工业化学生宿舍可变性设计与技术应用初探
——基于开放建筑理论的工业化居住建筑设计（下）何的广的周静敏
【摘 要】 随着社会的不断发展，高校学生人数会随着社会的需求不断变化。针对此问题，基于开放建筑理论，结合SI住宅体系支撑体与填充体分离的特点，学生宿舍的可变性设计是值得深入探讨的解决方法之一。文章论述了如何将方案设计的可变性与工业化建造技术相结合，让宿舍在不同状态下可容纳不同人数，从而满足不同时期的居住需求。【关键词】开放建筑；工业化技术；可变性；套型设计
何广，同济大学建筑与城市规划学院硕士研究生； 周静敏，通讯作者，同济大学建筑与城市规划学院、同济大学高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室教授、博士生导师。
前文通过学生宿舍场地分析与人群调研，提出了 “新集体主义”设计概念，并论述了如何将其运用到方案设计中（见本刊2019年第7期）。然而，随着人口结构的变动和行业兴衰的更替，在校的学生数量不会一成不变，其未来到底是增多还是减少也难以预测，所以，学生宿舍的可变性设计就显得极为必要。可变的学生宿舍在不同的时期可容纳不同人数，从而可以实现对资源的有效利用。在本次设计中，方案的平面布局充分利用了S I住宅体系中支撑体与填充体分离的特点，并且运用了相应的工业化建造技术，为“可变性”提供支撑。1 可变性探讨
在方案的平面布局中，除了对人体尺度、室内居住等基本问题的考虑和解决之外，针对可变性设计，小组成员从套型到整体平面进行了三方面的考量，其中包括：套型平面的可变性、组团平面的可变性以及整体功能布局的灵活性。
1.1 套型平面与可变性设计
套型平面可以演化为不同的三种状态，可概括为初始状态、紧凑状态和舒适状态，并根据需要容纳不同的学生人数，满足不同时期的居住需求。因此，在项目设计时将
基金项目：国家自然科学基金面上项目“基于住宅工业化的公共租赁住房填充体体系研究”（编号：51578377）。
支撑体与填充体分离，主体结构采用7200mm×7200mm 的钢筋混凝土框架。在该结构框架中，三种套型平面可以相互转换，转换时大部分分户墙和隔墙可重复利用。
套型平面在不同状态下可以呈现出不同的平面形式：①初始状态可满足现阶段学生人数的居住需求。在套型 A 平面中，每个居住单元模块占据一个标准平面框架，高度为两层，可容纳6人。每个宿舍单元拥有通高两层的入户空间和位于二层的公共活动空间，而且公共空间都有良好的自然采光，学生可以在此进行个性化的寝室活动。②紧凑状态是应对学生人数增多情况下的套型平面，套型B 占据一跨柱距和上下两层，并且可由套型A 扩充而来。在SI住宅体系中，支撑体与填充体完全分离，所以外墙可以根据使用需求变更位置。在人数增加的情况下，套型A 通过移动外墙扩充阳台空间，增加了居室面积，从而转换为套型B。在变化的过程中，最大程度地保留了套内公共活动空间，从而保证了居住品质。③舒适状态可以在学生人数减少的情况下投入使用，占据同层的两跨柱距。套型C 同样可以由套型A 转换而来，在两个套型A居住单元拼合的时候置入更大的公共活动空间，从而转换成套型C。在套型 C 中，室内公共空间更加完整，所以其居住品质更加舒适（图1）。
采用这种设计方式的特点在于：一方面，利用较少的建筑材料更换达到较大效果的户内改造。改造中，墙体拆除和新增只占20% 左右，并且拆除的墙体在改造中可以重复利用（图2）。另一方面，在套型平面变化的过程中，由于阳台外墙的凹凸变化，一定程度上丰富了建筑的立面造型。
1.2 组团平面与可变性设计
在套型平面可变的基础上，组团平面的可变性设计进一步提高了方案对学生人数变化的容纳范围，从而提高了建筑的灵活性，本文以其中一个组团为例模拟了不同时期的平面形式。
组团平面也可分为初始、紧凑和舒适三种状态，分别满足不同情况下的居住需求：①初始状态由套型A 组成，可以满足现阶段人数的使用需求，其中居住单元、公共空间和多功能房间相互结合，围绕庭院布置，可以营造出围合感较强的宿舍空间氛围。②紧凑状态由套型B 组成，应对未来学校扩招导致学生人数增加的居住问题。在紧凑状态的组团平面中，除了套型A 转换成套型B 可以容纳更多人数以外，还可以根据需要将公共空间中原有的卫生间改造为居住单元（管道井位置不变），从而增加居住单元的数量，更好地满足该情况下的使用需求。在扩充居住面积的过程中，保留了庭院内部的公共活动空间，新增加的居住单元可以通过内庭院采光，保证了
