基于住戶的CSI裝配式鋼結構住宅的戶型優化設計研究

劉容川，周啟能，宋云昊 （合肥工業大學，安徽 合肥 230009）

1 前言

現階段關于戶型組合設計的研究大都基于混凝土結構住宅展開，關于裝配式鋼結構高層住宅的戶型組合設計涉及較少，CSI理念在戶型設計中的應用也較少。CSI理念、BIM技術、裝配式鋼結構高層住宅是我國建筑行業發展的趨勢。近年來，國家發布了許多政策來促進上述領域發展。研究從裝配式鋼結構高層住宅的特點出發，融入CSI理念，以BIM模型為工具進行戶型的優化設計研究。

2 CSI裝配式鋼結構高層住宅特點分析與利用

2.1 CSI住宅特點的分析與利用

CSI住宅的亮點在于填充體部分，即它的靈活性。CSI住宅的基礎在于支撐體部分，即它的穩固性。作為一個能存在百年的住宅，其結構基礎的耐久性是必不可少的。裝配式鋼結構建筑的高強度、輕自重、延性好、抗震能力強的特點能滿足CSI住宅支撐體的要求。

優化后的戶型應充分體現CSI住宅的可變性，充分利用住宅空間。其可變性體現在空間體量可變與填充結構可變上。填充結構如輕質可調節隔墻、整體可變型廚衛間、架空活動型地板、靈活的管線走向等。戶型可借助填充結構變化來進行空間體量的變化，如空間的合并、分隔、遷移與調換。高度上，地板的抬升可形成其他可利用空間。設計時，應減少固定構件的使用，減少固定墻體，室內墻體更多使用輕質墻體，在保證隔音、保溫等功能的前提下，靈活地改變室內居住結構。設計時，應保證更多區域可滿足多種不同功能，以滿足不同時期的不同需求。

在進行戶型的優化設計時，應考慮到住戶需求及家庭結構等問題，建立適應住戶不同需求的戶型設計方案與家庭全生命周期戶型設計方案。

2.2 裝配式鋼結構建筑特點的分析與利用

裝配式鋼結構建筑具有輕質高強的特點，其高強的特點有利于減少承重墻數量、增加輕質內隔墻數量，從而使住戶可以方便地改變內部空間結構。其質輕的特點，使其自重小，地震反應小。其具有較好的延性，可以吸收、耗散地震能量，預防脆性破壞，從而使CSI理念可以更好應用到建筑設計上，同時為輕質內隔墻的使用提供安全保障。

鋼結構截面較小，室內可使用面積較大。裝配式鋼結構建筑的建造過程具有節能、節水、節地、節材、環保的特點，裝配式鋼結構建筑造價相對較低，具有一定的經濟合理性。

在進行戶型模塊優化設計時，應體現“少規格，多組合”的理念，采用模數協調的方法實現功能空間和部品、部件的模數化、通用化、標準化，通過將標準規格的部品相互組合，形成多樣的戶型。

3 戶型轉變的社會因素分析

3.1 從住戶角度進行分析與設計

在進行戶型模塊優化設計時，應考慮住戶的私密性需求。臥室的私密性較強，在設置臥室時，應使其遠離入戶門，以減輕噪聲對住戶私密性需求的影響；臥室門應避免正對入戶門，避免對視。床應放置在遠離臥室門的一側。臥室空間可與其他功能區間之間設置隔斷并將臥室的地面抬升，來確保臥室的私密性與獨立性。臥室門應盡量避免在客廳直接打開。衛生間也是私密性較強的空間，衛生間門應盡量避免在客廳直接打開。入戶門正對衛生間門、如廁區在入門處也同樣應避免。衛生間應進行動靜分區，以保證靜區的私密性與動區生活需求的滿足。

在進行戶型模塊優化設計時，應考慮到歸屬感，使住宅的圍透協調統一。既要避免住宅過度圍合產生壓抑感，又要避免過度通透消除歸屬感?？紤]到家庭氛圍，戶型面積應適中，避免戶型太大產生空虛感，戶型過小產生壓抑感?？紤]到相對高度，住宅高度與戶型面積應結合考慮，避免相對高度過低導致住戶壓抑緊張，高度過高導致親切感缺失。

考慮到住戶工作學習的需要，可設置工作空間。考慮到工作氛圍問題與工作效率問題，工作空間需設隔斷與其他空間分隔。

不同功能區間可合理疊加，運動空間占地大，休閑空間占地小，休閑空間等小空間可置于運動空間內部，實現活動范圍大的功能空間與活動范圍小的功能空間在空間上的疊加。根據家庭結構或住戶喜好變化，一個功能區間可分隔為多個功能區間，多個功能區間也可合并成一個功能區間。

