規范》（GB 50016——2014）要求，應選擇防煙型交通核。整樓模塊已包含戶型模塊的信息，根據戶型模塊編碼，可以從《板式住宅戶型模塊圖譜》里查閱到具體的戶型模塊圖。模塊按框架結構設計了柱子，且含有尺寸、功能分區、預留管井、可懸挑的范圍等信息。由于戶型結構規整，建筑師也可根據結構需要，將框架結構改成剪力墻結構或者框剪結構。每個戶型模塊還自帶六人居（三代六人）的室內空間分隔設計，使建筑師能深入理解每個戶型的設計特點，以利于住宅方案的最后確定。

（3）設計外廓造型，完成方案。這是整個方案設計過程中，唯一需要建筑師進行設計的環節。模塊提供了可以外挑的尺寸范圍，建筑師可根據項目需求來調整并確定住宅房間的大小，可較為自由地設計住宅外觀，并最終確定方案。

上述3 個步驟中，前兩個步驟都是根據規劃條件（占地尺寸、戶型組成、層數）直接而快速地在圖譜中選定的，只有最后一個步驟的外觀設計需要耗用一定時間。圖譜所提供的所有戶型設計，既符合國家規范，又符合BOGM 板式住宅體系制定的每一條設計要求，使居住品質能夠得到保障。

6 結語

推動建筑工業化，實現產業升級，符合“中國制造”的國家發展戰略[15]。只有空間尺寸統一，才能設計出大量通用的、同型號的建筑構件和部品，才有可能在流水線上大批量制造優質定型的建筑構件和部品[16]；只有空間品質優秀、靈活多變，才能適應多樣化的生活需求，才能被社會廣泛接納，成為名副其實的標準化。BOGM 板式住宅體系統一了住宅各個空間的尺寸，不僅可以提高設計效率，還保持了住宅的靈活多樣性，有助于推動住宅工業化的發展。