工業時代下的教學空間創新性實踐探索

文/中國建筑設計研究院有限公司室內空間設計研究院 張洋洋 曹 陽

1 教學空間的發展

依據教育部對于未來校園建設的指導意見，未來校園將具備以下特點：①綠色校園 涵蓋一體化的校園空間設計、低碳節能的工程建造技術、綠色環保材料的安裝使用、全專業統籌的成本控制；②人文校園 涵蓋校園功能整合、精細化細節處理、無障礙設施設置、室內外環境質量控制；③智慧校園 涵蓋智能化校園管理系統、教學管理系統、室內外環境監測系統。

從建筑空間角度來看，現階段校園建筑（中小學）空間大致分為教學空間系統與非教學空間系統：教學空間系統包含教學樓內的標準教室、合班教室、實驗室、各類特色教室、前廳、走廊等；非教學空間系統包含圖書館、報告廳、體育館、食堂、宿舍、綜合辦公樓等。

從使用需求角度分析，現階段校園建筑（中小學）大致需要滿足學生與教師的如下需求：①安全需求 建筑空間內外界面堅固耐用、清潔環保；②舒適需求 空間環境舒適，具有良好的光環境、空氣質量等；③互動需求 空間界面組織可滿足教師與學生的教授互動、學生與學生之間的交流互動、媒體與學生之間的展示互動等需求；④變化需求 建筑物理空間的功能轉化、開合轉化、操作便捷等。

2 工業化建造的時代背景

在供給側結構性改革大背景下，“去產能”“去庫存”“去杠桿”等成為社會熱詞。通過大力推廣、發展箱式鋼結構裝配式室內設計技術，既可化解鋼鐵產業過剩產能，又能推進建筑業朝綠色化、工業化、信息化發展，實現傳統產業轉型升級。截至2016年，在我國民用建筑結構體系中，鋼結構體系僅占5%，且其應用集中于高層、超高層建筑，大空間公共建筑及工業建筑中；在學校等多高層公共建筑以及低層、多層、高層住宅中，鋼結構體系應用極少。

3 “未來教室”的研發

基于上述背景，中國建筑設計研究院有限公司室內空間設計研究院于2019年開展“未來教室”的研發。以北京某新建學校標準教學樓為例，綜合現有教學單元類型，對教師授課、學生自習、閱讀交流、資料查詢、教師辦公等功能空間進行集成，利用裝配式室內空間建造手段創造能夠實現多功能切換的教學單元產品。其設計理念就是在裝配式建筑中插入舒適的智慧化教室內核。

3.1 標準化設計

未來教室采用創新集成室內裝配式設計，以國際先進的裝配式結構系統集成為基礎，統籌隔墻系統、設備與管線系統、吊頂系統，架空地面系統，推行一體化集成設計，推廣模數化、標準化、通用化的設計方式，積極應用建筑信息模型技術，提高室內設計領域各專業協同設計能力。

3.2 工廠化生產

墻頂地整體設計，模數統一且采用工廠化生產。如吊頂填充模塊采用1200mmx1200mm白色裝配板，模數統一，通過標準板與容錯板的規則排列，形成富有變化的序列。圍護墻板模塊采用龍骨和預制夾層板整體裝配的安裝形式，墻板全部由工廠加工完成，通過嚴格的尺寸控制實現密拼效果，易于墻面清潔。

3.3 裝配化施工

以設計和產品雙思維模式為出發點，創造系統性解決方案，強調接口設計。裝配式部品生產主要分為生產計劃、模具加工、生產驗收、產品存儲、產品運輸等階段。注重裝配式內裝施工中各部品施工的配合與穿插、交接工序的管控等。

3.4 信息化管理與智能化應用

智能化設備系統采用電子班牌、電子時鐘、監測攝像與錄播設備，在契合教學場景的基礎上，提供管控便捷、維護簡單的硬件環境，進行移動授課，提高教學效率并激發學生的學習興趣。

4 “未來教室”研發成果在實踐項目中的運用

上述對“未來教室”的研究經過前期不懈探索，深化發展并應用于景德鎮圣莫妮卡學校項目實踐。以建筑功能為核心，主體以箱式框架為單元展開，以結構布置為基礎，在滿足建筑功能的前提下優化箱式鋼結構體系，滿足工業化內裝所提倡的大空間布置要求，同時嚴格控制造價，降低施工難度。以工業化圍護和內裝部品為支撐，通過內裝設計隱藏室內的梁、柱、支撐構件，保證安全、耐久、防火、保溫和隔聲等性能要求（見圖1～3）。

