一种面向工业化的模块化板式住宅体系探讨

■ 李溪喧 LI Xixuan 胡思润 HU Sirun 余雪娇 YU Xujiao 王亦琢 WANG Yizhuo

1 综述

在当前的住宅工业化建设中，遇到了标准化如何与多样化结合的难题[1]。在设计环节，许多机构纷纷推出住宅的“标准设计”，但由于设计时考虑因素不周全，“标准设计”存在各种各样的性能缺陷[2]。每隔一段时间，这些“标准设计”就会推出新版本，房间布局和尺寸会发生改变。“标准设计”不能长期稳定，成了各种各样短期的“标准化”，而这并不能称作真正的标准化[3]。各种混凝土构件（梁、柱、剪力墙、楼板、楼梯等）的设计缺乏顶层考虑，只能定制化地用于特定项目，一旦住宅设计的内空间或外形有所改变，构件就无法通用[4]。由于没有通用的、标准化定型构件可供大批量、连续地生产，导致建筑成本居高不下，直接影响了建筑工业化的发展进程。目前，对于“标准设计”应该施行什么样的标准、“标准设计”如何才能做到大范围通用等问题，业界尚在研究之中。笔者认为，住宅设计如能更全面地接近建筑行业方、建设方、使用方的3 个发展目标，那就会离真正的“标准设计”更接近。

（1）建筑行业的科技进步目标，即提高营造效率，带动产业升级，实现建筑工业化。必须设计出标准化、通用化的建筑构件，且构件的形状、尺寸、构造都必须定型[5]；在各种不同的项目中，构件尺寸不能五花八门，必须有定规，这意味着房间尺寸也应遵循定规。

（2）建设方的经济效益目标，不仅要节约土地、降低成本、提高效益，还要满足居民各种需求。必须控制住宅的外廓占地尺寸，平面尽量规整紧凑，减少不必要的凸凹；户型、楼型、造型、空间分隔均保持多样化，便于居民选购；结构应经济合理，尽量降低造价[6]。

（3）住户的居住品质目标，即户型必须使住户感到舒适、便利，而不是仅仅满足相关设计规范所规定的最低标准。住宅应尽可能全面地满足实际生活中的细节要求，既要满足多数人的需求，也要尽量满足少数人的需求。居民的各种理性需求在住宅方案遴选中具有同等的“一票否决”地位。户型所能满足的生活细节越全面，适应性就越强，市场满意度就越高[7]。

受《营造法式解读》的启迪，科研组于2014 年提出了“谱系化建筑设计”思路[8]，2019 年进一步提出了“谱系化模块建筑营造”设计方法（以下简称BOGM）[9]，即：用有定规尺寸的系列化、标准化、模块化的结构骨架来营造建筑，使大量建筑构件能够同尺寸、同型号、可通用，同时，保持外部造型和室内空间分隔的多样化；并由此设计出谱系化、模块化的板式住宅体系和塔式住宅体系（简称“BOGM 住宅体系”，本文仅介绍板式部分）。

2 体系的特征和设计要求

2.1 体系特征

BOGM 住宅体系所具备的3 个特征，必须对应并达到前文的3 个目标。

（1）模块化、谱系化、定型化，即：将空间设计成系列化模块，并按尺寸大小顺序编成图谱供建筑师选型使用；同时，实现建筑构件定型，为工业化提供必要条件，以达到建筑行业的科技进步目标。

（2）节地性、适应性，即：模块空间紧凑、占地小且组合便利，能提供各种楼型、适应各种用地及规划方案，以达到建设方的经济效益目标。

（3）空间性能精优化，即：所有模块的设计都必须从生活的实际便利性出发，使每个户型具有优良的适用性，以达到住户的居住品质目标。

2.2 设计标准

为了进一步提升住宅设计质量，提高居民生活水平，科研组在参考了相关国家规范[10-12]的基础上，自主制定了《BOGM 板式住宅设计要求》。也就是说，体系内的每一栋住宅、每一个户型，不仅必须满足上述相关规范，还要尽量全面达到《BOGM 板式住宅设计要求》，主要是满足以下3个类别的要求。

