住宅产业化的模块化设计原理及方法研究.docx

The PrinciPle and MeThod of housing indusTrializaTion Modular design 住宅产业化的模块化设计原理 及方法研究撰文 李桦 北京工业大学艺术设计学院北京工业大学艺术设计学院教师，家具设计专业教研室主任，北 京市保障住房工作领导小组技术 咨询专家，北京保障房建设投资 中心公租房设计标准化研制组副 组长，主持《北京市公租房产业 化集成技术课题》的研发工作摘 要探讨将模块化设计的原理和方法运用于住宅设计，并通过建立二级建筑模数系统，实现建筑外件和内件设计相互协调的尺寸关系，为住宅工业现代化设计及建造提供一套具有建设性的标准化体系 模块化 模数 标准化 工业现代化 产业化关键词住宅产业现代化以住宅工业现代化为前提，住 宅工业现代化的核心是用现代工业的生产方式来建 造住宅，与工业现代化相伴的必然是标准化的现代 化运用模块化原理和设计方法建立新型工业化住 宅的标准体系，是解决系统性问题的有效途径1 模块化与标准化标准化的概念：“为在一定范围内获得最佳秩序，对现实问题或潜在问题制定共同使用和重复 使用的条款的活动。

[1]标准化主要形式和内容包 括：简化、统一化、通用化、系列化、组合化、模 块化等[2]标准化活动是随着社会生产力水平提高 而产生和发展的，近代工业标准化作为工业时代的 产物，以机器生产、社会化大生产为基础，通过标 准化手段，达到提高生产效率、合理控制成本、提 升产品品质的目的现代标准化是以现代信息技术 为基础，从个体到整体、从静态到动态、从局部联 系上升到复杂系统的过程[2]模块化是20世纪后期发展起来的新型标准化形 式模块化作为一种标准化形式，既是标准化发展 的结果，也是标准化的最高形式作为一种基础理 论，模块化适用于现代工业生产的各种复杂系统， 也是实现绿色建筑和住宅产业可持续发展的有效手 段所谓模块化设计方法，就是将系统分解为相对 独立的标准模块，通过统一的设计规则，规范各模块接口技术、几何形状、尺寸及位置等边界条件， 使各模块在自身的技术演进的同时，能够通过统一 的接口条件组成新系统也就是系统通过选择性的 输入标准模块的方式，实现多样化的输出，使产品 更新能够以最小的代价，获取最大的效率模块化通过系统分解，形成不同层级的标准模 块，通过标准模块的选择性组合，实现多样化的输 出。

模块化以模块的相对独立为基础，使模块自身 获得了分散化技术演进的条件，从而生产了“模块 簇群”的功能，形成了新型的产业结构体系模块 化方法自形成以来，在工业产品设计和制造领域已 经得到广泛运用，然而，在我国住宅建设行业中， 对这一理论和方法并未形成系统的认识和充分的发 展，应该说尚属于较为模糊的状态，对于我国住宅 工业现代化发展而言，还需要在认识和方法层面不 断提高2 模块化的概念及特征“模块就是大系统的单元，这些单元虽然结构上相互独立，但是共同发挥作用因此，系统作为 一个整体，必须提供一个架构，从而既保证结构的 独立性，又保证功能的一体化”[3]模块化既是一 种标准化形式，又是一种设计方法，或者说是以标 准化为基础的设计方法作为标准化形式，模块化 以规范系统各模块自身功能以及模块间组织规则的82李桦图1 一个典型的两居室图2 居室空间一次分解图3 居室空间二次分解手段，实现整体系统的标准化；作为一种设计 方法，模块化以标准块选择性组合的方式达到 多样化的成果输出需求和系统的更新从标准化的层面认识：“模块，就是组成 系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典 型的通用独立单元”[4]模块应具有如下4个基 本特征：1）系统的组成部分；2）具有确定功 能的单元；3）一种标准单元； 4）具有能构成 系统的接口。