3.2 從經濟合理性角度進行分析與利用

臥室、客廳等使用時間長的部分應朝陽設計，從而減少白天的照明用電。廚衛可相鄰設計，以降低供水管線開支。戶型面積應適中設計，不可只顧追求大面積，造成空間的浪費。

4 CSI裝配式鋼結構高層住宅戶型優化設計實踐

4.1 戶型轉變方案設計實踐

進行戶型轉變方案設計的要求是將戶型分為不變的外圍結構體系、不變的廚衛空間以及可變的輕質板材三部分。戶型轉變的理論基礎是以不變的部分為框架，利用可變的輕質板材來對不變部分進行分隔，從而得到不同的功能分區，得到滿足不同需求的戶型。

4.1.1 92平方米標準戶型轉化方案設計

圖1以92平方米的裝配式鋼結構住宅標準戶型為基礎，經輕質內隔墻板移動，變換為圖中兩類戶型?？勺儜粜?適用于獨居創業者利用住宅來滿足居住需求與創業工作需求。該可變戶型將標準戶型的主臥與客廳合并為主要工作區，以滿足職員辦公占地大、所需環境明亮舒適的特點。書房設為辦公室，用于創業者辦公及商談工作。公司工作時間主要為白天，所以將主要工作區設置在照明情況好的朝南方向，這樣的布置可以減少照明用電，減少開支。因為日常居住區會使客戶認為自己未被重視，所以辦公室設在入戶門處可以減少臥室、餐廳等日常居住區對客戶的不良影響。工作區與居住區分隔明顯，形成明確的動靜區，從而減少兩區之間的相互影響。陽臺通風、光照環境好，可觀景，所以陽臺緊鄰工作區，可充當職員的休息區，保證職員休息環境舒適，提高職員工作效率?？勺儜粜?適用于青年一代離家后的二人居家庭或處于蜜月期的新婚夫婦。因為該類家庭，兩人共用一間臥室，所以該可變戶型僅需一間臥室。因為主臥照明好、面積大，可提升居住體驗，所以我們將主臥保留。該類住戶娛樂時間長，所以將次臥空間設置為娛樂空間，其與餐廳間無隔墻，可設鏤空書架，減少空間壓迫感，增加娛樂體驗感。

圖1 92平方米戶型

4.1.2 125平方米標準戶型轉化方案設計

圖2以125平方米的裝配式鋼結構高層住宅標準戶型為基礎，經過輕質內隔墻板的移動，變換為圖中兩類戶型。可變戶型1適用于三代同居家庭此類家庭青年一代學習壓力大，學習環境要求苛刻；中年一代工作壓力大，處于事業成長期；老年一代處于退休時期，需中年一代看護，可對家庭起居提供幫助。與標準戶型相比，本戶型需改變臥室數目，書房可改為臥室供青年一代居住。由于書房面積較小，影響居住體驗，可減小相鄰臥室的面積，以保證青年一代房間的舒適性。實施戶型轉變方案時，應嚴格比對戶型轉變圖紙與BIM模型，避免返工?？勺儜粜?適用于二孩政策背景下，第一胎與第二胎年齡相差較大的家庭，這樣的家庭青年一代的升學壓力較大需要較大的學習空間，需要較為良好的休息環境，幼年一代年齡小，較吵鬧。將主臥設置在遠離次臥和工作空間的位置，可以減少幼年一代對青年一代學習、休息的干擾。

圖2 125平方米戶型

4.2 戶型模塊模數化優化實踐

本研究以獨立戶型為出發點，將戶型設計為標準的矩形模塊或L型模塊等，從而工廠化生產固定模塊的所需構件，施工現場高效快速地進行拼裝。建筑模數化問題是無法僅通過研究就解決的，要想實現建筑模數化，需要國家嚴格建立相關標準，從而保證批量生產的標準化建筑構件可持續售出，保證生產的產品不會積壓在工廠中。本研究所做的模數化優化實踐是對現有戶型進行細微調整，使戶型模塊更加規整，建筑內部構件重復率更高。

如圖3中的兩個戶型，左側為安徽某高層住宅的戶型平面圖，右側為經模數化優化的戶型平面圖。經研究，這兩個戶型共有三處可進行優化。圖三1處通過將入戶門南移，減少了單獨生產的窄墻，將窄墻的生產轉化為了已有長度墻體的生產，減少了生產墻體的種類，簡化了施工步驟且更加經濟。圖3中2、3處除有上述優點外，還可增加臥室面積。

圖3 戶型模塊模數化優化

5 結語

本文利用BIM技術對戶型模塊直觀地進行分析研究，充分分析CSI理念與裝配式鋼結構住宅的特點，從戶型轉變方案與戶型模塊模數化兩個方面上對戶型模塊的優化設計進行了研究，并在實踐中對實際案例進行了優化設計。通過對住戶需求、家庭情況等問題進行分析，保證了戶型轉變方案的科學性。通過對戶型模塊進行趨于規整的調整，我們對戶型模塊進行模數化優化。