基于箱式模块建造体系的临时校舍设计研究——以深圳罗湖外语初中学校（东校区）为例

程梦琪 朱亦民

2018年以来，深圳市激增的教育需求与稀缺的土地资源之间的矛盾日益激化，众多学校不得不在原有校园的有限用地范围内急剧扩大规模，进行升级改造[1]，然而一边施工一边教学的新旧校舍交叉腾挪方式不仅会大大降低学校的使用品质，且易产生安全隐患。为解决这一难题，深圳福田区率先开展了“诺亚方舟计划”，在原学校扩建期间利用其周边城市闲置空地建设临时校舍，被称为“腾挪学校”的临时校舍应运而生。腾挪学校的建设面临施工周期短、建筑品质要求高、避免土地污染与资源浪费等诸多挑战，而能够快速建造、拆卸并具有高回收利用率的装配式建筑成为了其首选建筑类型。目前深圳已建成的腾挪学校均为装配式钢结构建筑，但运用的结构体系并不唯一，典型代表有新沙小学腾挪校舍，采用焊接结构钢框架与桁架钢筋混凝土楼板组合的重钢体系；梅丽小学腾挪校舍，采用轻型钢框架剪力框格与预制钢楼板组合的轻型钢结构体系；石厦小学腾挪校舍，采用薄壁轻钢龙骨密肋与现浇细石混凝土楼板结合的轻型钢体系[2]。2019深港城市／建筑双城双年展上，“闪建策略园”中以箱式模块为基本建造单元的“闪建学校”得到业界广泛认可，轻型钢结构箱式模块体系成为了建造腾挪学校的又一代表性结构体系。

1 箱式模块建造体系建筑特点

箱式模块体系是一种预制程度可达85%～95%的建造体系，由该体系建造的建筑以箱型建筑模块作为预制构件，通过可靠的连接方式装配而成[3]。与传统建造体系的建筑相比，箱式模块建筑具有以下4个基本特点。

（1）工业化程度高，施工周期短。基本单元模块规格少、数量多，现场进行基础施工时，工厂可同步进行标准化的模块生产，两地并行大大提高了建造效率。

（2）结构整体性、安全性强。一体化的制造方式使建筑主体结构稳定、坚固，具有强抗风抗震的性能。

（3）具有灵活性、适应性。在进行维护和改造时，可通过更换或增减相应的预制模块，更新建筑损坏部分以及调整建筑组合形态，必要时还可灵活拆卸，异地重建[4]。

（4）绿色低碳，具有可持续性。标准化、体系化的生产方式能够减少建筑垃圾及污水的产生，各项耗能也远低于传统作业，节能环保。此外，工厂生产单元模块的材料回收率可高达60%[5]。

2 基于箱式模块建造体系的临时校舍设计策略

建筑是基于建造的艺术[6]。每种建造体系的背后都有其特定的内在逻辑，建筑设计也就必然会衍生出其相应的独特设计逻辑与设计策略[7]。与传统的建筑不同，箱式模块建筑具有建筑空间模块化、生产工艺标准化、建筑施工装配化等特性，因此更加强调设计与建造的一体化[8]。在整个建筑设计过程中，进入方案设计阶段前需先进行技术策划，待施工图设计完成后还需进行部件/部品深化设计[3]。由此可见，基于箱式模块建造体系的临时校舍设计策略，不仅需要考虑基本的场地关系、功能组织、空间布局以及立面造型，还需要兼顾与建造相关的多专业协调、部件生产、模块运输、吊装施工以及运营维护等方面，充分利用建造体系的优势，克服其局限性，扬长避短，具体包括标准化的模块设计、多样化的模块组合设计以及个性化的设计表达。

3 深圳罗湖外语初中学校（东校区）设计建造实例

深圳罗湖外语初中学校（东校区）位于莲塘罗沙公路与仙台路交汇处，是罗湖区“诺亚方舟计划”中采用箱式模块建造体系的代表性学校之一。该校舍规划占地面积4 521m2，建筑面积6 700m2，教学规模为24班初中，项目于2021年7月开始施工，同年9月正式投入使用（图1,2）。

