建筑模数化设计的探索与工程实践

摘要：建筑模数化在中国吉建筑中已经被广泛使用，西方现代工业革命以后，模数化的理论得到倡导和流传。我国在公共建筑和住宅模数化方面，虽然有一定经验积累，但还是过于粗放，需要深化设计，加强产品的模数协调和标准化，以便提高劳动生产率。

关键词：模数化设计 产业化 标准化模数协调　精装修

中图分类号：TU203

文献标识码：A

文章编号：1004—8537(2006)11—011 8—04

建筑模数化的历史和发展

建筑的模数化设计自古有之。中国古建筑的木结构以材和斗口为模数单位，有着严谨完整的模数系统，达到了高度的标准化和通用性，这一点不能不说是中国建筑技术上的一项最重要的成就。西方工业革命之后，随着科技的进步，建筑工业化的发展，标准化模数化更成为潮流。其先驱代表建筑是英国的“水晶宫”。正是因为这幢建筑的几何形状和建筑尺度的模数化、定型化、标准化，才得以仅用了8个月即全部竣工。建筑大师柯布西埃，更是以他的《走向新建筑》，把现代主义设计运动推向了极至。柯布西耶研究数学、建筑和人体比例，自己设计了一整套模数系统，并在他的建筑实践中广为应用。可以说，模数应用是建筑技术现代化的重要标志，也是技术和艺术结合的产物。

模数化是建筑设计标准化，施工机械化、装配化，构件生产工厂化的必由之路。构件规格化，也促使设计模数化。比如过去砖混和砌块结构大量应用的时代，设计师习惯于按照砖和砌块的模数布置门窗洞口，以避免大量砍砖，节约建筑材料，加快施工进度。在构件工厂化生产，比如钢结构或者预制板结构的建筑中，设计师习惯于进行合理排板，按照预制板的规格设计建筑的开间进深尺寸，尽量减少板材和构件种类，降低施工难度，加快施工进度，实现工业化生产。

公共建筑的模数化设计

1．公共建筑的柱网模数与功能的关系

很多公共建筑，因为功能的需要，对柱网尺寸有严格的限制。比如车库建筑，一般最经济的柱网为8000mm×8000mm．这个柱网就来自于停车位为5000mm×2500mm，垂直停车出车距离为6000mm的模数。展览建筑，因为每个展位尺寸为3000mm×3000mm，展位间走道也是3000mm宽，所以建筑的柱网都是3OOOmm的倍数，一般常用9000mm×9000mm，18OOOmm×18OOOmm 27000mm×27000mm。图书馆建筑对模数的要求也很严格，柱网尺寸应适应阅览和书架排列的要求，基本模数一般为1200mm或者1250mmm，常用柱网为6000mm×6000mm，或者7500mm×7500mm。

2．贝聿铭事务所的建筑模数化设计

在模数化设计方面，西方建筑师们比我们走得更超前，他们的很多做法非常值得我们借鉴，比如坐落在北京西单路口的中国银行总行工程，就是贝聿铭事务所应用模数表现建筑的一次精彩演绎。在此工程设计中，贝氏采用了非常精妙的模数制，并用它贯彻设计的始终。最基本的模数来源干立面上的一块石材，它的尺寸为11 50mm×575mm，是2：1的比例关系。而建筑的基本轴网为6900mm，层高为3450mm，它们分别为石材长宽的6倍。建筑的门高为2 300mm，是3450mm的2：3，为四块砖的高度，同时也是办公建筑的理想门高。建筑各处的尺寸都符合这个模数，这样一来，最后的装修效果非常完美，到处都是整块的石材，决不会出现不合模数石材的情况。而且在施工过程中，一块标准尺寸的石材在哪里不经切削，都可以使用，大大方便了施工，建筑与装修真正融为了一体。而我们一般意义上的装修，是在建筑、结构都做完之后，再附加上的一张皮。