2.2.1 整楼模块设计要求

在BOGM 板式住宅体系中，每一幢住宅楼的设计在整体范畴上应尽量达到以下几点要求。

（1）住宅整楼的面宽、进深应紧凑，以提高土地利用率，减少对北侧建筑的遮挡。

（2）住宅整体结构应尽量规整，可降低体型系数以避免过多凸凹，保证其优良的抗震性和经济性。

（3）住宅的结构布置需考虑一层或地下车库停车的便利性，考虑底商空间的使用便利性。

（4）所有户型及交通核应拼联灵活，对接时尺寸吻合，以保持住宅楼整体结构的抗震合理性。

（5）板式住宅交通核可灵活置于北侧或南侧，可镜像翻转，户型模块结构无需改变。

（6）隔壁邻里之间无视线干扰，电梯门与入户门亦无视线干扰。

2.2.2 交通核模块设计标准

在BOGM 板式住宅体系内，住宅的楼梯、电梯宜集成为通用的、标准化的交通核，其设计宜满足以下要求。

（1）多层板式住宅应尽量预留电梯安装位置，有条件的可直接装设电梯。

（2）体系内所有板式住宅交通核应定型、通用，并符合规范要求。

（3）交通核宜设计成既可用作封闭楼梯，又可用作防烟楼梯的形式，无需再改变交通核模块结构。

（4）体系内所有楼梯踏步尺寸宜相同、梯段宽度宜相同、楼梯间宽度宜相同，尽量统一为标准化尺寸。

（5）体系内所有井道尺寸宜相同；当入住率满额、上下班高峰时，轿厢尺寸能适当缓解拥挤状况；电梯还需考虑机器人同乘所占用的空间，尽量兼具住宅用的客、货、担架、消防电梯的功能。

（6）应预留空间以容纳未来可能增加的设备，并考虑预留未来可能的无人机卸货空间。

2.2.3 户型模块设计标准

BOGM 板式住宅体系的户型设计应做到功能适用、精益求精，主要满足以下要求。

（1）纵向柱距≥7.2 m 的户型，应通用于板式住宅和塔式住宅。

（2）户型的开间进深比例应适中，户型平面外形宜规整，避免过多凸凹。

（3）户内绝大多数墙体应为非承重墙，可根据住户要求灵活分隔，结构应预先做好荷载方面的考虑。

（4）结构实行包络化设计，应允许所有外围房间外挑，外挑深度可调，且最大不超过1.8 m。

（5）每户应至少有1 个小型多用途空间，可增设小卧室、工作室、工人房、储藏室或第二卫生间等。

（6）最小的一室一厅宜考虑三代六人（夫妻、两孩子、两老人）长年合住的情形，宜允许住户增设床位、增隔第二卫生间、增隔学习空间，并保证有独立的客厅和就餐空间。

（7）客厅的最小尺寸应至少允许住户选择50 英寸电视机并保证健康视距，甚至能摆放立式钢琴。

（8）客厅宜有两处可选的空调柜机位置，管路可从不同位置经阳台通向室外机位。

（9）邻里间卧室的床应尽量避免一墙之隔。

（10）厨房必须直接采光，既可餐厨分离，又可餐厨合一。

（11）厨房的最小尺寸应能容纳常规设施及大型对开门冰箱，案台的切菜区净长度≥0.9 m。

（12）所有卫生间的洗浴空间应允许住户既可选择淋浴房，也可选择浴缸。

（13）独卫户型应允许住户按需增设第二卫生间，增设时必须符合规范且不应影响其他住户的正常生活。

（14）除面宽最窄、面积最小的户型及住户增设的卫生间外，其它卫生间必须有直接采光。

（15）体系内所有板式住宅及户数低于一核六户的住宅，应有南北对流通风，且无视线干扰。

（16）体系内所有卧室不宜有间接采光或通过深暗的北天井采光。

3 模块和模块谱系

3.1 模块及其组合

BOGM 板式住宅体系的模块类型有：户型模块、交通核模块和整楼模块。

（1）户型模块是指单层的户型空间结构体（图1）。不同的户型模块有着统一的尺寸规则，所有房间大小被规定为少数几种尺寸。当模块外围按规定的尺寸增加悬挑空间时，内部梁柱已包络了这些荷载变化，因而无需改变内部结构设计。同一模块的外廓尺寸、建筑面积、外观造型，都可以根据项目需求灵活设计。

