低碳背景下模塊化建筑設(shè)計的應(yīng)用研究

摘要：隨著全球氣候變化問題日益嚴峻，低碳發(fā)展已成為國際社會共同追求的目標。建筑行業(yè)作為能源消耗和碳排放的主要領(lǐng)域之一，其低碳轉(zhuǎn)型亦刻不容緩。其中，模塊化建筑設(shè)計是一種創(chuàng)新的建筑方法，憑借其在資源節(jié)約、環(huán)境污染減少、建筑生命周期內(nèi)的靈活性等方面的優(yōu)勢，如今已成為實現(xiàn)建筑領(lǐng)域低碳發(fā)展目標的有效途徑。從模塊化建筑設(shè)計的低碳價值及其發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，分析模塊化建筑設(shè)計原則，進而結(jié)合具體案例探討低碳背景下模塊化建筑設(shè)計的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模塊化建筑設(shè)計"低碳"裝配式建筑"能源消耗"碳排放

Application"Research"on"Modular"Building"Design"Under"Low"Carbon"Background

JIANG"Guanghan

Guangdong"Jianke"Architectural"Design"Institute"Co.，"Ltd.，"Guangzhou，"Guangdong"Province，"501010"China

Abstract："With"the"increasingly"serious"problem"of"global"climate"change，"low-carbon"development"has"become"a"common"goal"pursued"by"the"international"community."As"one"of"the"major"areas"of"energy"consumption"and"carbon"emissions，"the"low-carbon"transformation"of"the"construction"industrynbsp;is"also"urgent."Among"them，"modular"building"design"is"an"innovative"construction"method"that"has"become"an"effective"way"to"achieve"low-carbon"development"goals"in"the"field"of"architecture，with"its"advantages"in"resource"conservation，"environmental"pollution"reduction"and"flexibility"throughout"the"building"lifecycle，"and"has"become"an"effective"way"to"achieve"low-carbon"development"goals"in"the"construction"sector."This"paper"starts"from"the"low-carbon"value"of"modular"building"design"and"its"development"status，"analyzes"the"principles"of"modular"building"design，"and"then"discusses"the"application"of"modular"building"design"under"the"background"of"low"carbon"combined"with"specific"cases.

Key"Words："Modular"architectural"design;"Low"carbon;"Prefabricated"buildings;"Energy"consumption;"Carbon"emission

在建筑領(lǐng)域，模塊化建筑作為一種新興的建造方式，因其低碳特性、高效施工和靈活設(shè)計等優(yōu)勢，正逐漸成為推動建筑業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要力量。近年來，模塊化建筑設(shè)計在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展，其市場規(guī)模和技術(shù)水平均取得了顯著進步。在歐美國家，模塊化建筑技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并廣泛應(yīng)用于住宅、商業(yè)、醫(yī)療等多個領(lǐng)域。在國內(nèi)，模塊化建筑市場規(guī)模持續(xù)擴大，裝配式建筑面積占比逐年提升。然而，盡管模塊化建筑在低碳環(huán)保方面具有顯著優(yōu)勢，但其設(shè)計、施工和維護等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)和問題。因此，深入研究模塊化建筑的低碳特性，并對其設(shè)計原則、方法及具體應(yīng)用等進行探索，有助于進一步挖掘其節(jié)能減排的潛力，為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1"模塊化建筑設(shè)計的低碳價值

模塊化建筑設(shè)計是一種創(chuàng)新的建筑方法，其對實現(xiàn)低碳發(fā)展目標具有重要意義。這種設(shè)計思路強調(diào)將建筑物分解為多個獨立的、可重復(fù)使用的模塊單元，并在工廠環(huán)境中預(yù)制，從而大大減少了現(xiàn)場施工帶來的資源浪費和環(huán)境污染。模塊化建筑通過標準化生產(chǎn)，可以提高材料利用率，減少廢料產(chǎn)生，同時因為預(yù)制件在受控環(huán)境下制作，能夠更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低后期維護成本[1]。

此外，模塊化建筑的靈活性允許建筑物根據(jù)需求的變化進行擴展或縮減，這意味著在建筑物的整個生命周期內(nèi)，可以通過重新配置而非拆除重建來適應(yīng)不同的使用功能，從而延長建筑使用壽命，減少不必要的建筑材料消耗。更重要地，模塊化建筑易于拆卸和搬遷的特點使建筑組件可以被循環(huán)利用，降低了資源的總體消耗。而在能源效率方面，模塊化建筑設(shè)計往往會整合太陽能板、雨水回收系統(tǒng)等綠色建材和技術(shù)，以進一步減少碳排放。

2"國內(nèi)外模塊化建筑設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，模塊化建筑設(shè)計在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展，尤其在歐美國家和中國等地表現(xiàn)得尤為突出。美國、英國、日本等國的模塊化建筑技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并廣泛應(yīng)用在住宅、商業(yè)、醫(yī)療等多個領(lǐng)域。

