陕西地区混凝土装配式乡村住宅设计产学研实践初探

2019-08-27马晓鸣相虹艳

四川水泥 2019年7期

袁静马晓鸣相虹艳

（西安建筑科技大学华清学院建筑与规划教研室，陕西西安 710043）

1 项目调研情况：

1.1 现阶段关中地区自建房建设现状

改革开放以前，关中地区乡村的自建房大多采用的是生土结构。改革开放后随着人们的生活水平日益提高，农村自建房的结构类型也逐渐转为砖混结构。由于乡村的特殊性，住宅建设基本上都缺乏规范的结构设计与合理的建筑设计。村民们都是按照自己的想法让施工队对房屋进行无图纸施工建造，业主关注的重点更多的集中在了建筑的现时经济性，对建筑的抗震性能、舒适性、功能、空间、造型等较为忽视。而在施工方面，在项目小且分散，缺乏足够的资金等因素的影响下，乡村住宅建设过程中，常常出现施工单位是一群无资质、未受过培训的农村泥瓦匠人临时组成的“草台班子”。施工前期无合同，施工中期偷工减料，施工后期无售后的情况比比皆是。这些情况无疑給业主在后续的使用过程中埋下了隐患。

1.2 装配式结构在我国的发展趋势

我国自十二五计划实施以来，一直致力于建立一个节能减排环保的友好型社会。转变传统建筑的生产方式，提高建筑装配率，推动建筑装配化的广泛应用，成为了建筑业发展的大趋势。2017年2月21日发布的《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》（国办发【2017】19 号），明确建筑工业化要进行可持续发展战略[2]。继国家层面政策出台后，目前，全国31 个省（区、市）相继全部出台推进装配式建筑发展相关政策文件。2019年全国各地区装配式建筑出炉：如北京对于实施范围内的预制率达到50%以上、装配率达到70%以上的非政府投资项目予以财政奖励；可以预见，未来，装配式建筑会是各地建设工作的重点。

装配式结构体系根据不同材料可分为：装配式混凝土结构体系、装配式钢结构体系、现代木结构体系、装配式砌体结构体系等。目前预制装配式混凝土结构在国内占据了主导地位。本次项目设计实践采用的预制装配式混凝土结构是以黄炜教授为科技研发带头人，西安建筑建筑科技大学土木学院及西咸新区矩阵住工住宅工业有限公司共同研发的“绿色全装配复合墙被动式保温住宅”技术，该技术是整个研究的核心结构技术支撑。曾获国家科技进步二等奖、陕西科学技术进步一等奖、西安科学技术进步一等奖。

2 产学研背景下的装配式乡村小住宅设计研究

2.1 小住宅设计教学现状

小住宅设计又称小别墅设计，是建筑学专业低年级最早接触的建筑设计课程设计。其任务书所给条件通常十分优越：独院住宅、基地占地面积大、环境优美、周边限制条件有限等等，给学生提供了极大的创作空间。该课程设计目的在于让学生能了解独院式住宅建筑设计的特点，训练学生空间设计能力及组合能力；了解人体工程学，掌握家具尺度与布置，及由此产生的对空间的各项要求；学习以建筑物作为一个整体考虑有关建筑功能、构成、造型等方面的问题；创造既满足各项功能及技术要求，又满足心理要求的居住空间；认识到建筑与自然环境两者应有机结合。

然而在现实情况中，小住宅设计与教学环节所提供的设计环境条件相去甚远。目前，我国大中城市中，独栋别墅的修建已被全面叫停，而联排别墅或叠拼别墅的基地又通常十分有限，现实和理想产生严重偏差。此外，学生们多数缺少别墅居住体验。这都为学生们的调研与设计带来了难度。与此同时，课堂教学与生产实践相结合也一直是低年级建筑学教学的一大难题，其相关专业课程如建筑构造、建筑设备、建筑材料均安排在中高年级，这些因素都使得学生的设计长期停留在方案阶段甚至是概念阶段，无法深入下去，学生们的学习收获有限。

2.2 本次项目设计实践的主要设计方向

本次项目设计实践工作，教研团队带领学生结合教学深入陕西地区乡村进行调研，与矩阵公司的结构设计团队与施工团队一起共同讨论协调，共完成小住宅方案二十三套，其中九套方案进行到施工图阶段，三套已投入实际建设。在本次设计中我们对陕西各地区民居特色进行提炼，融入现代乡村人们的生活特点及审美喜好，结合陕西农村宅基地现实情况，加入技术建筑设计标准。使得设计出的小住宅既符合现代乡村生活，同时又极具地方特色。

2.3 装配式混凝土结构与陕西乡村小住宅设计相结合的优势

本次采用的预制装配式混凝土结构——“绿色全装配复合墙被动式保温住宅”技术相较其它的结构技术形式有以下优势：1）轻质耐震，可抵御八级地震；2)全装配化施工，主体结构七天封顶。3)部品构件被动式保温承重一体化设计生产。4)各种节能技术集成，房屋能耗降低70%。5)工业化生产，毫米级精度，全面消除渗漏、裂缝、空鼓等各种质量通病。6)所有水电管线预埋到位，无需二次改造。

