模块化的设计思维在空间设计领域的研究与运用

刘奕麟

关键词：模块化 设计思维 空间模块 建筑案例 模块组织关系 模块化的空间设计

引言

模块化的概念至今没有统一定义，比较统一的理解是模块化是一种设计方法，同时也是一种标准化的方法。在不同领域，模块都具有通用的属性：灵活组织、互换性;接口、功能、逻辑。其中，每个模块都有一个特定的子功能，所有模块按照一定逻辑组织起来，形成一个总体系统。

一、国内外模块化理论研究动态

20世纪初，德国一些机床设计的工厂在其生产过程中提出“模块化”一词。20世纪初德国一家家具公司按照模块化原理进行了产品设计。20世纪中期，模块化的概念被全行业正式提出。20世纪中叶，模块化设计在全行业快速发展，如图1。

1.国家电力公司电力自动化研究院童时中：所谓模块化，就是为了取得最佳效益：从系统观点出发，研究产品（或系统）的构成形式。[5] 童时中教授在《模块化原理设计方法及应用》中提出模块化应用领域广泛：机械、电子、船舶、建筑、电力、产品。2.斯塔尔（Starr）将模块定义为可进行独立设计和制造，并实现多种组合方式的部件。他强调模块是组成系统（产品）的通用单元，具有独立功能，标准接口和互换性。[6] 3.卡里斯鲍得温和金克拉克《设计规则——模块化的设计思维在空间设计领域的研究与运用RESEARCH AND APPLICATION OF MODULAR DESIGN THINKING IN THE FIELD OF SPACEDESIGN模块化的力量》又提出模块是大系统中结构上相互独立但共同发挥作用的单元，参数和结构在模块内是相互依赖的，在模块之间是相互独立的。

二、 模块化在设计相关领域的应用与案例分析

模块化设计方式应用在电子产品、软件开发、机械设计、产品设计、建筑设计等领域。产品设计中，BLOCKS模块智能手表就是应用了模块化的设计方法。你可以根据自己的需要添加电池模块、GPS定位模块、手电模块等自定义模块。在服装设计领域，设计师毕然推出可以拼接的模块化衣服。每一个“模块”，譬如一只袖子，一只裤腿，一个衣领都有独立的样式，这些模块之间又使用统一型制的拉链和子母扣进行连接，以便由使用者依喜好自行搭配。

模块化设计方法最大程度上发挥了使用者的自主性，同时又体现了设计师的设计概念。模块之间彼此独立又相互组合。模块可以被拆解，同时又保持了相对统一的风格，如图2。

三、模块化在建筑领域的发展历程

模块化设计方式和“方便拆卸并灵活搬运，材料可以回收利用”的建筑有非常密切的关系。模块化是使建筑灵活可变的设计方法之一。模块化是一种处理复杂系统的方式，它把复杂系统分解为一系列可管理的、独立、互相作用的模块。在系统的结构中，模块是可组合、分解和更换的单元。

1942年，瓦尔特·格罗皮乌斯和康拉德·瓦克斯曼在美国研究出工业化住宅，推出了使用通用性标准件的组装式住宅。20世纪50年代，富勒提出“少费多用”理论，注重空间灵活性。他设计的戴梅森住宅空间灵活，结构可变。在英国，建筑师赛杜克普莱斯认为建筑不再是“固定的”，建筑可以以“非确定性暂时结构”的状态而存在。在法国，柯布西耶1946年-1957年设计的马赛公寓强调其结构是现场建造的酒瓶架结构，预制的公寓能像酒瓶一样插入架中。[7] 20世纪60年代，建筑电讯派暂露头角。彼得·库克提出“插接城市”。“插接城市”是人们可以根据各自的需求插入不同的空间功能模块，并随需求灵活调整楼梯的高度和密度。之后1964年，华伦·裘克设计了“胶囊住宅”。随后的“接合住宅”深受其影响。“接合住宅”是一些可以悬挂在大型构建上的不同居住单元。在此基础上，大卫·格林设计的“生活荚”，是可以移动的住宅。

