水上灾后过渡空间膜结构设计与应用研究

王少华

（华中师范大学，湖北 武汉 430079）

1 过渡型安置房的概念

过渡性安置房是地震灾后提出的灾民安置性住房。根据安置需求和时间跨度的不同，灾后安置阶段主要分为应急型安置阶段、过渡型安置阶段和永久型安置阶段。其中过渡型安置阶段主要开始于灾难发生后1个月或2个月的救助阶段，主要是相对安全的地点进行应急计划。通过建设救灾帐篷、搭建自建房等临时安置点，为灾民提供了安全的生活环境，帮助灾民逐渐恢复到正常的生活条件。安置阶段持续时间长，安置形式多样，涉及面广，是灾后所有永久安置工作完成前安置灾民的重要阶段[1]。水灾后大部分陆地被洪水淹没，在可用的陆地上搭建临时安置房并转移灾民需要耗费大量时间，利用水上空间搭建灾民过渡性安置房能够有效节约救援时间，减少资源浪费。

2 膜结构应用的可能性

膜结构作为21世纪具有代表性和前景的建筑形式，打破了传统建筑纯粹的线性建筑形式，形状多为曲面，美观、简单、快捷。

膜结构是由多种高强膜材料和加强构件通过一定方式使其内部产生一定的预张应力，可用于承受一定外荷载作用的一种空间形式。目前，膜结构被广泛应用于体育馆、会展中心和交通服务设施等大跨度建筑。

气膜建筑采用高强度、高柔性的薄膜作为主要材料。膜材料由基布（聚酯纤维、玻璃纤维）和涂层（聚氯乙烯[2]、聚四氟乙烯）两部分组成，基层是主要的受力构件，起到承受荷载的作用；树脂涂层除了用于保护基布外，还可起到防光、防潮等作用[3]。

水上灾后过渡空间设计采用充气膜结构，充气膜结构主要利用空气力学原理等，将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风机提升室内气压，通过内外压力差抵抗外力。利用膜材料作为空间的主要支撑结构，钢结构等起辅助作用，不需要梁或柱等结构支撑，空间利用率更好[4]。

2.1 材质轻型化

建筑材质轻型化才能够支撑建筑本身在水面上的漂浮状态，同时也要考虑到水灾后积水中的漂浮物对建筑本身的磨损。用于气膜建筑物的材料通常为薄膜材料，厚度仅0.5 mm，相比传统的钢筋混凝土建筑或钢结构建筑质量更轻。

2.2 经济性能好

气膜建筑采用的膜材材质较轻，且由于建筑物内没有梁柱等结构，节省了材料，相比传统的钢筋混凝土结构，造价更低廉。在节约成本支出的同时，可以在灾后重建当中满足大规模建造需要。据统计，一座跨度为40 m，面积为3 000 m2的气膜建筑造价仅为传统建筑造价的1/3，经济性能比传统建筑要好。

2.3 环保可持续性

薄膜材料涂层防紫外线，具有高反射率和散热功能，可以减少太阳能的引入，防止内外热交换，起到隔热作用，降低冷热设备的能耗。此外，该建筑产生的建筑垃圾较少，节能环保能够同时实现，自清洁性能和耐久性都很好，薄膜材料的保护涂层确保了建筑物良好的自清洁性能和使用寿命。

2.4 搭建便捷

充气膜建筑系统是近年来发展起来的一种创新建筑技术，具有施工速度快、性价比高、国产化、高度集成、智能化、储存方便、运输方便等优点。包装后可采用货机运输，位置灵活，方便布局，施工快捷，故障排除快。小型充气膜建筑可以在抽气后立即缩小体积，方便灾后运输，并较好地满足水灾后灾民临时居住的紧急需求。