贝氏严格的模数制同样也具有很大的灵活性，他根据不同的功能需要，灵活变换模数。6900mm×6900mm的基本柱网，是考虑了办公空间的家具分隔，同时又是其结构体系——无梁楼盖的经济跨度，地下车库考虑并排停三辆车的布置方式，采用7800mm×7800mm的柱网。车库正好位于中庭及54m的大跨之下，避免了两套柱网的矛盾。

卫生间以装修面砖作为模数，其尺寸为1 50mm×300mm。所有卫生间的开间、进深、净高都为其整数倍，厕位、洗手池等的中线，灯、排气孔均与模数线相齐。天花、铺地的分格也严格遵循这个模数。所以，卫生间所有的线角都前后左右、上下交圈。装修效果非常完美。在吊顶的设计中，采取两套模数。主要空间为1 1 50mm×11 50mm，办公空间为575mm×575mm，两个575mm×575mm又正好是日光灯槽的尺寸。

贝氏一直把模数制贯彻到节点大样中去。在设计节点之前，先打好575mm×575mm的方格，即所谓的“模数线”。用统一的模数以不变应万变，只是贝氏惯用的手法之一，在他以前的作品中也经常采用。贝氏的模数化设计手法，可以说是技术与艺术的完美结合。

3．北京人保办公楼的建筑模数化设计

在所有种类的公共建筑中，办公楼和图书馆可以说是最适合模数化设计的建筑类型。我们设计小组在北京人保办公楼的设计中，就做了模数化设计的尝试。

北京人保办公楼位于东二环边，位置显要，属于高档办公建筑。我们在设计中采用了500mm的模数。建筑的基本柱网为8000mm×8000mm，另外有4OOOmm、10OOOmm和14OOOmm不等的柱矩。层高为4 OOOmm，整个平面设计遵照500mm×500mm的网格，走道为2OOOmm和3000mm宽，大堂石材铺装为1000mm×1 000mm，办公层地面铺装为500mm×500mm，门尺寸为1 OOOmm×2500mm和1 500mm×2500mm两种。开门和地面分格对缝。卫生间的模数为300mm×300mm，卫生间平面尺寸按照模数化精心设计，墙砖和厕位安置全部对缝，基本不需要砍砖，所有装修面都是整砖。所有公共区和办公区建筑设计和装修设计完全一体，办公隔断设计也符合模数，所有地方都实现完美的墙面与顶棚对缝。甚至幕墙分格和室外铺装也符合此模数，给装修设计带来莫大的便利。总之，按照模数制设计建筑，杜绝了以前建筑和室内装修脱节的弊病，使装修效果更为完美，施工更加便利。但是500mm的模数也有一个缺点，因为我国传统上是使用300mm系统的模数，所以国内目前大部分的板材都是1 200mm模数的规格，设备专业设计喷头风口等也还是习惯于按照3600mm的间距，这和我们的模数都有冲突。另外，完全按照轴网模数设计的幕墙，到了贴近柱子的两侧，玻璃分格不是过大，就是过小，这些都是不容易处理之处。不管怎么说，

模数化网格使建筑师找到了可以依据的定位方法，方便易行。

4．首都机场停车楼的模数设计

首都机场新航站楼工程中，我们设计小组承担停车楼(GTC)部分的设计。在此过程中，我们从方案设计者——英国的FOSTER公司那里．学到了很多东西。他们和我们不同的是，内装修设计早在初步设计阶段就已经有相当深度了。编制模数轴网是他们工作的最初步骤。比如GTC的柱网是9000mm×9000mm，因为柱子直径是1 200mm的，柱间净空7800mm，正好可以放置三辆小汽车。由此发展的分模数有750mm，1　125mm，2 250mm，3 000mm等。总之，地面铺装是750mm×750mm的，门是1 500mm×2 250mm的，吊顶，墙面尺寸业均与此模数有关。总之，虽然FOSTER设计中对模数的追求不象贝氏那么严格，但是也贯穿在设计的始终。另外，无论道路、人行步道．还是挡土墙，对分格都很讲究，现浇的混凝土墙根据模板预留分格缝，地面和天花的分格缝也与之对应，上下左右都要对缝，总之，设计很到位，细部很深化．一切尽在建筑师的控制中。