建筑电讯派提出“行走城市”的概念诠释了移动建筑的内涵。1967年库克和赫伦共同设计了“瞬时城市”。“瞬时城市”没有具体的建筑外在形态，建筑以灵活的拼接形式，迅速搭建、拆解。日本新陈代谢派也强调建筑的临时性。黑川纪章在1972年设计的中银舱塔就是对这一理论的实践。随后的高技派则以罗杰斯设计的“蓬皮杜艺术中心”为代表，采用灵活的巨大框架結构，将一些功能以外挂管道的形式悬挂在框架上。勒·柯布西耶从1922年的“别墅公寓”户型设计到1933年的“不洁的住宅群6号”户型设计，都提出了空间模型和功能模块化的思想。1948年，柯布西耶出版《模度——合乎人体比例，通用于建筑和机械的和谐尺度》进一步诠释了人体尺度和建筑模数之间的关系。[4] 人体尺度决定了空间功能模块的尺度，如图3、4。

四、模块在空间中的组织关系与具体案例

如图5，空间模块同样具有以下几种基本属性：接口、功能、逻辑、状态。不同空间模块之间可以拼合、插接、分解来进行排列组合，同一个模块自身可以分解、变形、移动。模块通过这些方式进行空间上的重组。文章选取了一些空间领域的典型案例，总结并用图解的方式诠释了空间模块的特征与模块之间的组织关系。模块之间的空间组织关系与案例分析整理如下：

1分解：潮汐工作室改造项目是由一个模块分隔、拆解组合成新的空间。该项目是将集装箱变为一个“百变”的空间概念，将空间与功能需求灵活组合。一天中，员工们有多种活动在这个工作室进行：会客、午饭、沙龙交流、设计办公等，如果每一个活动都需要单独的空间，就需要大量面积。根据员工的需要，灵活地分割、拆解、组合集装箱，能在有限的空间内，组织不同的功能。在由集装箱分解、组合的不同空间模块里工作，员工的专注度和办事效率得到了提高。集装箱改造是模块化设计方法非常典型的运用。集装箱大小比较符合人体尺度，其具有标准化、环保化、经济化等显著特点。

2.插接：众建筑的“插件塔”设计了专门的模块连接构架，不同功能的空间模块可以插在这些构架之中。模块可以拆解同时又方便组合。我们可以设想，在一个空间中，需要临时拆除一个6人的空间，这时，我们可以利用模块易于拆解的特性，拆除这个空间，同时又不破坏原有空间结构。插件塔是一个预制的“插件板”构架系统，可以任意拓展。在结构的框架体系中，可以插入房屋的单元，这些单元根据需求可以放置于不同位置。板材之间用钩锁连接。安装搭接方便，无需大兴土木，模块化的拼装方式省时省料。

3.移动：“众行顶”是一个有红色顶棚的装置，可以伸缩，折叠时供市民骑行，可以穿越整个城市;展开时可以覆盖部分街道，连接不同的城市公共空间。众行顶顶部参照常见的模块化拉伸结构的大棚，可以容纳10多人在内部骑行，底部装有自行车的车轮等，方便移动。众行顶展开时，可以延伸至12米，覆盖面积大。众行顶被欧洲等国家用于举办一些临时性的公共活动。模块化可延展、可伸缩、可移动的特性在众行顶建筑中得到很好的发挥。

4.变形：“百变智居”设计过程中，集装箱根据不同功能模式可以被灵活组织，像抽抽屉一样被拉拽，打破单一的室内室外空间的界限。

集装箱可以根据需要变换三种不同的模式，家庭/办公/聚会，三种空间模式互相切换。在家庭模式中，集装箱的空间划分为客厅空间、卧室空间以及餐厨空间。墙面可以翻折起来，打通卧室空间，满足基本的居中空间的使用。在办公模式中，隔墙是可以自由移动变化的，隔墙移动后分为会客空间和办公空间。空间结合桌子，形成巨大的workshop空间。在聚会模式中，通过打开墙体与拉出箱体，可以形成聚会空间。客厅中可以找出一个翻折的床板，拉出后可以供多人使用。模块化的设计方式，通过预制工业化的构件，节省工期，现场装配，搭建可变的空间。墙面、楼板可翻折，空间可推拉，智居空间灵活可变性成为设计的亮点。

