模块化建筑设计探析——以乔莫肯雅塔国际机场临时旅客航站楼方案设计为例

黄晓冬

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

机场航站楼建筑一般为所在城市的标志性公共建筑，不仅需要满足使用功能要求，还需要表达所在城市的地域文化特色，实现技术和艺术的融合。本项目为投标项目，依据任务书要求，采取装配式建筑的设计手法，对此类建筑创作作了一些探索。

1 项目概况

位于肯尼亚内罗毕郊区的乔莫肯雅塔国际机场，是一座生态化的国际性机场，距市中心15 min以上车程。本项目位于乔莫肯雅塔国际机场东南角。东面为新规划航站楼，西面为旧航站楼，南面为消防站及货运站，北面为机场跑道，如图1～图2所示。基地地块良好，场地平坦。本项目的用地面积为22 000m2，建筑面积控制为10 000 m2以内。

图1 项目基地现状

图2 区位总平面图

2 项目功能需求

(1)该项目为临时航站楼建筑，设计年承载量为250万旅客。高峰时段的人流量估计：国际1600人，国内350 人，过境750人。按C级服务设计。

(2)项目作为一个临时性的航站楼建筑，使用年限仅为10年，且设计及施工期限5个月，要求设计方案具有较强的可实施性与经济性的统一。

(3)项目作为一个国家首都机场内的航站楼建筑，虽然是临时性的，但业主的要求较高，需要体现实用、高效、舒适、地域性，具有一定的标志性。

(4)项目建筑面积限定1万m2以内。按国内的航站楼设计标准，至少需要25 000m2～30 000 m2面积，才能满足高峰时段的人流量需求。因此，需要按照流线及服务要求制定方案框架，然后对平面功能进行优化组合，达到小于1万m2面积要求。

3 方案比较

方案1：非线性建筑

具有流线型的外形，富有现代感。但是由于本项目为临时建筑，该方案的形体过于复杂，设计、施工难度较大，造价较高，不适用于本项目，如图3所示。

图3 方案1效果

方案2：装配式模块化方案一

采用装配式模块化设计，施工搬运相对简单，且内部空间较为丰富，但是该方案单元体形态不规则，没有统一的模块尺寸，不利于结构形式选择及柱网布置，无法在短期之内完成施工，如图4所示。

图4 方案2效果

方案3：装配式模块化方案二

该方案的单元体形态规则统一，结构形式简单，便于生产与拼装，符合项目临时性与可持续性的特征。且建筑造型与当地自然环境和传统民居元素相契合，通过最经济的手段，完整地表达装配式的设计理念[1]，如图5所示。

图5 方案3效果

4 成果展示

成果鲜明体现装配式建筑的实施逻辑，实现建筑功能与形式的统一，实现建筑与周边环境的融合，探索了理性建筑的多样化表达，如图6～图8所示。

图6 建筑总平面图

图7 建筑鸟瞰图

图8 建筑效果图

5 设计理念

本设计理念从机场航站楼的载体——结构体系出发。为实现材料构件标准化生产、建筑快速搭建装配的设计宗旨，航站楼整体采用单元模块化的构成形式。创作灵感取自于肯尼亚大草原金合欢树，采用工字钢和钢柱组合而成的Y字形的伞状结构支架，形式上像是肯尼亚金合欢树的枝干形态。大Y和小Y字型的结构支架组合在一起，就连成了一片高大的树林，和肯尼亚内罗毕当地的大草原和大火山和谐相融[2]。地域化的结构形式，加上地域化的机场外形设计，使得新的机场航站楼更贴近当地生态环境，具有当地人文特色，如图9所示。

图9 设计理念分析

6 实施策略

本项目从当地地域人文及生态中总结提炼最小单元模块，通过基于模块化、标准化的组合与复制设计，形成复杂使用功能要求与造型融为一体的模块化建筑。具有便于工厂化制造、便于现场装配式施工，以满足规定面积、造价、工期的要求。项目可基本无损化拆除，并灵活组合成其他实用功能的建筑。

