以地域特色为导向的开源装配式农居适用性分析

张金明

（广东省绿色建材与装配式建筑工程技术研究中心 广东石油化工学院，广东 茂名 525000）

关键字：地域特色；开源；装配式；适用性

《2016-2010年建筑业信息化发展纲要》中提到要全面提高建筑业信息化水平，增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力。美丽乡村农居的建设是直接关系到农村居住环境的好坏与农村建设的成败。随着农村经济的发展，农村住宅的大肆建设，缺乏专业的施工管理和人地关系的考虑，使得乡村农居工程质量令人堪忧，并且出现各地农居建筑风格雷同，传统地域建筑特色文化正在消亡，因此，保障农居工程质量，改善农居环境水平，保护与传承农居地域文化，探讨一条地域特色、高质、高效的适合农居的建造方式，就显得尤为紧迫。本文尝试以开源装配式农居为对象，采用BIM 模块化的设计方法来探讨目前农居地域特色风格和建造方式，以适应未来新农村建设的农居工业化的新要求。

1 BIM 技术、模块化设计与装配式建筑特点

模块化设计是在进行系统功能分析基础上，将整个系统的总功能分解为若干个基础单元模块，根据用户需求快速设计出多样化用途的各种新系统[1]。模块化设计可以简单地理解为将某些要素组合，形成一个子系统，这个系统具有特定功能且可以作为通用性的模块再与其他要素再进行多样组合，又构成新的系统。建立模块的建筑构件模型库，实现建筑构件标准化，使各专业层次分明，从设计、生产、施工等多层次的设计与组合，可以快速地实现建筑物的设计、组合、变型及重构，为建筑的装配式提供基础。模块化是实现建筑工业化生产的一种有效方法。

以数据化、信息化整合的BIM 技术，基于协同设计平台，将不同专业模块或组件快速、准确地建立起信息模型，使建筑模型具有可视化、协调性、模拟性、优化性等特点。将 BIM 技术与装配式设计方法结合，可以形成专业的互动性和反馈性的可视化、各专业问题协调性、施工进度与管理的模拟性、复杂工程设计的优化性等，因此装配式建筑基于 BIM 的模块化设计方法可以使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，对提高生产效率、缩短工期、降低造价扮演重要角色。

2 开源装配式设计理念的由来

我国很多美丽乡村是村民根据生产、生活需要和其对自然环境的理解而营造起来的，这一持久的过程并没有职业建筑师参与。建筑使用者对建筑的使用要求表达越来越强烈，都希望全程参与建设，并把其最原始愿望变为现实，然而职业建筑师和工程师不能感同身受乡村生活方式，难于表达使用者的最初心理预期。互联网大数据的发展为建筑使用者更容易表达自己的想法，可以借助数字软件参与建筑设计，因此建筑师的工作方式要根据使用者意志表达需求转换设计模式，探索个体建筑设计向群策设计的开源设计方向转变。

乡村的发展是一个长久过程，美丽乡村的建设离不开传统建筑文化的传承与发展、传统建筑的活化利用。乡村建设要把村民的生活方式与自然的因素考虑进来，使建筑的载体更具有地域特色与乡土味。农居作为乡村建设的主要内容，更应该根据使用者的需求意志来完成，其设计的自主权应还回村民，让村民将村落的地域特色赋予建筑。

开源在软件系统里是开放源代码，用户可以在源代码的基础上修改和学习，开源装配式就是提供一个自由的平台可供各方共同参与设计。开源装配式理念可以让村民根据需求自主快速组合建筑主体结构，自行塑造建筑形态，根据地域特色材料与地域工序对“半成品”寻找适合的完善方式，既可以保证村落形态的整体统一，又能在统一中有随机的微小秩序变化。

3 开源装配式农居的适用性分析

推广装配式技术在农居的应用，引入新型设计体系与建造模式是解决农居建设共性问题的必由之路。如何实现农居的装配水平，关键在于装配式建筑的可靠性、实用性与传承性。因此对装配式农居在设计体系、建构效率、空间适应与物理环境[2]等方面进行适用性分析。

3.1 设计体系

BIM 技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性及可出图性等特点。基于BIM 平台在设计阶段能够对各专业模型进行3D 仿真模拟，以优化方案设计与成本控制。设计人员在协同设计平台上可以根据用户需求从模型库中挑选相应的设计模块来组合成整体模型，并对模型进行碰撞检测、优化协调，生成最终专业模型，实现模型信息在设计、生产与施工之间的共享。

引入开源装配式农居理念，参考了谢英俊家屋体系、哈贝马斯互为主体的“沟通行动理论”[3]的策略，在一定程度上解决了乡村地域特色与装配式建筑的矛盾问题。在预制装配建筑主体结构的基础上，开源可以让村民因生活方式、自然条件、社会条件等种种因素，衍生出各种地域特色的并适应需求的建筑扩展形态。然而这些扩展形态是村民将与其生活息息相关的想法转化为现实的成果，既保留了乡土的味道，又传承与演变了建筑形态。结构的预制与围护结构的开源，既体现了建筑形态的丰富多样，又保证了村落整体形态的统一，也符合美丽乡村建设的要求。

3.2 建构效率

早在20 世纪40年代，国外就关注装配式建筑对系统建构效率问题，如德国建筑师康拉德·瓦克斯曼的移动机库”（Mobile Hanger）与“组件住宅”（Packaged House）、美国建筑师埃姆斯夫妇的“埃姆斯住宅”（Eames House）等。20 世纪 80年代末以后，批量定制”（mass customization）概念引入轻质装配式建筑系统的实践之中，如美国建筑师斯蒂芬·基尔兰（Stephen Kieran）与詹姆斯·汀波莱克，他们致力于研究批量定制建筑的差异化、个性化问题。预制建筑的批量定制策略实际上是集设计思考、建造（制造）组织、技术转移、材料开发、销售服务于一体的综合性流程设计，并最终回应预制建筑的多样性命题。[4]