5.累加：Habitat 67是在1967年世博会上的展览建筑。世博会之后，这组建筑被保留下来，现在成为加拿大的国家文物遗产。Habitat67建筑群是将一些预制的住宅单元盒子以参差错落的形式累加起来。这些住宅单元累加形成复杂的建筑空间组。这些盒子错综叠加形成的灰空间，成为了立体花园和阳台，满足了住户的采光需求，保证了住户私密性。设计师Moshe Safdie旨在向中低收入的人群，通过这种方式提供可以复制的、廉价的住房。Habitat 67曾一直被闲置，直到19世纪70年代，加拿大设计师将其中的几所单元盒子改造一新，兼顾了时尚感与舒适性。在此之后，越来越多的富人陆续搬进这个社区，Habitat 67 变成了高档社区。值得一提的是，Habitat 67 的所有居住者共同拥有该建筑的产权。这座建筑群落已经成为了宝贵的文化历史遗产，所以，产权共有对于居住者来说是一件十分骄傲的事情。

Habitat 67模块化堆叠的建筑盒子，在加拿大蒙特利尔圣罗伦斯河畔格外醒目，小山一样的建筑群组极具震撼感。建筑空间模块之间叠加的处理手法值得后辈设计师学习借鉴。这座建筑群是模块化的设计思维在建筑领域具体应用的经典案例。Habitat 67成为了当地的地标，也成为了设计界的经典案例。

6.替换：在日本东京繁华的银座区，耸立着一栋怪异的建筑，许多胶囊状的像太空舱一样的建筑盒子，一簇簇地摞在一起，科幻未来感十足。这栋建筑就是中银舱体大楼，它曾经象征着日本对未来的幻想。日本新陈代谢派设计师黑川纪章设计了这栋建筑。“新陈代谢派”起源于20世纪60年代左右，强调万事万物逐渐生长、迭代和衰亡的过程，主张用新技术来解决问题。

中银舱体大楼是把建筑做成了一个可以拆解的框架，把一个个私人的居住舱体，通过高张力的螺栓，插接在建筑的混凝土核心筒上。每个舱体尺度是2.3m×3.8m×2.1m，面积约10多平米。舱体内定制化的室内的家具、电器等一应俱全。天花板、墙面、床一体化定制设计。这些私人居住的舱体模块可以被替换，临时拆解，灵活拼装，循环利用。

7.拼合：2017年荷兰设计周展出了荷兰建筑事务所MVRDV设计的一款概念居住空间——积木旅馆（Wego House）。整个建筑看起来就像是一组各种颜色拼合起来的积木。不同颜色的积木代表着不同的空间属性。粉色空间中设置了通透的阳台;黄色空间设置了一个可以居住的阁楼;绿色空间设置了可以摆放植物和吊床的场所;不同模块的空间有不同的空间气质，提供不同的功能，比如休憩、居住、展览。一些模块是全开敞通透的;另一些模块是半透明半通透的。积木旅馆是为不同的人群，比如学生、难民、音樂家、画家等，根据他们的需要提供不同的休憩、展览、学习等旅馆应有的功能。依据这样一个模块化的设计逻辑，每个模块可以根据使用者的不同需求而定制使用。这些模块拼合在一起形成一个居住的建筑体。

分解、插接、移动、变形、累加、替换、拼合是模块之间的几种组织形式。通过总结这些模块之间的组织形式，我们可以更好地用模块化的设计逻辑进行空间的设计。

除去以上7种模块化的组织方式以外，本章节也分析了集装箱的如何结合模块化的设计方式被改造成居住空间。集装箱在居住类型的建筑改造中也较为常见。设计中需要解决如何固定集装箱之间的接口，以及集装箱改造后的防水隔音、隔热保温、采光通风合理性。设计师往往利用辅助结构来作为集装箱建筑的支撑，比如玻璃幕墙、雨棚、连廊、楼梯、柱子等。模块之间的组合方式也是需要处理的重点。叠加、合并、拆解、架空、混合等都是集装箱模块间的组合方式。

