模塊化策略在建筑設計中的應用

于斯逸

摘 要：自最初誕生以來，模塊化策略便給建筑的設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展階段，土地、環境以及能源等因素，已給建筑領域的發展，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境惡化以及資源消耗。未來，任何領域中理念、體制、技術、標準都會逐步發生變化，建筑設計領域也不例外，未來，建筑優化設計的核心發展方向在于提升建筑設計的水準，實現工業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性效應，進而就建筑可持續性設計中，模塊化策略的應用方法進行探究、討論。

關鍵詞：模塊化；設計策略

在當前的建筑生產活動中，亟需在資源較為有限的基礎上，力爭實現長足發展目標，因建筑生產活動，需要投入大量物力以及人力，如出現問題，會引發建筑閑置現象，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，也會引發閑置現象。作為一種成熟的設計以及生產方式，模塊化策略已普及應用于制造業領域中，不少建筑師也就怎樣應用模塊化策略，以引導建筑生產活動，并使之與當代工業體系保持同步進行了探究討論。模塊化設計階段，通過拆分與組合的方式，以實現多樣化功能、需求整合的思想，將可持續理念體現了出來，建筑設計中，模塊化設計的應用，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，并發展為與之相關的一系列理論。到目前為止，與模塊相關的、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構以及功能，可組合為一個系統。

1.2 模塊化

對于“模塊化”的核心，Baldwin以及Clark作為哈佛大學教授，將之歸納為 “將較小的，能夠獨立進行功能設計的系統，組合建立為一個復雜流程或產品”的過程。從中不難得知，“模塊化”是指應用系統論的觀點，將復雜問題分解為多個子系統后，再分別進行操作的系統理論。“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

應用模塊化的策略來進行建筑設計與生產的方法，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的復雜整體，分解為具有一定功能性、標準性的模塊，將模塊作為單元，進行設計、生產，并借助于模塊單元的組合與拼接，以實現建筑的整體生產流程。

2 建筑模塊化的四項可持續性原則

（1）借助于模塊這一中間層次的設置，將整體流程簡化，從而有效縮短建筑周期以及工程設計，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）模塊應兼備通用性、互換性以及獨立性三大體系特點。建筑模塊是建立整體系統的單一部件，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，將反復利用資源的基本準則體現了出來。

（3）作為一種標準化形式，一旦模塊化建筑得以普及應用，不但會改善建筑的整體生命周期，并且還能將建筑生產對環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了出來。

（4）就生產方式而論，建筑設計中，模塊化策略的應用能夠在建筑生產流程中，引入預制生產，進而改善建筑物的品質，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，降低建筑的平均損耗，它具有長足發展意義，并將質量原則體現了出來。

3 建筑模塊化應用方法的可持續性原則體現

總體而言，建筑模塊的組合與分解，體現了建筑模塊化的實質意義，可將其應用方式，劃分為兩個不同階段：其一，依照市場需求、設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。而建筑行業的固有特點決定著其在模塊化的具體應用方法上，會獨具特色，接下來，本文就不同階段，其應用方法對于可持續性原則的表現與體現進行探討：

3.1 建筑模塊的劃分

3.1.1 將使用功能作為基礎

對于建筑而言，功能是其基本屬性，功能規律在模塊化建筑中的應用，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，將設備、家具模塊化，經組合后，建立了一個居住模塊，其規格為2.3m×3.8m×2.1m，再借助于此類居住模塊的穿插組合，構建了整棟建筑。

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起來，并能獨立完成該功能所需建筑設備的安裝，實現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，規避了繁多的現場操作。

3.1.2 以設計目標為核心

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

3.2 建筑模塊的組合

3.2.1 空間關系

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，應當優先將不同模塊間的空間關系納入考慮范疇之內。

抽象說來，不同的模塊間具有三種關系，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系是否與可持續性原則相符，來判斷該設計方案是否優秀，譬如，科學的排布規律，有助于提升能源的利用率，改善建筑的功能，良好的體量關系，有助于降低能源消耗。

