工业时代下的教学空间创新性实践探索

文/中国建筑设计研究院有限公司室内空间设计研究院 张洋洋 曹 阳

1 教学空间的发展

依据教育部对于未来校园建设的指导意见，未来校园将具备以下特点：①绿色校园 涵盖一体化的校园空间设计、低碳节能的工程建造技术、绿色环保材料的安装使用、全专业统筹的成本控制；②人文校园 涵盖校园功能整合、精细化细节处理、无障碍设施设置、室内外环境质量控制；③智慧校园 涵盖智能化校园管理系统、教学管理系统、室内外环境监测系统。

从建筑空间角度来看，现阶段校园建筑（中小学）空间大致分为教学空间系统与非教学空间系统：教学空间系统包含教学楼内的标准教室、合班教室、实验室、各类特色教室、前厅、走廊等；非教学空间系统包含图书馆、报告厅、体育馆、食堂、宿舍、综合办公楼等。

从使用需求角度分析，现阶段校园建筑（中小学）大致需要满足学生与教师的如下需求：①安全需求 建筑空间内外界面坚固耐用、清洁环保；②舒适需求 空间环境舒适，具有良好的光环境、空气质量等；③互动需求 空间界面组织可满足教师与学生的教授互动、学生与学生之间的交流互动、媒体与学生之间的展示互动等需求；④变化需求 建筑物理空间的功能转化、开合转化、操作便捷等。

2 工业化建造的时代背景

在供给侧结构性改革大背景下，“去产能”“去库存”“去杠杆”等成为社会热词。通过大力推广、发展箱式钢结构装配式室内设计技术，既可化解钢铁产业过剩产能，又能推进建筑业朝绿色化、工业化、信息化发展，实现传统产业转型升级。截至2016年，在我国民用建筑结构体系中，钢结构体系仅占5%，且其应用集中于高层、超高层建筑，大空间公共建筑及工业建筑中；在学校等多高层公共建筑以及低层、多层、高层住宅中，钢结构体系应用极少。

3 “未来教室”的研发

基于上述背景，中国建筑设计研究院有限公司室内空间设计研究院于2019年开展“未来教室”的研发。以北京某新建学校标准教学楼为例，综合现有教学单元类型，对教师授课、学生自习、阅读交流、资料查询、教师办公等功能空间进行集成，利用装配式室内空间建造手段创造能够实现多功能切换的教学单元产品。其设计理念就是在装配式建筑中插入舒适的智慧化教室内核。

3.1 标准化设计

未来教室采用创新集成室内装配式设计，以国际先进的装配式结构系统集成为基础，统筹隔墙系统、设备与管线系统、吊顶系统，架空地面系统，推行一体化集成设计，推广模数化、标准化、通用化的设计方式，积极应用建筑信息模型技术，提高室内设计领域各专业协同设计能力。

3.2 工厂化生产

墙顶地整体设计，模数统一且采用工厂化生产。如吊顶填充模块采用1200mmx1200mm白色装配板，模数统一，通过标准板与容错板的规则排列，形成富有变化的序列。围护墙板模块采用龙骨和预制夹层板整体装配的安装形式，墙板全部由工厂加工完成，通过严格的尺寸控制实现密拼效果，易于墙面清洁。

3.3 装配化施工

以设计和产品双思维模式为出发点，创造系统性解决方案，强调接口设计。装配式部品生产主要分为生产计划、模具加工、生产验收、产品存储、产品运输等阶段。注重装配式内装施工中各部品施工的配合与穿插、交接工序的管控等。

3.4 信息化管理与智能化应用

智能化设备系统采用电子班牌、电子时钟、监测摄像与录播设备，在契合教学场景的基础上，提供管控便捷、维护简单的硬件环境，进行移动授课，提高教学效率并激发学生的学习兴趣。

4 “未来教室”研发成果在实践项目中的运用

上述对“未来教室”的研究经过前期不懈探索，深化发展并应用于景德镇圣莫妮卡学校项目实践。以建筑功能为核心，主体以箱式框架为单元展开，以结构布置为基础，在满足建筑功能的前提下优化箱式钢结构体系，满足工业化内装所提倡的大空间布置要求，同时严格控制造价，降低施工难度。以工业化围护和内装部品为支撑，通过内装设计隐藏室内的梁、柱、支撑构件，保证安全、耐久、防火、保温和隔声等性能要求（见图1～3）。