图1 户型模块和交通核模块示例

（2）交通核模块是指单层楼梯、电梯组合的空间结构体。整个体系使用同一种交通核模块，拼接方便。交通核模块在不改变结构布局的情况下，可根据《建筑设计防火规范》（GB 50016——2014）的要求，改变电梯的位置并增设（或取消）防烟前室，以适应不同的疏散要求（图2）。电梯井道净尺寸（2.4 m×2.6 m）允许安装通用型大尺寸电梯，且每部电梯同时满足客梯、担架梯、货梯、消防梯的尺寸要求。对井道结构进行包络化设计，可以灵活增设钢梁、钢构件，以安装其他小尺寸的电梯。

图2 交通核的灵活性

（3）整楼模块是指整栋楼的结构骨架。户型模块与交通核模块相当于“分模块”，由分模块组合成整楼模块。将整栋楼作为一个模块的原因是：只有在整楼的状态下才能进行结构设计，才能宏观地把握构件的通用性，从而设计出通用于各栋楼的结构构件。整楼模块的单元数为2 单元或3 单元（图3），结构规整、抗震性能好（图4）；柱子的位置即为关键承载点，可根据项目需要换成剪力墙或钢柱。因此，BOGM 板式住宅体系可灵活选用钢筋混凝土框架结构、剪力墙结构或框剪结构，还可以采用钢结构。更换结构类型时，建筑空间不需改变，结构的改变不影响建筑空间的合理性。

图3 整楼模块建筑平面图

图4 整楼模块结构平面图

3.2 模块图谱和模块谱系

BOGM 板式住宅体系将模块及其组合成的整楼按由小到大的尺寸顺序编辑成《板式住宅户型模块图谱》（图5）和《板式住宅整楼模块图谱》（图6），形成了“板式住宅大家族”。所有房间及结构构件都采用了相同的系列化尺寸，各个模块之间有了密切的“家族关联性”，因此，用“模块谱系”指代整个住宅大家族，以凸显模块之间的尺寸关联性，同时，也衍生了诸如“谱系化模块”“构件型谱”之类的名词。图谱即为方案库，建筑师可以从图谱中直接选择设计方案。

图5 板式住宅户型模块图谱（节选）

图6 板式住宅整楼模块图谱（节选）

3.3 工业化特征

能否设计出大量通用的定型构件，是住宅体系实现工业化的关键。

BOGM 板式住宅层数不超过11层，考虑到楼板敷设管线的需要，层高均为3 m[13]。全体系共有64 个户型模块、1 个交通核模块，规定了10种柱距、10 种房间尺寸（其中3 种与柱距尺寸相同）。整个体系所有房间的尺寸、层高、梁高都是标准化的，因此，所有墙板的外廓尺寸也是标准化的。因墙上洞口位置不同，同尺寸的墙板还细分为4 个分型号。所有柱、梁按包络化的要求计算荷载[14]，柱和剪力墙按每增高3 层为一个等级进行承载力分级设计。

从图4～6 可以看出，各类模块及其组合成的整楼全部为整齐的矩形正交网格空间，荷载传递路线简捷、结构受力合理、刚度均匀、抗震性好，有利于构件尺寸的统一。体系内大大小小的户型都有相同尺寸的房间，经过设计优化后，还能最大程度地使梁、板、柱、墙、梯等构件具备通用性，成为定型构件。

4 体系的灵活多样性

4.1 模块组合的灵活多样性

从BOGM 图谱可以看出，户型模块进深为12～15 m（含阳台），户型模块系列的建筑面积范围是82～205 m2，整楼模块的面宽范围是36～81 m（以1 m 为级差），这些数据能满足大多数城镇用户的需求。住宅平面方正规整，占地紧凑，仅有少量必要的凸凹，土地利用率高，适合各种小区地形及规划方案。

模块已经考虑了组合时的尺寸吻合及结构合理性，不同的户型进深分属于不同的系列。同一进深系列的户型模块可以方便地组合成面积各不相同的、多种多样的住宅楼；同理，其它各个进深系列的户型模块能组合成更多样式的住宅楼。交通核模块可以南北翻转、东西镜像，此时，户型模块不必跟随着交通核一起翻转、镜像，户型房间始终保持最佳朝向，结构仍保持规整（图7）。交通核南侧（或北侧）可增加一个房间（如图7 中的深蓝色块），根据项目需要，这个房间能灵活地分配给左户或右户。