而“模块化，就是为了取得最佳 的效益，从系统的观点出发，研究产品（或系 统）的构成形式，用分解和组合的方法，建立 模块体系，并运用模块组合成产品（或系统） 的全过程”[4]从设计方法层面来说，模块化是以模块 为基础，通过分解，逐层地建立准独立的模 块系统、子模块系统，形成模块化的层级结 构体系模块系统通过建立统一的规则，使 各层级模块获得独立演进的条件，同时上一 层级的模块通过对下一层级的子模块的选择 性集合，实现多样化的成果，以满足不同用 户对成果的个性化需求，并通过需求的反馈 不断优化系统模块化设计包含了三个阶段的循环过程： 第一阶段，是模块化结构的系统规划阶段，以 自上而下的建立模块化体系为主要内容；第二 阶段，是运用这个体系进行具体项目设计的过 程；第三阶段，是在设计过程中，将信息反馈 给系统，使系统不断完善的过程所以模块化 系统是一种稳定与动态结合的开放型的标准化 系统3 模块化关键技术环节分解是模块化系统的首要环节，模块化系统的建立，无疑是从分解入手的对于住宅产品而言找到自然分割点并不复杂从住宅功能 的角度，分解往往以分割不同性质的功能区域 为目的，形成不同性质的功能空间从住宅技 术的角度，又可以将结构体和填充体分割开， 形成两个不同的技术系统。

无论如何划分，分 割点也是它们的结合点分级是模块化系统的结构特征，模块化综 合了通用化、系列化、组合化等一系列标准化 形式，同时具有应对复杂系统的应变能力这 主要取决于模块化系统的层级结构，也就是说 模块化系统通过建立子系统的方式，形成清晰 的多层级的系统结构，支持不同层级逐级深化 的工作模式规则是模块化系统的主要内容，规则是制 定模块自身以及模块与系统间的统一协调的基 本制度，是决定各级模块的独立性和关联性的 重要工作，也是模块化系统优劣与否的决定性 因素在住宅设计中，规则作为顶层制度建设 的核心环节，具体包括接口技术和几何尺寸两 个方面选择是模块化设计的实施环节，以上一层 级模块对下一层级子模块的选择性集合为具体 内容，集合一般依据某种设计意图或用户的需 求，这个环节提示出了模块化设计方法的基本 特点，即选择和匹配标准模块实现多样化成果 输出反馈是模块化系统实现自完善性的结构 需要，也是模块化系统必须具备开放性的根 本原因，系统只有保证及时有效地吸纳新技 术，才能适应不断发展的新需求因此，解 决好自我优化的开放性与制度运行的稳定性 这对矛盾，是系统顶层制度建立和完善的原 则和目标综上所述，模块化作为一种原理型的基础 理论，在运用过程中，应与运用领域的技术特 征相对应，对于一个住宅产品而言，模块的分 解方法、系统结构及层级的建立，与住宅功能 需求、空间组织、系统结构和知识领域有密切 的关联，所以，住宅模块化系统的建立，必然 具有其特定的结构模式。

4 模块化方法的运用运 用 模 块 化 的 原 理 和 方 法 ， 建 立 新 型工 业 住 宅 的 标 准 化 体 系 ， 首 先 需 要 在 系 统 层 面 上 完 成 两 方 面 的 工 作 ， 一 方 面 是 建 立 住 宅 的 模 块 化 系 统 ， 另 一 方 面 是 制 定 系 统 设计规则1）住宅分解：以一个典型的居室为 例，可以按功能将居室分为：起居室、餐厅、 卧室、厨房、卫生间、阳台、门厅、收纳、管 道竖井等9个功能区域，也可以叫做9个功能 模块；对这些功能区域的再次分解，就可以 建立功能空间的子模块；在此基础上继续分 解，就能够将部品（产品）从空间中剥离出 来，形成一系列构成居室物质环境的基本元 素，即部品模块图1~5表达了居室空间水平 分解的过程2）模块分级：通过不同递次的水平分 解，可以获得不同层级的功能模块首先， 可以把居室空间一次分解结果定义为一级模 块，即单位功能模块，对应于相对独立的单 位功能空间；然后，把单位功能空间分解结 果定义为二级模块，即单一功能模块，对应 单一的居住行为；最后，将部品从空间中剥 离出来形成三级模块，即部品模块新型工 业化住宅建造模式的技术特征体现部品化装 配技术的合理应用。