图1 景德镇圣莫妮卡学校建筑外观

图2 景德镇圣莫妮卡学校建筑外立面

图3 景德镇圣莫妮卡学校建筑走廊

项目位于江西省景德镇市珠山区竟成镇景东大道北侧，建设单位为景德镇陶溪川教育发展有限公司，为临时教育用地，原建筑可拆卸移至新校区继续使用，故主要采用工厂化生产、装配化施工、一体化装修且可拆装的箱框结构体系，总建筑面积约11685.70m2。

中国建筑设计研究院有限公司室内空间设计研究院主要参与项目的教学楼模块、学生宿舍模块及办公模块的室内设计，配合中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心、国家住宅与环境工程技术研究中心对箱式模块化建筑体系的室内部分进行优化设计。2020年春节前，学生宿舍模块已在工厂预制完成并投入使用，在疫情期间宿舍被改建为深圳市第三人民医院二期工程应急院区的医护人员公寓，以满足当时的应急需求（见图4）。

图4 学生宿舍模块

春节后学校项目如期施工，其中A～C楼为学生宿舍模块，建筑面积4428.18m2，首层为钢框架结构，2～4层为箱式钢结构，室内面积约3321.00m2；D楼为箱式钢结构教学楼模块，室内面积约3338.70m2，在工厂生产完成建筑主体及室内外装修，并运往现场吊装，部分接口部位、屋顶部分及防水等构造节点在工厂做好预留，在现场完成安装。

4.1 装配化空间界面

对各类既有产品模数进行综合分析，最终选取3与6的倍数进行发展与演变。水平扩大模数为300，600，900，1200，1500mm，主要用于墙板、构配件以及门窗洞口等处；竖向扩大模数为900，2400mm；15，150mm主要用于拼接的缝隙、构造节点、构配件截面等处。项目尽量使用同一种尺寸板增加其重复率，余量填补板则采取拼缝作为装饰板，变消极处理为积极应对，满足设计精细化、高效率和经济性要求。

4.2 灯具与吊顶模块穿插组合

灯具与通用型吊顶模块结合，在不同空间中组合使用，组合形式如下：走廊空间灯具与金属网吊顶结合（见图5），教学与办公空间灯具与硅钙板吊顶结合（见图6～8）。化繁为简的长条线形灯，既有均匀的照度，又兼顾护眼功能。通用接口的持续研发与更新孵化出多样产品，体现出装配式室内设计的百变优势。

图5 走廊吊顶

图6 阅览室吊顶

图7 教学空间吊顶

图8 办公空间吊顶

4.3 适用于教学空间的材料系统

对在不同区域使用的不同材料进行对比研究，在未来长期使用过程中，通过探测器持续记录各类材料的安全性、耐久性和舒适性（见表1，2）。

表1 装配化吊顶材料

表2 装配化地面材料

4.4 细部

4.4.1 灯具

学校照明应确保每间教室光环境的照度充足、均匀度优异，同时将眩光最小化，以达到保护学生视力的目的，真正为学生提供健康、舒适、绿色的教室光环境，具体要求如下：①照度优 教室课桌面维持平均照度值不低于300lx，其照度均匀度不低于0.7，教室黑板设局部照明灯，其维持平均照度值不低于500lx，照度均匀度不低于0.8；②无眩光 教室的统一眩光值（URG）不宜大于19；③显色指数高 教室照明光源的显色指数不宜小于80；④无光频闪危害 专业的教育照明LED灯具光频闪小于等于3.2%；⑤色温适中 教室采用3300～5500K色温的光源；⑥无蓝光危害 普通的LED灯具未经过防蓝光处理可能存在危害，专业的教育照明LED灯具经过专业处理达到豁免级，无蓝光危害。

教室、黑板、阅览室等空间的照明设计要求如下。

1）教室照明 普通教室课桌规律性排列，采用顶棚均匀布灯的一般照明方式；为保证照度均匀，应使距高比（l/h）不大于所选用灯具的最大允许距高比；教室照明灯具布置在垂直黑板的通道上空，灯具距地面悬挂高度宜为2.5～2.9m，距桌面悬挂高度宜为1.75～2.15m。

2）黑板照明 黑板上的垂直照度很低，均匀度较差，故在黑板下设专用灯具照明；灯具在学生侧保护角宜大于40°，应合理确定灯具的悬挂高度及其与黑板墙面的距离。

3）阅览室照明 照明设计除满足照度标准外，应努力提高照明质量，尤其要注意降低眩光和光幕反射；灯具、照明设备的选型、安装、布置等方面应注意安全及防火要求。

4.4.2 软木板、挂镜线与吸声板

1）软木板 中段墙体表面局部采用软木板，易于粘贴，其余钢板表面可作磁吸粘贴展览，此设计拓展书写与展览面积，适宜学校重复粘贴使用，同时给室内空间增添温馨木色，减少全工业效果带来的冰冷感。