3 水上灾后过渡空间膜结构设计实践

3.1 设计定位

根据前期的设计背景分析，本次设计实践的目标定位为：基于可持续理念的水灾后过渡空间膜结构设计，使水灾后临时性避难设施集环保性、经济性与适用性为一体。在设计时，应当充分考虑到自然环境、受灾人群和经济成本之间的关系，选用可回收利用、可循环使用、加工过程产生极少废料和污染物的材料；在符合保护生态环境、节约资源的前提下，加入人性化的设计元素，改善受灾人群的生活质量；在保证基本功能的前提下，优化结构、空间和功能，形成系列化设计、预制化生产、模块化组合、快捷运输、可库存和可多次循环周转使用的产品系统[5]。

设计对象以飓风、暴雨灾害受灾人群为主，临时避难空间在水上搭建。基本居住单位以2～3人居住为主，同时考虑独居人群和4～6人规模的受灾家庭需求，不同规模的家庭单位可以根据自身的需求自由组合模块化空间单元，形成灵活变动的灾后生活空间。在功能模块方面，居住设施、医疗设施、休闲设施与卫生设施，形成多样化、多功能的灾后临时性避难空间。

3.2 基本单元设计

基于水灾之后快速搭建灾后营地的思考，运用了传统的水上工具乌篷船和充气式救生艇的理念，设计了充气式水上灾后过渡空间。建筑空间由一体式充气膜组成，5个单体建筑进行组合可形成一组交流活动空间，建筑外侧部分可围合成为灾民的交流空间，建筑本身形成内部生活空间和外部交流空间的划分，灾民在使用时可自由组合形成集体的营地空间，满足了灾民日常生活需求，有利于灾后身心恢复。

交流活动空间如图1所示。

图1 交流活动空间

整体由白色和灰色高分子PVC膜材组成，灰色充气柱是整个空间的框架，撑起整个充气白色外壳和屋顶，灰色半透明气膜可透入阳光和空气。充气底座中间有水箱、燃料箱、过滤废水箱解决了漂浮区域的水电体功能不完善和生活废水排放问题。整个空间四周是充气层，可支撑船屋在水上漂浮，内部由充气隔墙分隔室内空间。白色充气屋顶呈倾斜状态，避免雨水、积雪对整个充气膜建筑产生压力损害。

充气式水上灾后过渡空间如图2所示。

图2 充气式水上灾后过渡空间

3.3 内部布局分析

内部布局方式与组合形态可以根据受灾人群不同的居住需求进行灵活调整。每个居住单元内的可移动收纳柜、桌椅，包含充气高低床与床垫（其中二层床垫可以折叠，满足灾民不同的使用需求）。所有内部家具均采用价格低廉、加工过程绿色无污染、轻质化、可回收降解和循环使用PVC充气膜材料，并通过充气膜结构实现平板式运输。

布局设计效果如图3所示。

图3 布局设计效果

3.4 具体室内展示

对于室内色彩的设计而言，要将各个影响要素分析在内，既要将色彩用在墙面和地面上，也要用在木材、床等方面。考虑各方面的色彩搭配，科学地选择室内空间材料对人的身心健康发展有重要影响。因此材质有所差异对应给人带来的心理冲击也会有所不同[6]。室内设计采用暖色调搭配耐脏的灰色地面和乳白色屋顶，家具造型简单圆润，PVC材质的棕色充气床垫和木纹收纳柜搭配暖灰色浴室帘，营造一种自然舒适的氛围，更有利于人们灾后身心恢复。对灾民的日常活动进行调查后，在有限的空间当中，将休闲和休息的地方设置在入口处同一空间，卫生间和厨房收纳等私人的空间后置，有效利用类似船屋的倾斜空间。

4 结语

对于突发性的洪水、暴雨、飓风等灾难，水上灾后过渡空间（气膜版）能在短时间内运送到场地并在水上充气搭建完成，从而有效减少建造成本，迅速提升政府、社会、灾民的应对灾情能力。而在灾情后平稳结束后，水上灾后过渡空间（气膜版）还可以回收并进行二次利用。