83图4 居室空间三次分解图5 将居室部品归纳为九大部品体系84图6 对于座便器的尺寸，不同层级设计者需要了解的技术内容和基本信息图7 居室空间模块化的分解与组合图8 由标准的单一功能模块组合成不同布局模式的卫生间（3）通过居室模块水平分解与纵向分 级，按使用功能自上而下搭建了一个多层级 的居室模块化系统需要说明的是，模块划 分既是工作任务划分也是知识领域的划分 住宅设计工作大体可以分为三种类型：建筑 设计、产品设计和工程技术，与专业知识领 域相对应，并分别由建筑设计师、产品设计 师和工程师承担图6表明，不同专业领域对 产品技术参数关注的角度与掌握的深度也是 不同的4）模块化分解以组合为目的，组合是 将各个相对独立的功能模块按设计意图选择性 组合成完备的住宅系统的过程，就是集合的过 程，也是通过标准块的输入实现多样化输出的 过程（图7）图8为由标准的单一功能模块集成出多样化布局的卫生间 系统分解为模块的目的是实现标准件的选 择性组合，模块只有形成标准“模块簇群”才 能实现标准化组合模块化的顶层设计的另一 个关键环节是系统规则的设计，所谓系统规则 就是制定标准，制定标准的原则是在确保各模 块与系统一体化的同时，保证模块自身的独 立性，独立性是形成分散化生产 和 分 散 化 演 进的基础，也是模块化的目的。

毋庸置疑，模块标准化的基本内容是模块 与系统的关系，包括接口技术和几何尺寸，而 几何尺寸是模块化组合的关键技术环节5 模数与尺寸设计模 数 是 模 块 化 系 统 设 计 的 关 键 技 术 内容之一一体化装配式住宅建造中，运用模数统一协调结构体（外件）、填充部品（内 件）的尺寸关系，形成合理的模数化设计体 现，是住宅标准化设计必须解决的问题1）尺寸设计是住宅设计的重要内容， 一般来讲，尺寸设计应该包含四个基本内容： a）尺寸必须符合人机工学的基本尺寸要求； b）尺寸应符合通用材料规格，有利于提高 材料的利用率，方便加工、包装、仓储和运 输；c）尺寸比例符合人们共性的审美习惯； d）尺寸系列有利于各模块间形成便于组合的 逻辑关系2）建筑模数指建筑设计中选定的标准 尺寸单位基本模数的数值规定为100mm， 以“M”表示，即1M=100mm导出模数分为 扩大模数和分模数，扩大模数的基数为3M，85图9 以厨柜为说明设计应充分考虑通用材料（1200X2400）的使用率图10 空间模数网格（模数区与非模数区）图11 模数区的二级模数网格填充6M，12M，15M，30M，60M，其相应尺寸为300mm，600mm，1 200mm，1 500mm，3 0 0 0 m m ， 6 0 0 0 m m ； 分 模 数 的 基 数 为1/10M，1/5M， 1/2M，其相应尺寸为10mm，20mm， 50mm；分模数主要用于缝隙、构造 节点、构配件截面等处。

按《住宅建筑模数协 调标准》的相关规定，建筑空间模数采用扩大 模数“3M=300mm”为进级单位3）建筑模数的构成包含基本模数、导 出模数和模数数列，按规范要求，空间尺寸 以基本模数的扩大模数3M=300mm为进级单 位套内部品作为套内空间的填充体，应与空 间基本尺寸3M=300mm有良好的尺寸匹配关 系因此，建筑分模数对部品规格设计十分 重要而建筑分模数是由基本模数M=100mm 的 1 / 1 0 M ， 1 / 5 M ， 1 / 2 M 导 出 的 1 0 m m ，20mm，50mm，并不是直接从空间进级尺寸3M=300mm分割出来的，这使得目前普遍采用的建筑分模数规范部品尺寸标准的方法出现 了问题由于篇幅限制，关于现有模数的若 干问题不做详尽说明，具体内容请参考即将出 版、由本人参编的“十二五国家重点图书《保 障性住房厨房》）（4）由于目前建筑模数系统的不完善 性，本文提供一种运用二级模数系统解决结构 与内装一体化住宅建造模式中，外件与内件、 空间与部品的相互协调的尺寸设计方法，供读 者参考使用，基本内容如下：建筑空间以1M=100mm为基本。