居住品质。③舒适状态由套型C 组成，应对未来学校缩招导致学生人数减少的情况。舒适状态平面中，公共空间所占比重变大，居住环境更为舒适，避免了宿舍空缺失修导致的空间浪费问题（图3）。
组团平面的可变性满足了学生需求的多样化，但是从技术以及可行性角度来讲，平面的变化过程应在一定的约束条件下进行。本次设计中支撑体与填充体相互独立，所以在变化的过程中，平面中有部分内容是不变的，其中包括楼电梯、电梯竖井、部分分户隔墙、每户的排水竖井以及转角套型等等，其余空间均可以根据学生人数自由变更平面形式（图4）。各组团平面均可以根据人数的变更调整平面形式，整体平面由五个组团围合组成，其使用总人数可在700 ～ 1 200人之间灵活改变。
1.3 整体功能布局
除了居住空间具有一定的可变性之外，公共空间的功能在设计上也可以灵活变化。在方案中，整体功能布局主要有以下特点：①建筑位于校园环境中，首层建筑功能布局充分考虑周边环境，妥善处理了建筑流线与外部环境的关系；②为满足学生群体个性化与集体化的需求，宿舍内部的公共空间功能布局和学生的兴趣爱好相契合，但也不是完全固定的功能用房，给学生自由布置公共空间留有余地； ③为保证公共活动与居住互不干扰，学生宿舍中私密空间与公共空间在相互独立的基础上保持一定的联系。
建筑的首层平面反映了建筑的内外空间关系和不同的流线组织方式。主入口位于场地西南部，紧邻人流集中的校园十字路口，学生在进入宿舍之前，会经过入口广场和滨水景观，从而得到身心的放松。次入口设置于场地东边，面向街道开放，自行车库与后勤运货出入口均根据场地条件设置，与人行流线互不干扰。作为对周边业态的补充与优化，方案中设置了一定量的临街商业，一方面，可以为大学生创业提供一些办公空间；另一方面，也可以对外招商引资回收成本（图5、6）。
相比之下，负一层的功能布局相对灵活，部分空间的功能可以由学生自行决定，其中主要包括：自行车库、
后勤办公、设备用房以及每个组团对应的公共活动室。公共活动用房围绕中心下沉庭院布置，拥有自然采光和良好的景观视线，其功能性质可以由学生根据需求自行决定，前期对于学生兴趣爱好的调研与分析也可作为公共空间功能策划的依据。居住组团围绕公共平台以及公共庭院布置，每个组团都有各自的内庭院。同时，方案通过挖空、错动等设计手法形成了形式多样的组团公共空间，包括面向景观的露台、屋顶的室外平台和直接使用的功能房间。
在空间的私密性与公共性方面，私密空间围绕公共空间布置。居住单元作为对私密性要求最高的空间，围绕公共性相对较强的活动空间形成组团，由于五个组团围绕庭院布置，形成了公共性最高的下沉庭院空间。由于空间的性质界定明确，边界清晰，居住者拥有自己的居住空间，同时也可以自由参与外部的公共活动。整体建筑格局与北边的山体相结合，面向南边的水体开放，与周边街道保持良好的关系，建筑高度控制在24m 以下，建筑形态与校园环境和谐共生（图7）。
2 工业化技术体系为实现建筑平面可变性设计以及
工业化建造的需求，小组成员对方案从技术层面进行了深化，主要包括支撑体设计、填充体设计与设备管线系统三个部分。根据开放建筑理论与SI住宅体系的特征，支撑体与填充体互不干扰，填充体的设计受到支撑体的制约，设备管线形成自身独立的体系。2.1 支撑体设计
支撑体为整体方案中“不变”的部分，在本次设计中，支撑体主要包括主体结构和次级结构。支撑体与填充体分离设计，可以方便后期管道设备检修，提高了建筑平面布局的灵活性，同时也可以延长建筑使用寿命[1]。
支撑体采用钢筋混凝土框架结构，结构跨度为7 200m m ，为平面布局以及套内精细化设计提供了灵活可分隔的开放空间。立面次级结构依附于主体结构，并为预制阳台提供支撑。阳台为学生提供生活晾晒空间，其构成包括窗墙构件、预制铝板和预制阳台栏板等，阳台外墙在发生凹凸变化时，支撑体结构保持不变。
2.2 填充体设计