6.1 地域性表达

肯尼亚拥有得天独厚的草原自然风光。东非大裂谷、国家地质公园等旅游观光景点闻名世界。此外，当地非洲特色的民居形式别具一格，具有浓烈的地域文化特色。东非大裂谷层峦叠嶂的丘陵地形、肯尼亚传统民居的人字型及圆锥形坡屋顶、肯尼亚大草原上金合欢树的外形，均给予我们设计的灵感。通过确定合理柱网结合高低错落的伞状结构支架，并将Y形的结构支撑进行延伸，在屋顶的坡谷处增加了一个双坡屋顶，保证了结构造型的完整性，同时也给建筑增加了顶部采光窗。此种剖面形式，体现了肯尼亚传统建筑风格，融合了传统图案、色彩及肌理，彰显出地域性和天然的效果，如图10～图11所示。

图10 肯尼亚当地风景

图11 建筑效果图

6.2 模块化设计

轻质金属材料拥有可移动、可拆卸、可循环使用三大特点。在模块化基础上，我们注重设计的弹性，对模数进行多样化的控制。建筑各部分构件均采用模块化标准化设计生产建造方式，希望用最简洁的手法塑造丰富的建筑效果[3]。

(1) 建筑采用标准空间单元的复制组合，形成满足使用功能与造型要求的建筑空间。

(2)结构部分均为标准尺寸的钢柱、钢架、钢梁，可直接进行现场装配，如图12所示。

图12 结构拆分示意图

(3)建筑屋顶部分采用直立锁边金属屋面系统；外立面采用玻璃幕墙、木格栅等材料。

(4)建筑内部的构件、家具、设施，均采用模数化、标准化的设计逻辑，采用轻质隔墙板与玻璃隔断，方便生产与运输，并且可快速完成装配、搭建、拆卸；造价低，灵活性高，如图13所示。

图13 建筑内部构件标准化示意图

(5)单元体的结构形式在未来可以灵活使用，建筑材料全部采用金属节点螺栓连接，因此实现建筑的快速搭建，如图14所示。由于连接全部采用金属节点，因此航站楼拥有灵活的装配方式，建成后，依然可根据后期机场不同的功能需求进行重新组装，形成不同功能需求的新空间，如住宅、厂房等。

图14 单元体结构形式示意图

6.3 营造舒适的使用空间

环保、经济、可持续性，是这个项目在设计方面的三条原则，也是本项目在设计过程中必须强调的内容。天气条件和温度，是机场可持续性设计中需考虑的主要问题[4]。

(1)内罗毕位于赤道附近低纬度地区，太阳高度角较大，因此，此种形式的天窗恰好避免了太阳的直射，让室内大空间的光照分布更加均匀。在夜晚，室内的灯光从采光窗映出，形成一条条光带，从飞机上看，亦是独特的景致，如图15所示。

图15 天窗采光示意图

(2)内罗毕位于高海拔地区，四季如春，气候宜人，因此，可以降低对采暖和制冷的需求，天然通风，让乘客感受肯尼亚大草原的新鲜气息。

(3)航站楼面积较为紧凑，为增大公共空间，在航站楼的南北两侧做了大尺度的出挑屋檐，形成东西向两条通廊，增加乘客的等候区域，也给未来建筑的功能扩展提供了预留空间，如图16所示。

图16 出挑屋檐效果图

(4)“整体连续的单元流动空间”—在建筑内部各区块自西到东，形成入口办票综合大厅、安检厅、候机厅、功能办公体、贵宾区五大空间节奏。航站楼屋顶的折线形式，恰好呼应了内部功能的衍伸递进关系，形成叠加的流动性空间规模气势，极大地激发本建筑公共区域的尺度感染力。同时，通过上述五大空间错落的韵律关系，形成功能区域精巧舒适的特点，使不同需求都能享受舒畅自由的观感体验。

7 结语

航站楼建筑具有流线复杂、工艺复杂、空间舒适性要求高的特点。本项目方案设计，在限定的面积及时间内通过模块化、标准化设计，塑造地域性与使用功能相融合的临时性建筑，满足了工业化生产、装配式建造的众多要求，探索了模块化建筑理性的多样化表达。