水上災后過渡空間膜結構設計與應用研究

王少華

（華中師范大學，湖北 武漢 430079）

1 過渡型安置房的概念

過渡性安置房是地震災后提出的災民安置性住房。根據安置需求和時間跨度的不同，災后安置階段主要分為應急型安置階段、過渡型安置階段和永久型安置階段。其中過渡型安置階段主要開始于災難發生后1個月或2個月的救助階段，主要是相對安全的地點進行應急計劃。通過建設救災帳篷、搭建自建房等臨時安置點，為災民提供了安全的生活環境，幫助災民逐漸恢復到正常的生活條件。安置階段持續時間長，安置形式多樣，涉及面廣，是災后所有永久安置工作完成前安置災民的重要階段[1]。水災后大部分陸地被洪水淹沒，在可用的陸地上搭建臨時安置房并轉移災民需要耗費大量時間，利用水上空間搭建災民過渡性安置房能夠有效節約救援時間，減少資源浪費。

2 膜結構應用的可能性

膜結構作為21世紀具有代表性和前景的建筑形式，打破了傳統建筑純粹的線性建筑形式，形狀多為曲面，美觀、簡單、快捷。

膜結構是由多種高強膜材料和加強構件通過一定方式使其內部產生一定的預張應力，可用于承受一定外荷載作用的一種空間形式。目前，膜結構被廣泛應用于體育館、會展中心和交通服務設施等大跨度建筑。

氣膜建筑采用高強度、高柔性的薄膜作為主要材料。膜材料由基布（聚酯纖維、玻璃纖維）和涂層（聚氯乙烯[2]、聚四氟乙烯）兩部分組成，基層是主要的受力構件，起到承受荷載的作用；樹脂涂層除了用于保護基布外，還可起到防光、防潮等作用[3]。

水上災后過渡空間設計采用充氣膜結構，充氣膜結構主要利用空氣力學原理等，將膜材固定于屋頂結構周邊，利用送風機提升室內氣壓，通過內外壓力差抵抗外力。利用膜材料作為空間的主要支撐結構，鋼結構等起輔助作用，不需要梁或柱等結構支撐，空間利用率更好[4]。

2.1 材質輕型化

建筑材質輕型化才能夠支撐建筑本身在水面上的漂浮狀態，同時也要考慮到水災后積水中的漂浮物對建筑本身的磨損。用于氣膜建筑物的材料通常為薄膜材料，厚度僅0.5 mm，相比傳統的鋼筋混凝土建筑或鋼結構建筑質量更輕。

2.2 經濟性能好

氣膜建筑采用的膜材材質較輕，且由于建筑物內沒有梁柱等結構，節省了材料，相比傳統的鋼筋混凝土結構，造價更低廉。在節約成本支出的同時，可以在災后重建當中滿足大規模建造需要。據統計，一座跨度為40 m，面積為3 000 m2的氣膜建筑造價僅為傳統建筑造價的1/3，經濟性能比傳統建筑要好。

2.3 環保可持續性

薄膜材料涂層防紫外線，具有高反射率和散熱功能，可以減少太陽能的引入，防止內外熱交換，起到隔熱作用，降低冷熱設備的能耗。此外，該建筑產生的建筑垃圾較少，節能環保能夠同時實現，自清潔性能和耐久性都很好，薄膜材料的保護涂層確保了建筑物良好的自清潔性能和使用壽命。

2.4 搭建便捷

充氣膜建筑系統是近年來發展起來的一種創新建筑技術，具有施工速度快、性價比高、國產化、高度集成、智能化、儲存方便、運輸方便等優點。包裝后可采用貨機運輸，位置靈活，方便布局，施工快捷，故障排除快。小型充氣膜建筑可以在抽氣后立即縮小體積，方便災后運輸，并較好地滿足水災后災民臨時居住的緊急需求。