装配式建筑对系统建构效率的关注，主要体现在预制生产与装配建造两个环节。[2]预制生产与传统现场施工相比，预制生产可通过标准化构件体系有效地提高构件质量，降低造价，减少现场施工工期。装配建造环节相对于传统现场施工更显的方便、快捷，建筑构件运输到现场如果是轻量结构并不需要大型吊装设备，只需要施工人员协力便可人工完成拼装。

基于BIM 技术的协同设计平台，明确了各专业的工作职责，方便了相互间的交流与问题反馈的及时性，避免系统的碰撞冲突；能通过模型的族库信息精准地产品生产与跟踪、运输与装配，节约库存空间，同时满足客户的多样化需求。同时在施工中，模块化的构件让村民可方便快捷地组合建筑主体结构，加强了村民对建筑结构自由拼装的可操作性，。BIM 与装配式技术的结合进一步推动了建筑的工业化发展，提高了预制构件的质量与生产效率，提高了装配建造速度。

3.3 空间适应性

早在上世纪中期，国外就有研究装配式建筑的空间适应性问题，如研究建筑功能发生变化后对围护模块的拆卸、变换或重组，以适应建筑全生命周期内的空间需求。如基尔兰 · 汀波莱克事务所基于标准模数为 KT 系列住宅开发了“可卸板块”（dump panel）与“智慧模块”（smart module）两种模块。[5]

国内已经有很多学者研究装配式农居户型标准化设计内容，如空间的模块化设计、集成化设计等，从生活习惯和传统文化的影响分析，建立标准的功能模块和标准的户型模式，再到户型全生命周期内空间的可变性研究，已经积累了大量实践案例，如谢英俊家屋体系，北新建材研发的新型房屋，朱竞翔的“新芽”系列建筑等。

村民在预制的主体结构基础上，根据传统的民居空间形态、生活方式与需要，自由组合出不同空间架构。开源的主体结构与围护结构便于村民根据家庭人口结构对结构空间的扩展，便于对围护结构材料选择的本土化与维护，既避免了现代产业化风格单一的形态，又能满足用户不同的需求。

3.4 物理环境性能

物理环境性能指的在保证建构效率与空间适应性的前提下，通过装配式建筑的本体设计能营造舒适的室内物理环境，减少对外部能源的依赖，最终达到“舒适”与“节能”的平衡。[2]

国外关于装配式建筑物理环境的研究较早，如上世纪30年代，有法国的让·普鲁维研究轻质装配式系统的气候适应性特征的“热带住屋”（Maison Tropicale）[6]；美国建筑师马克·安德森从地理与气候研究建筑的环境性能与建筑形式的“场地特异性”（site-specificity）；[6]基尔兰·汀波莱克事务所研究阳光板与室外环境的光、风、热因子的“火炬松住宅”（Loblolly House）。[7]

国内关于装配式建筑物理环境的研究，如香港中文大学的朱竞翔研究的新型轻量建筑围护设计、物理性能与舒适度问题；清华大学宋晔皓团队研究室内舒适度问题的零能耗轻质装配式建筑；还有其他学者对区域装配式建筑的物理环境研究，如朱娜“ 岭南地区绿色装配式农居设计策略研究”，赫浩伯“小型预制装配式建筑在北方严寒地区的实现”等。

从国内外装配式建筑的物理环境性能研究现状来看，装配式建筑室内的物理环境是可以满足居住的要求的。开源装配式建筑可通过气候适应性策略，采用自然通风、高热容的围护结构、遮阳等技术来提高建筑室内的舒适性。

4 装配式农居发展的问题

4.1 产业配套不完善

目前农居的结构体系以是框架结构和混合结构为主，建设均需要现场浇注和养护，拥有非常成熟的施工流程和施工技巧。然而装配式建筑部分构件需要在工厂预制，完成后运输到现场，部分重体量构件还需通过吊车吊起安装，涉及的专业较多，要求工人有一定的识图能力与安装技巧，因此需要上下游专业的配合和配套才可完成。基于农村建设的交通与场地有限，装配式建筑构件设计、生产、运输、安装、维护等人才紧缺，是装配式建筑在农村发展的重要影响因素。

4.2 居住文化的差异

中国传统的农居都是较稳重的砖石材料，能带给居住者安全、稳固之感，切合中国人的生活习惯。装配式建筑，特别是轻钢结构建筑应用“空”的复合墙板围护结构与“轻”的结构体系给人不踏实的安全感和较差的隔热、隔声性能。对于新型的建筑结构，村民在没有确定其可靠性、安全性、实用性与经济性前都会处观望状态，况且装配式建筑在农村还没有流行，自然不会冒大风险尝试，除非其有足够的吸引力。

4.3 建设成本与施工效率

装配式建筑在农村还没有大批量的需求，能做装配式建筑的企业都是一些大型企业，自然不会追求农村小利润项目，造成目前农村小型装配式建筑成本过高，偏远地区构件运输与安装成本较大，这也是业主对装配式建筑望而生畏的因素。

5 总结

本文从开源装配式建筑的设计体系、建构效率、空间适应与物理环境等方面进行开源装配式农居的实用性分析，既符合建筑行业的发展目标与需要，也体现了农居的地域特色发展，在 BIM 设计理论结合产业配套的完善，加强技术工人的专业技能培训，开源装配式农居具有一定的适用性。