2）挂镜线 挂镜线模块在模数上解决了2400mm高板材的横向拼缝问题，工业化标准生产的“U”形挂镜线槽在房间墙面形成笔直的横向线条，满足挂置物品等使用功能，且通过合理设计节约资源、避免材料浪费，具有一定美观性，在视觉上起到延伸空间的作用。挂镜线与吸声板结合，龙骨隐藏于墙板模块内部（见图9）。挂镜线设置装卸口以方便更换。

图9 挂镜线与吸声板

3）吸声板 灰色聚酯纤维吸声板的使用可确保教学空间的静音效果，营造安静舒适的学习环境。

4.4.3 圆角处理

内装系统是装配式建筑四大系统之一，目前最易被忽略，但却与使用者关系最密切。在学校类装配式钢结构建筑中，内装系统必不可少。GB/T 51232-2016《装配式钢结构建筑技术标准》指出梁柱包覆应与防火防腐构造结合，实现防火防腐包覆与内装系统的一体化。钢结构建筑室内不易处理的露梁、露柱问题也可通过内装圆角包覆或内装部品加以隐藏。

中小学建筑质量关系着全校师生的生命安全，故其室内设计需充分考虑安全性问题。本项目在墙板阴阳角多使用半径较小的圆角，阳角构件与一侧墙板呈“L”形布置，低龄学生区采用较大圆角，触感更平滑。同时，观察窗选用安全玻璃，对门框、门把手等金属构件进行圆角处理，防止磕碰。

4.4.4 墙面设计

中小学校建筑墙面设计应充分考虑安全问题，需关注面层材料选择，避免墙面脱落造成砸伤事故。根据已有的工程经验，面砖类墙面的施工质量多无法保证，风雨侵蚀、温差变化等导致黏结砂浆和防水层破坏，继而造成面砖空鼓脱落，带来极大安全隐患且不易避免，故宜选用耐久性好的涂料，少用或不用面砖类材料。本项目选择装配式钢板材料，耐久性有保证。同时应关注墙面突出物的设置，如消火栓箱。消火栓箱宜进行全埋处理，建筑专业需与给排水、结构等专业协调，对其所在位置的墙体进行加厚处理。对走廊消火栓与储物柜进行整体处理，使其表面平齐，开竖向暗门，对阳角进行圆角处理，避免撞伤。中小学校建筑设计需提升安全标准，重视细节，不断优化设计质量，确保设计安全性。

4.4.5 接口设计

装配化内装需解决的最大问题是与设备末端的配合。内装优化解决方案是对室内装修过程中机电末端系统进行后期使用空间的预留与预埋，提高空间灵活性。如教室门后墙体暗藏电箱，表面设置暗门，兼顾功能性与美观性。

电子白板教学触控一体机在安装前，其后背板的装配式墙体采用增加立柱与横向支撑的加固设计，保证一体机使用的安全性与稳定性。同时在强弱电穿管时进行套管处理，保证线路排布清晰明确。一体机配有的2个音箱与广播所用的1个音箱均设置在灰色吸声板等高位置，表面使用灰色音箱网进行遮挡，在保证音质的同时，对各类设备与明线进行隐藏处理。靠窗部位的壁挂式空调表面使用灰色张拉网进行遮蔽，后期运营期间此网能自由拆卸清洗，方便使用。

同时，每层设置的录播教室可实现录播功能，录播屏幕暗藏于墙体表面，顶面摄像机与话筒伸缩式突出于吊顶，满足录播功能与房间整体美观性的需求。

5 未来创新与拓展

景德镇圣莫妮卡学校室内设计旨在推动建造方式创新，推广装配式室内装修，为实现钢结构产业化提供成套技术，通过标准化设计、装配式施工、信息化管理、智能化应用，促进装配化产业升级。箱式装配式结构的教学、宿舍、办公单元模块产品可根据用户的不同需求进行清单式分项功能选择，并采用全国联网、多省市一站配送的模式，确保货物准时送达并在各地推广使用。设计人员需在装配化室内设计中转变固有的设计思维，遵循工业化生产及施工逻辑，以打造普适性产品为思路。未来，装配式教学单元产品定能成为市场主流，为我国教育事业添砖加瓦。