1 鸟瞰实景

2 内部实景

3.1 场地处理

场地近似梯形，南北向长，东西向短，原本为汽车充电桩停车场，内部地势平坦，东侧高出罗湖公安局用地3.5m，西侧为仙台路与罗沙路交汇处转角绿地，南侧与城市主干道罗沙路相临并存在约3m的高差，北侧与城市次干道仙台路相接且低于道路1m，周边道路复杂，存在一定噪音影响。由于场地北侧处在地铁保护线内，施工受限，建筑与场地采用筏板基础连接，具有埋深浅、施工速度快、整体性好等优点，并能很好地抵抗地基不均匀沉降的问题。此外地面基层还做了隔振处理，有效降低地铁带来的震动和噪声。

3.2 标准化的模块设计

箱式模块建筑的空间及结构是由其功能决定的，在进行模块设计时首先要根据建筑所需功能对模块进行分类。罗湖外语学校东校区是非寄宿制初中，其主要功能空间包括教学空间、办公空间、后勤空间、交通空间以及活动空间，进而衍生出教学模块、办公模块、后勤模块、交通模块以及活动模块。在众多功能模块中，教学模块的尺寸要求最为严格，主要受限于中小学建筑设计规范及模块运输条件，因此在设计过程中优先选择确定教学模块的尺寸。罗湖外语学校东校区的箱式模块采用公路运输的方式，据道路各项运输规定，模块尺寸一般需控制在长14m、宽3.05m、高3m以内[9]，但在此范围内，模块的尺寸无法满足实际的使用需求。经多方协调后，教学模块采用箱体长宽高规格为11 580mm×4 480mm×3 600mm，在运输前由货运司机申请超限物件运输手续，并在规划运输路线中避开限高低于模块单元高度与货车平板高度之和的路段。一个教室单元由两个该规格的箱体组成，并配备了一体式装配式墙柜、集成门及集成门套等其他部品以满足其功能需求（图3）。而其他功能模块则是在教学模块的基础上选用合适的箱体规格并进行模数协调。该校区的建设最终采用了长宽高规格为11 580mm×4 480mm×3 600mm的箱式模块82个及8 080mm×4 480mm×3 600mm的箱式模块45个。

3 教学单元模块爆炸图

3.3 多样化的模块组合设计

功能组合、空间组合以及模块间连接节点的设计是模块组合设计的三个关键。功能组合即根据建筑的功能要求将不同功能模块进行组合。由于罗沙路的噪音影响及场地规模的限制，教学模块放弃了传统的南向布置，选择布置在场地北侧与东侧。办公模块则布置在场地南侧，其他教学辅助用房主要放置在西侧，建筑的四个转角处设置为卫生间、楼梯间等服务空间（图4,5）。

4 功能分区图

5 首层平面图

空间组合是指模块的放置方式，箱型模块间的基本组合方式有并列组合、错动组合、正交组合、成斜角组合等，其他复杂的组合方式都可通过这几种组合方式衍生而来[5]。实际设计中为了适应不同的需求，模块在进行空间组合时往往还会与其他结构结合使用。多样的空间组合方式能够为临时校舍营造多样性的空间，增加建筑空间的趣味性，为学生们提供更为丰富的空间体验。罗湖外语学校东校区的模块组合方式为并列组合及成斜角组合。箱式模块按用地范围围合成合院式建筑形态，这是由用地限制带来的被动选择，但却有效地形成了一种集中和向心的场所感，更符合一直被倡导的公共空间和共享空间理念（图6）。由于场地为梯形，建筑的东南角及东北角为契合场地形状采用了普通的钢结构与箱式模块连接，形成环廊的同时也为学生提供课余的活动场地，创造更多的功能复合性空间。此外，用地红线的北侧靠近天然气管道，基础无法近红线布置，因此建筑的北侧一层并未使用箱式模块，而是采用普通钢结构形成架空层，为二、三层的箱式模块提供结构支撑的同时也为学生们提供活动场地。二、三层箱式模块则向外悬挑约3m，其下设为家长等候区，为前来接送学生的家长提供避雨遮阳之处（图7,8）。场地的限制为此次的方案设计带来了挑战，也带来了空间组合的更多可能性。