2.4 装配式混凝土结构与陕西乡村小住宅设计相结合的难点

尽管这种装配式结构有以上诸多优势，但在进行陕西地区乡村小住宅设计时，结构设计与建筑设计之间存在着较多的矛盾。设计的难点主要体现在：

1）该装配式结构最具特色的一点是装配式部品设计。尤其是结构部品设计，由于整个建筑主要为墙板承重形式，建筑的开间与进深在尺度上受到结构部品设计较大的制约。我们教研设计团队依据陕西民居的建筑外形及空间功能特点对结构部品种类进行合理优化，在符合结构安全的及经济性的前提下设计出符合陕西地区乡村生活特点的小住宅形式，改变装配式混凝土建筑给人的呆板印象。

2）该装配式结构由于预制装配率已达85%，所有墙体均承担结构作用，在后期的装修过程中，不宜对墙体进行开槽开洞，所有水电管线在墙板预制过程中必须预埋到位。但这与现状阶段市场上通行的住宅装修方式差异较大，不同家庭对水电设备的要求标准不同，增加了结构部品设计的难度及批量化生产的成本。

3）传统小住宅设计教学中，除强调学生的功能流线组织能力外，对学生的建筑造型要求也比较高，课程设计通常是假题假做、或真题假做。学生们在设计的时候对结构、构造尤其是造价的考虑较少。由于约束条件较少，建筑设计通常会突显建筑形体体块关系、比例、材质、空间等等。而面对真实题目和甲方的重重约束尤其是造价和基地条件约束，学生们在设计过程中明显需要磨合适应。

4）陕西地区的民居风格并不单一，居民对建筑风格的喜好也不尽相同。建筑的个性化与建筑工业化、部品批量化生产存在较大矛盾。为了协调这一矛盾，我们在外部装饰性部品设计上加大力度。我们将原有的陕南、关中、陕北民居的装饰性构件进行研究对比，取其精神，设计出一系列符合各个风格特点的装饰部品，并对装饰部品的构造进行再次设计研究，满足各项建筑技术指标。

3 陕西地区乡村小住宅设计案例分析

3.1 陕西地区农村宅基地特征

教研设计团队对现阶段陕西地区乡村宅基地情况进行了的调研，调研中发现，陕西境内尤其是关中地区农村宅基地的形式多为“晋陕窄院”式宅基地即面宽有限，进深较大，多数坐南朝北。常见的宅基地长度上甚至可达30 米而在宽度上多为8 米、10 米、12 米、14 米，超过14 米的比较少见。各家宅基地联排并置，已有农宅相互贴建。

3.2 陕西地区乡村小住宅实例分析

案例：8 米开间的刘宅，该基地面宽属于常规最小面宽，根据业主要求该建筑必须不少于3 室2 厅1 厨2 卫，为了保证建筑的舒适性，该住宅的主要功能空间(主卧、客厅)要求保证南向采光，最好还有储藏空间。此外，建筑的主入口只能在南向，北向为其后院不得开设进出大门。基地的两侧均为其他业主的宅基地，不可跨越侵犯，同时两侧贴建部分亦不可开窗。这一现状导致住宅开间设计存在较大困难了。同时业主提出希望能够扩大建筑的采光面，由于业主对传统文化颇有研究，希望建筑本身在具有传统建筑特点的同时具有一定的时代气息。

结合业主的要求我们团队进行了初步设计，其特点有：1）根据“晋陕窄院”的特点，将刘宅设计成内院式住宅，建筑正南面只安排有客厅及进入内院的大门。2）建筑大门设在进入内院后朝东的山墙面上，缩短了进入大门后到各个空间的流线3）在朝东的山墙面上朝内院开设多个窗户，大大增强了室内光线，同时在多个房间及走廊上可以欣赏内院的景观植物（如竹子），以提高建筑的文化气息。整个建筑满足2 间卧室1 间客厅1 间餐厅全部朝阳，极大的提高了建筑的舒适度。4）考虑到乡村生活中厨房餐厅对于家庭的重要性，在设计中，厨房的空间设计为3.8x3.2m2,而餐厅则与后院相联系，以节省交通面积。5）乡村住宅中最重要的空间——厅堂，按照结构所给的墙体部品最大尺寸设计为5.1x4.8m2。6)在外立面上为了节省造价，以白色真实漆为主，配合以关中地区传统的风火山墙设计，在上下窗户间以原色实木格栅加一装饰，整个建筑体现出具有关中特色的新中式风格。7）在装饰部品设计上符合装配式的特色，达到快速施工的目的。8）在部品设计中水电管线预埋不以满足基本生活要求为标准，而以现代生活为目标，为业主将来生活进一步提高提供扩展空间。如：卫生间马桶预留卫洗丽插口；墙体预留新风机、中央空调孔洞、厨房多插座预留以保证将来如洗碗机、垃圾处理机、烘干机、等现代化设备添置的可能。