集装箱建筑在震后安置房领域运用非常普遍：集装箱抗震房轻巧，可以减轻余震的危害，如图6。

2011年11月，坂茂建筑事务所在日本女川设计了震后集装箱临时住宅。女川地面崎岖，不适合大面积搭建临时住宅，因此坂茂用6米高的较轻巧的货运集装箱棋盘式交错叠加，设计了不同户型，搭建了几组临时住宅。集装箱改造设计缩短了施工时间，提高了抗震能力。坂茂在内部纸管建造系统和的不同户型的颜色选择上，多用淡黄木色，这个颜色可以给受灾群众带来心理上的安慰。模块化的设计方法应用到绿色设计（绿色设计需要符合“3R”标准，Reduce，Recycle，Reuse。）中有其特有的优势：模块化的建筑设计可以大大缩短空间营造周期，快速适应空间需要;同时，这样的建筑方便拆卸和回收处理，能节约人力、物力，产生较少的环境污染，因此模块化的设计方法在绿色建筑领域有很多实践。

在以上案例中包含着许多模块化的设计方式。模块化不仅是一种设计策略、技术方法，同时也是一种有效的前期模拟策略。[4]

五、儿童游戏与展览空间的模块化设计方案

从空间设计的角度解读。模块化是一种设计思维和设计手段，如图7、8、9。

第一组设计是用模块堆出一组儿童娱乐空间。设计用100mm乘以100mm的积木盒子，以儿童的尺度为依据，搭建出儿童攀爬、休息、游戏的活动空间。

第一个娱乐空间是一个方形的“积木空间”。儿童在这个空间中可以爬上爬下。方盒子空间开门开窗的尺度均是根据儿童的身高体长，门与窗的概念被转换成一个可以通过、可坐可卧的洞，儿童可以通过移动的模块攀爬到洞口处，从洞口的滑梯滑到泡泡球中。第二组娱乐空间是模块化累加出的一座“像素一样的山”设计用300mm乘以300mm的积木盒子，搭建了一组小山一样的装置，儿童可以攀爬、嬉闹。模块的顶部设计了软垫，用来保护儿童在使用过程中的安全性与舒适感。

这两组“积木空间”具有模块的灵活、可拆解的特性，模块之间可以累加、拼合出不同的空间形态，满足孩子嬉戏过程中可坐、可站、可趴的身体需求，如图10、11。

第二组设计是用300mm乘以300mm的模块累加出一个展示空间。根据需要模块堆叠累加成整面的展览墙和多组摆放物品的展台、柜子。

整面展览墙在设计时，根据人的通行或者透视需要而开门窗洞。模块之间满足300mm/600mm等倍数尺度关系，由模块组成的展览墙根据需要调整为有开洞的可以承受自重的墻。在设计每一个单体模块时，考虑了模块的虚实关系：一些模块需要摆放东西，这些模块设计成中空的、开敞的，展品可以放在中空的盒子里。一些模块无需摆放东西，模块是围合的，封闭的。这样，一面展览墙就会出现虚实结合的效果。模块设计为白色，展览墙上配置一些红色、蓝色、绿色等单彩色，用来区分不同展示的内容。

摆放物品的单独柜子（或者称为展台）下安装轮子，使展台成为可以移动的。模块之间满足300mm/600mm等倍数尺度关系，形成的展台根据模数尺度可大可小，方便调整展台尺寸。方形模块方便搬运、拆解。展览大多具有临时性，模块化的灵活可变特性适合于展览空间方便拆解、拓展的特性。

结语

模块化是一种设计思维和设计手段。模块的概念不仅存在于建筑设计、计算机、工业、技术等领域，也存在于人文、社科、心理等各个领域。在不同领域，模块都具有通用的属性：灵活组织、可以被替换（互换性）;接口、功能、逻辑。本文整理了对于模块化的不同定义，查找了模块化在工业、服装、视觉传达等设计相关领域应用的案例。重点整理与总结了在建筑空间领域模块化的相关理论研究，并选取了一些空间领域的典型案例，总结并用图解的方式诠释了空间模块的特征与模块之间的组织关系。本文目的在于用模块化的思路来更好地进行空间设计，研究了模块化的设计思路之后，文章用模块化的理论设计了两组空间形态来作为具体的设计实践。