住宅产业化和模数设计

1．住宅产业化的含义和与模数设计的相互关系

在住宅设计方面，虽然近年随着住宅产品的更新换代，模数化设计较前些年逐渐为人所忽视，但从发展趋势来看，这种设计方法是很必要很有前景的。

国家近年来大力推行实行住宅产业现代化的政策，希望改变以往设备陈旧、工艺落后、粗放经营的局面，采取集约化规模经营，提高产品质量。产业化是一个国家产业发展和技术进步到一定阶段所必经的过程，其特征是产业经济重心由初级产品向制造业转移。联合国经济委员会将产业化定义为；生产的连续性；生产物的标准化，生产过程各阶段的集成化，工程的高度组织化，尽可能用机械代替人的手工劳动，生产与组织一体化的研究与实验。住宅产业化的实现体现了这样的基本原则，即以模数化构建标准化；以标准化推动工业化，以工业化促进产业化，可以说模数协调是住宅产业化的前题条件。住宅建筑量大面广，因此，建筑构配件更需要标准化、模数化，应符合建筑模数协调标准，适应工业化生产，建筑设备与建筑主体也需模数协调，以便有利于商品化生产。

2．西方各国住宅产业化的情况

从西方国家的住宅建设经验来看，1 950年代，欧洲由于“二战”的严重创伤，对住宅的需求非常大。为解决房荒问题，欧洲一些国家采用了工业化方式建造了大量住宅，形成了一批完整的、标准的、系列化的住宅体系，并延续至今。1 960年代，住宅建筑工业化的高潮遍及欧洲各国，并发展到美、加、日本等经济发达国家。

世界上住宅工业化最发达的瑞典，从1 940年代就着手公寓式住宅的模数协调的研究：从1 950年代开始在法国的影响下推行建筑工业化政策，并由民间企业开发了大型混凝土预制板的工业化体系；在1 960年代大规模住宅建设时期，建筑部品的规格化逐步纳入瑞典工业化标准，并在此基础上大力发展通用部品体系。目前瑞典的新建住宅中，采用通用部件的住宅占80％以上。

1 998年英国政府委托建筑领域的业主完成的一份被称作“建筑生产反思”的报告中明确提出了工业化生产已经实现下列具体目标：成本降低10％，时间缩短10％，可预测性提高20％，缺陷率降低20％，事故发生率降低20％，劳动生产率提高10％，最终实现产值利润率提高1 O％。英国流行的单元式建筑，就是事先设计、再在工厂制作符合设计标准规格的单元式建筑，最后运至现场进行安装。单元式建筑最早由预制的如浴室、卫生间发展而来。到1 990年代英国已形成了从设计、制作到供应的成套技术及有效的供应链管理。其中，轻钢结构以其自重轻、强度高、空间利用率高等优点，发展成为单元式建筑的主干，主要用于住宅、饭店、酒店的修建或扩建中。

而在美国，近年来购买组装式房屋也已经成为一种新时尚。在丹麦，建筑模数化已经被法制化了。在法国，经过多年努力，已经把所有遵守同一模数协调，在安装上有兼容性的建筑部品汇集在一个目录下推荐使用。在日本，推行通用部品的认证，基本上住宅各部分都有通用部品，对无特殊要求的部品可以象搭积木一样组合起来建造房屋。

3．我国住宅产业化的情况

在我国，建筑模数及其协调在房屋建筑中的作用，早已为了广大建筑工作者所认识。在1 950年代末，我国已对模数数列及扩大模数展开了研究。1 960年代初．拟定了“建筑统一模数制”，并开始在全国房屋建筑中执行。对全国工业与民用建筑的标准化，工业化起到了积极的推进作用。特别是在建筑构配件预制和安装方面达到相当的水平。1 980年代以后，制定了建筑模数协调统一标准。但是，在此之前我国的模数协调原则的应用和实践，主要是局限在房屋建筑的结构构件及配件的预制与安装方面。对住宅产品、设备和设施开发、生产和安装方面缺少模数协调的应用和指导。