在國內(nèi)，模塊化建筑同樣受到政府的大力推廣和支持。據(jù)住建部公布的數(shù)據(jù)，到2020年全國新開工裝配式建筑面積已達630，000，000"m2，而在2021年，這一數(shù)字繼續(xù)擴大，預(yù)計到2025年，大部分省市的裝配式建筑面積占比將達到30%以上，部分地區(qū)甚至要求達到50%，天津、上海等地更是要求全部實施裝配式建筑[3]。2022年，中國模塊化建筑市場規(guī)模約8"040.98億元人民幣，且預(yù)計到2028年市場規(guī)模將超過1萬億元人民幣[2]。

國內(nèi)以萬科為代表的房地產(chǎn)開發(fā)商已經(jīng)開始大量采用模塊化建筑技術(shù)，保障性住房領(lǐng)域也大量應(yīng)用了裝配式建筑技術(shù)，提高了住房建設(shè)的效率和質(zhì)量，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

隨著技術(shù)的進步和市場需求的增長，預(yù)計未來模塊化建筑設(shè)計將繼續(xù)向著更加智能化、數(shù)字化和自動化的方向發(fā)展，同時也將更加注重可持續(xù)性和環(huán)保，推廣綠色建筑材料和能源利用方式，從而更好地服務(wù)于低碳環(huán)保的目標。

3低碳背景下模塊化建筑設(shè)計原則

3.1標準化和規(guī)范化

模塊化建筑設(shè)計強調(diào)標準化和規(guī)范化，即在設(shè)計過程中應(yīng)遵循統(tǒng)一的技術(shù)標準和規(guī)范，確保各個模塊具備一致的接口和尺寸，從而實現(xiàn)不同模塊之間的無縫對接與互換性[4]。這種標準化極大地便利了模塊的批量生產(chǎn)和現(xiàn)場快速組裝，顯著提高了建筑施工的效率和質(zhì)量，同時降低了成本，縮短了建設(shè)周期。

3.2注重功能性和可擴展性

注重功能性和可擴展性即要求在設(shè)計之初就要考慮到建筑未來可能面臨的不同使用需求和擴展?jié)摿ΑＭㄟ^靈活的模塊組合與搭配，不但可以根據(jù)不同階段的實際需求快速調(diào)整空間布局，還能在必要時輕松增添新的功能模塊，以適應(yīng)環(huán)境或業(yè)務(wù)的變化。這種設(shè)計思路極大增強了建筑的適應(yīng)性和靈活性，還為其長遠發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)，確保了投資的有效性和建筑生命周期內(nèi)的持續(xù)價值。

3.3可持續(xù)性和環(huán)保性

模塊化建筑設(shè)計的可持續(xù)性和環(huán)保性體現(xiàn)在多個方面。首先，應(yīng)選用環(huán)保材料和先進的節(jié)能技術(shù)，以減少建筑能耗和對環(huán)境的負面影響。其次，模塊化建筑的預(yù)制特性允許在工廠環(huán)境中進行高精度加工，減少了施工現(xiàn)場的廢物產(chǎn)生，也有助于控制污染。最后，模塊的可重復(fù)使用性和靈活性要求建筑部件可以在不同項目間流轉(zhuǎn)使用，從而大幅度減少建筑廢棄物的產(chǎn)生，減輕環(huán)境負擔(dān)。

3.4空間集約

空間集約要求模塊化建筑設(shè)計必須最大限度地優(yōu)化土地資源和空間利用效率，通過緊湊而合理的設(shè)計方案，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)功能的完善與集成[5]。遵循該設(shè)計原則，可以減少不必要的空間浪費，還能通過靈活的模塊組合，實現(xiàn)功能區(qū)域的高效布局與銜接，從而在有限的空間內(nèi)提供更多樣化的使用功能。例如：通過垂直空間的開發(fā)利用，可以在不增加占地面積的前提下增加建筑面積，有效提升土地利用價值。

4"模塊化建筑設(shè)計的應(yīng)用案例分析

4.1項目概況

某學(xué)院實訓(xùn)樓坐落于廣東省清遠市，占地面積7"660"m2，總建筑面積達37"309"m2，建筑共5層，首層層高5.5"m，2～5層層高4.2"m，主要功能為實訓(xùn)教學(xué)，建筑外觀新穎大氣，與周邊山水相映成趣，極具嶺南庭院特色。該項目設(shè)計充分考慮了公共建筑特有的可持續(xù)發(fā)展特征，將其視為一個有機體，強調(diào)建筑的持續(xù)進化和發(fā)展。同時，在低碳目標下，采用模塊化設(shè)計理念，使實訓(xùn)樓具備高度的環(huán)境適應(yīng)性，且能夠在使用過程中根據(jù)不同科目的實訓(xùn)需求靈活調(diào)整，展現(xiàn)了極佳的功能可拓展性和空間生長性。