圖1 景德鎮圣莫妮卡學校建筑外觀

圖2 景德鎮圣莫妮卡學校建筑外立面

圖3 景德鎮圣莫妮卡學校建筑走廊

項目位于江西省景德鎮市珠山區竟成鎮景東大道北側，建設單位為景德鎮陶溪川教育發展有限公司，為臨時教育用地，原建筑可拆卸移至新校區繼續使用，故主要采用工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修且可拆裝的箱框結構體系，總建筑面積約11685.70m2。

中國建筑設計研究院有限公司室內空間設計研究院主要參與項目的教學樓模塊、學生宿舍模塊及辦公模塊的室內設計，配合中國建筑設計研究院有限公司本土設計研究中心、國家住宅與環境工程技術研究中心對箱式模塊化建筑體系的室內部分進行優化設計。2020年春節前，學生宿舍模塊已在工廠預制完成并投入使用，在疫情期間宿舍被改建為深圳市第三人民醫院二期工程應急院區的醫護人員公寓，以滿足當時的應急需求（見圖4）。

圖4 學生宿舍模塊

春節后學校項目如期施工，其中A～C樓為學生宿舍模塊，建筑面積4428.18m2，首層為鋼框架結構，2～4層為箱式鋼結構，室內面積約3321.00m2；D樓為箱式鋼結構教學樓模塊，室內面積約3338.70m2，在工廠生產完成建筑主體及室內外裝修，并運往現場吊裝，部分接口部位、屋頂部分及防水等構造節點在工廠做好預留，在現場完成安裝。

4.1 裝配化空間界面

對各類既有產品模數進行綜合分析，最終選取3與6的倍數進行發展與演變。水平擴大模數為300，600，900，1200，1500mm，主要用于墻板、構配件以及門窗洞口等處；豎向擴大模數為900，2400mm；15，150mm主要用于拼接的縫隙、構造節點、構配件截面等處。項目盡量使用同一種尺寸板增加其重復率，余量填補板則采取拼縫作為裝飾板，變消極處理為積極應對，滿足設計精細化、高效率和經濟性要求。

4.2 燈具與吊頂模塊穿插組合

燈具與通用型吊頂模塊結合，在不同空間中組合使用，組合形式如下：走廊空間燈具與金屬網吊頂結合（見圖5），教學與辦公空間燈具與硅鈣板吊頂結合（見圖6～8）。化繁為簡的長條線形燈，既有均勻的照度，又兼顧護眼功能。通用接口的持續研發與更新孵化出多樣產品，體現出裝配式室內設計的百變優勢。

圖5 走廊吊頂

圖6 閱覽室吊頂

圖7 教學空間吊頂

圖8 辦公空間吊頂

4.3 適用于教學空間的材料系統

對在不同區域使用的不同材料進行對比研究，在未來長期使用過程中，通過探測器持續記錄各類材料的安全性、耐久性和舒適性（見表1，2）。

表1 裝配化吊頂材料

表2 裝配化地面材料

4.4 細部

4.4.1 燈具

學校照明應確保每間教室光環境的照度充足、均勻度優異，同時將眩光最小化，以達到保護學生視力的目的，真正為學生提供健康、舒適、綠色的教室光環境，具體要求如下：①照度優 教室課桌面維持平均照度值不低于300lx，其照度均勻度不低于0.7，教室黑板設局部照明燈，其維持平均照度值不低于500lx，照度均勻度不低于0.8；②無眩光 教室的統一眩光值（URG）不宜大于19；③顯色指數高 教室照明光源的顯色指數不宜小于80；④無光頻閃危害 專業的教育照明LED燈具光頻閃小于等于3.2%；⑤色溫適中 教室采用3300～5500K色溫的光源；⑥無藍光危害 普通的LED燈具未經過防藍光處理可能存在危害，專業的教育照明LED燈具經過專業處理達到豁免級，無藍光危害。

教室、黑板、閱覽室等空間的照明設計要求如下。

1）教室照明 普通教室課桌規律性排列，采用頂棚均勻布燈的一般照明方式；為保證照度均勻，應使距高比（l/h）不大于所選用燈具的最大允許距高比；教室照明燈具布置在垂直黑板的通道上空，燈具距地面懸掛高度宜為2.5～2.9m，距桌面懸掛高度宜為1.75～2.15m。

2）黑板照明 黑板上的垂直照度很低，均勻度較差，故在黑板下設專用燈具照明；燈具在學生側保護角宜大于40°，應合理確定燈具的懸掛高度及其與黑板墻面的距離。

3）閱覽室照明 照明設計除滿足照度標準外，應努力提高照明質量，尤其要注意降低眩光和光幕反射；燈具、照明設備的選型、安裝、布置等方面應注意安全及防火要求。

4.4.2 軟木板、掛鏡線與吸聲板

1）軟木板 中段墻體表面局部采用軟木板，易于粘貼，其余鋼板表面可作磁吸粘貼展覽，此設計拓展書寫與展覽面積，適宜學校重復粘貼使用，同時給室內空間增添溫馨木色，減少全工業效果帶來的冰冷感。