3.2.2 交接設計

依照 “模塊化”理論，模塊具有四大屬性，其中，應將 “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性因素，應將構造以及結構等因素，納入考慮范疇之內。

對于原始的模塊化住宅而言，電、水、結構、暖等，均需采用科學的方式，連接起來。本文采用系統性的方式，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，還改良了傳統的連接方式，實現了電、水、結構、暖的預制生產。

4.建筑設計的模塊化影響策略分析

4.1 模塊化設計的優點

模塊化設計理念，作為綠色設計方式的一種，已成為國內建筑設計中一種較為成熟的設計方法，它具有三大優勢：1.縮短產品的研發周期，可提前制成；2.提升產品的精準度，實現產品的系列化創新，能夠更好地適應市場變化；3.降低環境的負作用；4.有序進行回收拆卸與處理，進行反復利用。

4.2 建筑功能對模塊化的影響與整合

在建筑設計中，功能扮演著重要角色，它占有主導性地位。在新的發展時期，建筑便是基于功能而得以漸漸時興并發展起來的。“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。就本質意義而論，人們的生活活動具有社會性，且是動態的，這也意味著功能亦是動態的，具有社會性。作為建筑與生活間所達成的一種默契，功能體現了人與建筑間的和諧關系。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 建筑結構對模塊化的影響與整合

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

4.4 環境對建筑設計模塊化的影響與整合

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

5模塊化建筑的應用前景展望

迄今為止，隨著模塊化策略的不斷發展，它已在集裝箱、住宅建筑等領域，發展為建筑設計架構的核心思路；在建筑設計中，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計框架下的部分內容，用以解決復雜性建筑中的問題。參照其他領域中模塊化策略的發展歷程，可對其應用前景，做出如下分類：

5.1 集成式模塊化設計

借助于層級化的模塊策略，采用大型模塊來實現小型模塊的集成，進而實現功能的多元化與綜合化目標。如今，集成式模塊的設計方法已被普及應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計階段，優先依照功能需求，劃分為不同模塊，隨后對分好的模塊進行整體設計，簡化了建筑的建設以及建筑流程，提升了生產效率，并控制了成本。

5.2 系列式模塊化設計

在標準化設計的框架下，探索產品多元化的設計方案，即為系列式模塊化設計。它主要針對特定類型的產品，經標準化處理之后，對產品的形式、規格、功能以及參數等進行調試，獲取產品擴展的可能性，并采用標準化的方式，獲取個性化、多樣化的部件產品。

5.3 典型模塊化設計

將完整的產品，提煉為經典模塊，借助于模塊內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，其優點主要體現于模塊的替換上：首先，用戶可依照自身需求，選取產品的擴展功能；其次，用戶只需選擇所需更換的模塊以實現產品更新，而無需舍棄整個產品。

6 結語

經歷多年的粗放型發展，建筑行業漸漸走向資源節約型、建筑生產資源高效利用型、可持續性發展路線。在建筑設計領域中，模塊化設計策略的應用，不但能節省建筑資源，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長足發展目標，我們應注意使模塊化建筑更好地與實際功能需求、社會文化形態保持同步。

參考文獻

[1] 何嘉裕.淺談模塊化策略在建筑設計中的應用[J].建筑工程技術與設計，2016（13）.

[2] 王蔚，高青.參數化策略在集裝箱建筑模塊化設計中的應用研究[J].新建筑，2015（3）.

[3] 楊瑋明.試分析裝配式模塊化住宅在建筑設計方面的研究和應用[J].建材與裝飾，2016（33）.

[4] 李久太.可持續性視角下模塊化策略在建筑設計中的應用[J].建筑技藝，2016（2）.

[5] 王蔚.模塊化策略在建筑優化設計中的應用研究[D].湖南大學，2013.

[6] 李浩.模塊化思路在建筑方案設計中的應用——以黃岡市思源實驗學校設計為例[J].中華建設，2012（9）：112-113.

（作者單位：杭州師范大學）