4.2模塊化設(shè)計方法

4.2.1總體布局設(shè)計

本項目設(shè)計方案采用模塊化布局，以靈活應(yīng)對不規(guī)則用地。設(shè)計核心由4個單體建筑通過“U”字型連廊連接，設(shè)有6個產(chǎn)教融合實訓(xùn)中心，構(gòu)建高效的實訓(xùn)教學(xué)體系。“U”字型空間形成了兩組功能庭院，提供寧靜的休憩和交流空間。此布局不僅拓寬了室外視野，還優(yōu)化了室內(nèi)空氣質(zhì)量，助力節(jié)能減排。

4.2.2模塊化功能布局設(shè)計

首層為入口大堂、實訓(xùn)室及配套用房，配置高大空間需求的大型實訓(xùn)室，2～5層為實訓(xùn)室。平面為4個規(guī)則的矩形組合成一個U形的形狀。設(shè)備管井和衛(wèi)生間沿豎向交通布置在矩形平面的東、西兩側(cè)，各層主要功能用房集中布置在中部南、北兩側(cè)，功能分區(qū)明確，流線順暢合理。

柱子采用10"m為基準跨度，每個10"m跨度的柱網(wǎng)組合作為基本模塊。每個單元均采用模塊化設(shè)計，確保空間布局的高效性和靈活性。標準模塊基于2個10"m跨度的柱網(wǎng)構(gòu)建而成，基本模塊則擴展至3個1"m跨度的柱網(wǎng)組合，為實訓(xùn)提供了穩(wěn)固的空間基礎(chǔ)（如圖1所示）。這種模塊化設(shè)計不僅優(yōu)化了輔助用房、樓梯及衛(wèi)生間的布置，使其緊鄰實訓(xùn)主要功能單元，確保了使用流線的順暢與高效性，還賦予了空間極大的靈活性。此外，基本模塊可以靈活擴展，形成大面積實訓(xùn)空間，適用于不同規(guī)模的實訓(xùn)室。

模塊之間的組合方式也極為靈活，無論是線性排列，還是環(huán)狀連接，都能夠滿足功能區(qū)域的靈活劃分需求，體現(xiàn)了設(shè)計的前瞻性和適應(yīng)性。在墻體設(shè)計方面，同樣強調(diào)靈活性，為未來可能出現(xiàn)的功能調(diào)整預(yù)留了足夠空間，保證了建筑的長期適應(yīng)能力。

在具體設(shè)計中，設(shè)計團隊為模塊化的平面布局創(chuàng)建了一個串聯(lián)的交通網(wǎng)絡(luò)，使得各種功能需求能夠靈活組合，在處理復(fù)雜功能需求與用地限制的同時，設(shè)計還融合了當(dāng)?shù)氐纳顖鼍霸兀瑒?chuàng)造出一個既專業(yè)又充滿生活氣息的實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境。

4.2.3模塊化外立面設(shè)計

實訓(xùn)樓的模塊化建筑設(shè)計呈現(xiàn)出一種簡約而現(xiàn)代的風(fēng)格，其外觀設(shè)計追求自然與傳統(tǒng)文化的和諧、統(tǒng)一。在塑造建筑形象的過程中，設(shè)計團隊巧妙地運用了“學(xué)院文化、尺度靈活變換”等策略，基于簡潔而精致的形體布局與模塊化設(shè)計語言，賦予建筑一種獨特的韻律美感。這種美感不僅突顯了建筑的獨特標識性，更深刻地傳遞了學(xué)院“求是、篤實、創(chuàng)新、立業(yè)”的校園文化。

整體形態(tài)方面，遵循職地區(qū)的風(fēng)貌要求，主要教育建筑風(fēng)格以現(xiàn)代嶺南為主，通過建筑群體的組合，形成具有書院氣息的活潑通透的建筑風(fēng)格，并注重自然通風(fēng)和采光。色彩以紅色系為主，白、灰為輔，形成三段式設(shè)計，營造靜謐又不失活潑的書院式整體意向（如圖2所示）。

基于統(tǒng)一模塊的規(guī)律性排列，外墻主要采用極具文化感染力的紅色條形外墻磚、白色外墻漆和通透的玻璃窗，形成鮮明對比。紅色外墻磚的文化底蘊與穩(wěn)重、白色外墻漆的靈動與玻璃的透明感三者相結(jié)合，完美演繹了“學(xué)院文化之美”的設(shè)計理念。建筑的外觀設(shè)計與功能模塊化布局緊密結(jié)合，構(gòu)件的尺寸與材質(zhì)的選用嚴格遵循模數(shù)化原則。模塊化的設(shè)計元素也強化了建筑平面特征在立面上的表現(xiàn)，賦予了立面豐富的變化與統(tǒng)一的秩序感。

5結(jié)語

綜上所述，模塊化建筑設(shè)計在低碳背景下的應(yīng)用有助于提高建筑行業(yè)的可持續(xù)性，同時實現(xiàn)資源的高效利用與環(huán)境影響的最小化。而上述案例的成功實踐表明，模塊化設(shè)計能夠大幅度提升建筑的靈活性和適應(yīng)性，同時在保證功能需求的前提下，通過優(yōu)化空間布局與采用綠色建材技術(shù)，有效推進了建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排目標，為未來低碳建筑的發(fā)展提供了有益借鑒。

參考文獻

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