3 水上災后過渡空間膜結構設計實踐

3.1 設計定位

根據前期的設計背景分析，本次設計實踐的目標定位為：基于可持續理念的水災后過渡空間膜結構設計，使水災后臨時性避難設施集環保性、經濟性與適用性為一體。在設計時，應當充分考慮到自然環境、受災人群和經濟成本之間的關系，選用可回收利用、可循環使用、加工過程產生極少廢料和污染物的材料；在符合保護生態環境、節約資源的前提下，加入人性化的設計元素，改善受災人群的生活質量；在保證基本功能的前提下，優化結構、空間和功能，形成系列化設計、預制化生產、模塊化組合、快捷運輸、可庫存和可多次循環周轉使用的產品系統[5]。

設計對象以颶風、暴雨災害受災人群為主，臨時避難空間在水上搭建。基本居住單位以2～3人居住為主，同時考慮獨居人群和4～6人規模的受災家庭需求，不同規模的家庭單位可以根據自身的需求自由組合模塊化空間單元，形成靈活變動的災后生活空間。在功能模塊方面，居住設施、醫療設施、休閑設施與衛生設施，形成多樣化、多功能的災后臨時性避難空間。

3.2 基本單元設計

基于水災之后快速搭建災后營地的思考，運用了傳統的水上工具烏篷船和充氣式救生艇的理念，設計了充氣式水上災后過渡空間。建筑空間由一體式充氣膜組成，5個單體建筑進行組合可形成一組交流活動空間，建筑外側部分可圍合成為災民的交流空間，建筑本身形成內部生活空間和外部交流空間的劃分，災民在使用時可自由組合形成集體的營地空間，滿足了災民日常生活需求，有利于災后身心恢復。

交流活動空間如圖1所示。

圖1 交流活動空間

整體由白色和灰色高分子PVC膜材組成，灰色充氣柱是整個空間的框架，撐起整個充氣白色外殼和屋頂，灰色半透明氣膜可透入陽光和空氣。充氣底座中間有水箱、燃料箱、過濾廢水箱解決了漂浮區域的水電體功能不完善和生活廢水排放問題。整個空間四周是充氣層，可支撐船屋在水上漂浮，內部由充氣隔墻分隔室內空間。白色充氣屋頂呈傾斜狀態，避免雨水、積雪對整個充氣膜建筑產生壓力損害。

充氣式水上災后過渡空間如圖2所示。

圖2 充氣式水上災后過渡空間

3.3 內部布局分析

內部布局方式與組合形態可以根據受災人群不同的居住需求進行靈活調整。每個居住單元內的可移動收納柜、桌椅，包含充氣高低床與床墊（其中二層床墊可以折疊，滿足災民不同的使用需求）。所有內部家具均采用價格低廉、加工過程綠色無污染、輕質化、可回收降解和循環使用PVC充氣膜材料，并通過充氣膜結構實現平板式運輸。

布局設計效果如圖3所示。

圖3 布局設計效果

3.4 具體室內展示

對于室內色彩的設計而言，要將各個影響要素分析在內，既要將色彩用在墻面和地面上，也要用在木材、床等方面。考慮各方面的色彩搭配，科學地選擇室內空間材料對人的身心健康發展有重要影響。因此材質有所差異對應給人帶來的心理沖擊也會有所不同[6]。室內設計采用暖色調搭配耐臟的灰色地面和乳白色屋頂，家具造型簡單圓潤，PVC材質的棕色充氣床墊和木紋收納柜搭配暖灰色浴室簾，營造一種自然舒適的氛圍，更有利于人們災后身心恢復。對災民的日常活動進行調查后，在有限的空間當中，將休閑和休息的地方設置在入口處同一空間，衛生間和廚房收納等私人的空間后置，有效利用類似船屋的傾斜空間。

4 結語

對于突發性的洪水、暴雨、颶風等災難，水上災后過渡空間（氣膜版）能在短時間內運送到場地并在水上充氣搭建完成，從而有效減少建造成本，迅速提升政府、社會、災民的應對災情能力。而在災情后平穩結束后，水上災后過渡空間（氣膜版）還可以回收并進行二次利用。