2）掛鏡線 掛鏡線模塊在模數上解決了2400mm高板材的橫向拼縫問題，工業化標準生產的“U”形掛鏡線槽在房間墻面形成筆直的橫向線條，滿足掛置物品等使用功能，且通過合理設計節約資源、避免材料浪費，具有一定美觀性，在視覺上起到延伸空間的作用。掛鏡線與吸聲板結合，龍骨隱藏于墻板模塊內部（見圖9）。掛鏡線設置裝卸口以方便更換。

圖9 掛鏡線與吸聲板

3）吸聲板 灰色聚酯纖維吸聲板的使用可確保教學空間的靜音效果，營造安靜舒適的學習環境。

4.4.3 圓角處理

內裝系統是裝配式建筑四大系統之一，目前最易被忽略，但卻與使用者關系最密切。在學校類裝配式鋼結構建筑中，內裝系統必不可少。GB/T 51232-2016《裝配式鋼結構建筑技術標準》指出梁柱包覆應與防火防腐構造結合，實現防火防腐包覆與內裝系統的一體化。鋼結構建筑室內不易處理的露梁、露柱問題也可通過內裝圓角包覆或內裝部品加以隱藏。

中小學建筑質量關系著全校師生的生命安全，故其室內設計需充分考慮安全性問題。本項目在墻板陰陽角多使用半徑較小的圓角，陽角構件與一側墻板呈“L”形布置，低齡學生區采用較大圓角，觸感更平滑。同時，觀察窗選用安全玻璃，對門框、門把手等金屬構件進行圓角處理，防止磕碰。

4.4.4 墻面設計

中小學校建筑墻面設計應充分考慮安全問題，需關注面層材料選擇，避免墻面脫落造成砸傷事故。根據已有的工程經驗，面磚類墻面的施工質量多無法保證，風雨侵蝕、溫差變化等導致黏結砂漿和防水層破壞，繼而造成面磚空鼓脫落，帶來極大安全隱患且不易避免，故宜選用耐久性好的涂料，少用或不用面磚類材料。本項目選擇裝配式鋼板材料，耐久性有保證。同時應關注墻面突出物的設置，如消火栓箱。消火栓箱宜進行全埋處理，建筑專業需與給排水、結構等專業協調，對其所在位置的墻體進行加厚處理。對走廊消火栓與儲物柜進行整體處理，使其表面平齊，開豎向暗門，對陽角進行圓角處理，避免撞傷。中小學校建筑設計需提升安全標準，重視細節，不斷優化設計質量，確保設計安全性。

4.4.5 接口設計

裝配化內裝需解決的最大問題是與設備末端的配合。內裝優化解決方案是對室內裝修過程中機電末端系統進行后期使用空間的預留與預埋，提高空間靈活性。如教室門后墻體暗藏電箱，表面設置暗門，兼顧功能性與美觀性。

電子白板教學觸控一體機在安裝前，其后背板的裝配式墻體采用增加立柱與橫向支撐的加固設計，保證一體機使用的安全性與穩定性。同時在強弱電穿管時進行套管處理，保證線路排布清晰明確。一體機配有的2個音箱與廣播所用的1個音箱均設置在灰色吸聲板等高位置，表面使用灰色音箱網進行遮擋，在保證音質的同時，對各類設備與明線進行隱藏處理。靠窗部位的壁掛式空調表面使用灰色張拉網進行遮蔽，后期運營期間此網能自由拆卸清洗，方便使用。

同時，每層設置的錄播教室可實現錄播功能，錄播屏幕暗藏于墻體表面，頂面攝像機與話筒伸縮式突出于吊頂，滿足錄播功能與房間整體美觀性的需求。

5 未來創新與拓展

景德鎮圣莫妮卡學校室內設計旨在推動建造方式創新，推廣裝配式室內裝修，為實現鋼結構產業化提供成套技術，通過標準化設計、裝配式施工、信息化管理、智能化應用，促進裝配化產業升級。箱式裝配式結構的教學、宿舍、辦公單元模塊產品可根據用戶的不同需求進行清單式分項功能選擇，并采用全國聯網、多省市一站配送的模式，確保貨物準時送達并在各地推廣使用。設計人員需在裝配化室內設計中轉變固有的設計思維，遵循工業化生產及施工邏輯，以打造普適性產品為思路。未來，裝配式教學單元產品定能成為市場主流，為我國教育事業添磚加瓦。