图7 模块灵活组合示例

4.2 内部空间分隔的灵活多样性

所有户型室内绝大多数墙体为非承重墙，可灵活分隔，可连通小房间成为大空间，餐厨亦可分可合。每个户型设计了1～2 个小型灵活空间，可作为小卧室、保姆房、小书房、个性空间、大件储藏等。每户还预留了管井，可随人口的增加而增设洁具和便器，且不会影响邻里（图8）。每一个户型，如果遇到三代合住时，都能灵活分隔出所必需的房间，还可增设卫生器具，保持生活便利性和舒适性。

图8 同一模块的空间变化

4.3 外廓空间形式的灵活多样性

在不同的项目中，无论使用相同的户型模块，还是使用不同的户型模块，住宅造型都是千变万化的。户型模块只是结构骨架定型，而外廓形状、悬挑面积、开窗形式仍然可变。骨架结构在外挑方面同样做了包络化设计，每个房间都可以增设不同形式的外挑空间和挑阳台，最大挑深1.8 m。建筑师可设计多种外飘窗，可设计各种凸凹变化，还可设计各式各样的雨棚、遮阳板、空调外机搁板等。由此可见，BOGM 板式住宅体系能够实现标准化与多样化的有机融合。

5 图谱的使用方法

建筑师可根据规划图中新建住宅楼的占地尺寸、户型面积和层数要求，按图索骥，直接从图谱中选择整楼模块、户型模块，还能查到每个户型模块所附带的六人居室内设计；建筑师只需进行外廓空间设计、外观设计，即可高效地完成性能优良的板式住宅设计。在住宅小区详细规划完成后，便可使用图谱进行板式住宅的建筑方案设计。从详细规划到住宅建筑方案完成，总共有3 个步骤（图9）。

（1）根据项目需求选定楼型。建筑师首先分析整栋住宅楼的几种户型组成（有些规划会明确提出户型组成）。如图9 的案例中，户型组成有4 个方案，且各方案并无根本性的优劣之分，最终的选择由项目的具体要求决定。现假定建筑师根据项目要求选择了方案4，接着进入后续步骤。

图9 图谱使用步骤

（2）查阅图谱，选定模块。只需根据整楼平面尺寸、整楼户型组成、层数这3 个条件，即可选定整楼模块。在图9 案例中，新住宅楼的面宽为52 m，进深为14.5 m，层数11层。根据这些条件，在《板式住宅整楼模块图谱》中选出适宜的整楼模块：BT2-11FY7-5253/14 型。该 型号的面宽尺寸范围是52～53 m（因模块可悬挑，面宽尺寸有一个变化范围），模块的进深是14 m，符合规划要求。4 个户型模块中，A、C 为中户型，B 为小户型，D 为大户型。该11层住宅楼的建筑总高度＞33 m，按《建筑设计防火规范》（GB 50016——2014）要求，应选择防烟型交通核。整楼模块已包含户型模块的信息，根据户型模块编码，可以从《板式住宅户型模块图谱》里查阅到具体的户型模块图。模块按框架结构设计了柱子，且含有尺寸、功能分区、预留管井、可悬挑的范围等信息。由于户型结构规整，建筑师也可根据结构需要，将框架结构改成剪力墙结构或者框剪结构。每个户型模块还自带六人居（三代六人）的室内空间分隔设计，使建筑师能深入理解每个户型的设计特点，以利于住宅方案的最后确定。

（3）设计外廓造型，完成方案。这是整个方案设计过程中，唯一需要建筑师进行设计的环节。模块提供了可以外挑的尺寸范围，建筑师可根据项目需求来调整并确定住宅房间的大小，可较为自由地设计住宅外观，并最终确定方案。

上述3 个步骤中，前两个步骤都是根据规划条件（占地尺寸、户型组成、层数）直接而快速地在图谱中选定的，只有最后一个步骤的外观设计需要耗用一定时间。图谱所提供的所有户型设计，既符合国家规范，又符合BOGM 板式住宅体系制定的每一条设计要求，使居住品质能够得到保障。

6 结语

推动建筑工业化，实现产业升级，符合“中国制造”的国家发展战略[15]。只有空间尺寸统一，才能设计出大量通用的、同型号的建筑构件和部品，才有可能在流水线上大批量制造优质定型的建筑构件和部品[16]；只有空间品质优秀、灵活多变，才能适应多样化的生活需求，才能被社会广泛接纳，成为名副其实的标准化。BOGM 板式住宅体系统一了住宅各个空间的尺寸，不仅可以提高设计效率，还保持了住宅的灵活多样性，有助于推动住宅工业化的发展。