在确定了支撑体尺寸之后，填充体的设计应该与之相协调，其中主要包括工业化部品设计与模数化家具两个部分。除了运用整体卫生间等较为成熟的工业化部品之外，在套内家具部品的设计中，所有部品均使用统一的模数体系。通过模数协调可以减少预制构配件的种类，达到标准化、系列化、通用化。模数设计作为标准化的核心，是建筑工业化的基础[2]。2.2.1 工业化部品
为了提升居住品质，同时体现工业化建造特点，居室单元采用整体卫生间。支撑体结构采用局部降板，为整体卫生间的设置提供先决条件。降板处理之后可以实现同层排水，方便卫生间的维护与管理。整体卫生间包括洗浴单元、盥洗单元和便溺单元相关部品[3]，其主体重量轻、强度大、抗酸性好、耐老化，在最小的空间内达到最佳的整体效果。套内楼梯、橱柜等其他家具部品均为工厂预制生产构件，楼梯下部空间结合储物空间进行了一体化设计（图8）。
2.2.2 模数化家具
在支撑体结构框架的约束之下，套内平面布局采用统一的模数，一方面，方便工厂统一制造；另一方面，也有利于未来改造时墙体构件的重复利用。在套型平面设计中，所有墙板构件均采用 300m m 的模数，该模数既能够满足平面灵活布置的需求，也可以减少构件尺寸的种类。套内家具部品的模数采用60m m ，能够较好的契合以 300m m 为模数的墙板构件，同时也能与人体尺度相适应，满足基本的使用需求 [4]。
2.3 管线布置
2.3.1 户外管线设备布置
在 S I住宅体系中，设备及管线系统独立于支撑体之外，方便后期维修管理，可以减少邻里矛盾，解决了传统住宅中管线位于户内不方便维修的问题。在本次设计方案中，废水、污水以及排气立管安置于同一竖井之内，并结合卫生间布置，每个居住单元使用一个竖井，在整体平面布局发生变化时，竖井的位置保持不变。竖井朝走道开有检修口，可以在不进入室内的前提下定期更换检查井内设备管道。在居住单元需要扩充时，组团内公共卫生间的竖井可以改造为居住单元内部的竖井，提高了平面的灵活可变性。
设备系统包括给水系统、强弱电和集中空调系统。其中，给水管与消防喷淋管通过核心筒中的水井到达每
一层，并通过走廊横管与每个居室单元的用水点连接。电缆通过走廊上的桥架连接室内用电点与核心筒中的强电井，通向负一层发电机房。户外的空调系统采用集中空调系统，控制组团内公共空间与多功能用房的空气环境。各系统的管线汇集于走廊上方的设备空间，建筑层高为3 600m m ，走廊上空设置吊顶，保证走廊空间的净高不小于2 700m m （图9）。
2.3.2 户内管线设备布置
与整体的设备系统相比，户内管线设备系统包括给排水系统、强电系统和空调系统。在给排水系统中，用水点主要集中于卫生间，整体卫浴用水口与走廊上方给水管对接，卫生间污废水排水口与排水竖井内相应管道对接，竖井检修口对走廊开启。和水系统类似，套内用电点与走廊上方强电电缆桥架相接，通过强电井直达地下层的发电机房。而套内的空调系统则采用独立挂式空调，在设计时预留空调机位，并结合立面造型统一处理（图10）。
3 结语
运用开放建筑理论与S I住宅体系建造特点，可变的宿舍设计为学生提供了更多的选择性，同时也解决了未来学生人数变化所带来的居住问题。结合工业化建造技术，本次设计实现了平面布局的可变性设计，提高了宿舍空间品质和使用效率。在方案的技术体系中，支撑体、填充体以及管线系统相互分离，有利于管线系统与内装部品的维修与更换，可有效延长建筑的使用寿命，节约了建筑资源。总之，本次设计是工业化建造技术与学生宿舍设计相结合的一次尝试，不仅提高了宿舍的居住品质，而且可以满足工业化建造与施工的要求，为工业化技术在居住建筑中的运用提供了一种新的可能性。
（小组成员：何广、冉佳烨、冯建豪、李冰洁、吴嘉琦）参考文献：
[1]苗青,周静敏 ,司红松 .我国住宅工业化体系发展浅析[J].住宅科技 ,2015,35(7):19- 23.
[2]李佳莹.中国工业化住宅设计手法研究 [D ].大连理工大学 ,2010. [3]王晓朦 ,胡惠琴.住宅适应性工业化内装体系初探：以整体卫生间为例[J].建筑学报 ,2012(S2):157- 161. [4]李怡然,张宁.SI住宅整体厨卫标准化设计研究[J].建筑设计管理 ,2017,34(2):45- 48+ 52.
（收稿日期：2019-04-22）