4．天秀花园的模数化设计

为了配合我们在模数化方面的研究，我们在目前在手的天秀花园的住宅项目中，也尝试应用了一些模数化设计的手法，但是还很初级。因为在手工程不是精装修工程，而且是现浇剪力墙结构，而且立面非常复杂丰富，没有标准层，所以模数化的理论无法全面应用，只能部分初步地实现。

因为在我国的《住宅性能评定技术标准》中，关于模数协调的评定标准明确提出下述内容

①住宅平面模数化设计；②厨房、卫生间细部模数尺寸配合。所以，在我们设计的住宅中首先实现了这两点。

首先，我们在开间进深方面做了统一。所有中间单元开间均为7 500mm，其中客厅4 000mm，卧室3 500mm。开窗尺寸位置也比较统一，所有阳台尺寸也基本一致。我们的业主在前一个工程吃过苦头，因为住宅设计的户型过多，形式过于复杂，所以施工所用模板种类太多，费用很高。所以这次他们也比较赞成我们的模数化尝试。虽然不是精装修房，厨房卫生间尽量标准化．尺寸的确定我们也考虑了排砖的因素。比如卫生间平面尺寸为1 850mm×2450mm，可以排1 50ram×1 50ram、200mm×200mm或者300ram×300ram的面砖，能够保证一个平面四个立面基本为整砖。住宅隔墙，我们也考虑了排板方式。住宅立面我们原来考虑了外保温和瓷砖复合外挂板形式，可以提高安装效率，减少湿作业，但是因为造价和业主原因未能实现。总之，对于住宅这种功能性过强的建筑产品，实现完全的模数化还是比较困难。

5．住宅模数化设计的现状和展望

目前盛行的毛坯住宅土建设计没有考虑室内空间的模数化和标准化，造成空间的浪费和布局的不合理，管线位置没有结合室内家具和设备的布置，也造成更多的浪费。长远看来，深化设计，发展住宅精装修住宅是势在必行的。

长期以来，我国住宅产品产业发展滞后，建筑模数、分模数系列始终未得到长足发展，致使应用水平落后于国外20年。目前摆在我们面前的任务，就是充分应用模数协调的原则方法，指导住宅产品的开发，生产和安装。模数网格设计的目的，不但能保证结构组合作(或现浇混凝土模板)的模数化系列尺寸，最主要的是为结构主体所包容空间(或称可容空间)提供了一个模数化空间，为建筑部品提供了模数化可能。这就为各种部品或是组合件提供了标准定型化、模数系列化和组合装配化的前提条件，才能使住宅产品及其配件生产和安装纳入工业化、集约化和组装化的道路。

除此之外，尚应围绕模数协调工作，开展相关技术攻关的研究，例如：推广整体卫生间盒子结构的有关模数配合尺寸及其接口技术的研究。采用可拆改、易维修轻质隔墙板的模数系列尺寸及其接口技术的研究。住宅各种配管、排管定型设计、连接安装、放线定位、接口技术和连接件配套技术的研究等等。只有通过深化的研究，才能使各类部品、材料和设备之间有一个良好的配合，满足和达到现代住宅精品要求，才能稳步健全地开拓各类住宅音部品、材料和设备市场，一个中国住宅产业现代化的时代才能尽早的实现。

总之，我国建筑深度设计和住宅产业化的水平还很低，距离世界先进水平还有很长的路要走。对于外国建筑师来说很基本的设计理念，在我们来说可能还没有形成。建筑师必须尽早意识到问题的重要性在工程实践中更多考虑到模数化标准化的问题。

作者：周藤，北京市建筑设计研究院建筑师

收稿日期：2005年9月