6 轴测图

7 家长等候区实景

8 剖面图

连接节点的设计决定了模块之间安装的准确性，是保证建筑整体性、安全性的重要环节，同时也在一定程度上影响着建筑细部的美观。因此首先需满足其耐久性的要求，其次要考虑工人进行节点安装的施工空间及可操作性，最后需注意节点自身美学特性的展现[9]。罗湖外语学校东校区临时校舍的单元模块为整箱式钢结构模块，其角柱与梁均在工厂通过焊接完成，再整体运到现场进行拼装，模块间的连接节点设计至关重要。由于需要满足异地重建、可重复利用等要求，临时校舍的箱式模块采用高强度螺栓连接，上下层箱体通过含有定位锥的中间层连接板相连，并用大六角头摩擦型高强度螺栓固定（图9）。相邻箱式模块间的拼缝采用泡沫棒及硅酮密封胶填充，再扣上U形钢板，为加强其防水性能，在安装中间层连接板前再添加了一层防水卷材（图10）。

9 箱式模块连接示意图

10 模块拼缝防水做法

3.4 个性化的设计表达

箱式模块建筑受成本制约，模块规格数量有限，多有功能主义倾向，容易导致建筑形式、空间单一，丧失个性特征[10]。但每个项目都有其独特的设计条件，它们赋予了箱式模块建筑个性化的设计表达[11]。在箱式模块建筑设计中，灵活处理建筑与场地间的关系，体现建筑与环境的适应性，搭配组合立面要素的色彩、光影、质感、纹理是表达建筑独特性的有效手段。临时校舍的设计在实现使用功能的前提下，对建筑与环境的关系、气候适应性和校园空间的艺术性等方面进行了探索。

深圳地处亚热带季风气候区，夏季高温多雨，建筑对遮阳防水要求高。为了改善建筑的热工性能，提高其气候适应性，校舍屋顶设置了一层500mm高的通风层，四周采用穿孔铝板围合，并做了防水处理；屋面采用复合金属板材组合成坡屋面，兼具保温与防水功能。该做法有效缓解了夏季顶层屋面辐射过热现象，是针对亚热带湿热气候的一种良好回应。建筑外立面采取双层结构（图11），在箱式模块外侧另覆一层铝板外墙，并交错设计成外挑的方框形式，落水管等管线设施可藏在外层立面与箱体外墙之间。外挂铝板形成遮阳效果，以缓解东侧教学模块由于阳光直射导致的教室黑板反光等问题，同时与模块外墙间的空气层一同起到一定的隔热作用。此外，铝板明亮的色彩也丰富了建筑的立面效果，与环绕建筑周边的树木相互映衬，为校园营造出了轻松自然的氛围（图12,13）。建筑南侧毗邻罗沙公路，为了降低交通噪音，南立面设计为双层立面，在建筑外侧增加钢框架玻璃幕墙作为隔音屏障，提高了办公模块的舒适度（图14,15）。

11 外挂铝板轴测示意图

12 建筑主入口实景

13 建筑外立面实景

14 南立面隔音屏障结构示意图

15 隔音幕墙实景

3.5 实际建造

整个校舍从施工到建成仅用时2个月，模块化、标准化的设计是实现其快速建造的基础，节点设计的科学性是保证其建造质量的关键。然而从设计到实际建造仍然存在许多问题（图16,17）。一是不同材料特性的组合、施工人员素质有限、现场施工条件复杂以及施工周期短等问题带来了较大的施工误差。基础调平存在误差导致箱式模块吊装至基础时无法准确到位，连接构件变形。箱式模块吊装时，工人未按规范做法用吊装支撑架导致模块结构出现变形，拼合时存在缝隙。二是造价的限制导致BIM技术未能引入，各专业信息协同度不够。以卫生间为例，结构团队未能及时告知设计团队卫生间箱式模块与其他箱式模块的地面梁结构高度不同，导致卫生间箱式模块的地面与窗沿距离过近，易产生安全隐患。三是施工管理不流畅，箱式建造体系有其特有的构件安装顺序，但由于部分厂家无法按期交付构件，且现场管理者并未及时与其他构件生产商沟通，导致其他按期到场的构件无法及时安装，需在现场长时间存放，有限的场地条件使其出现变形损坏等问题，加大了施工难度。最终，深圳罗湖外语学校东校区虽有惊无险地按时交付使用，但建造过程仍存在多处遗憾，望此文能为日后采用箱式模块建造体系建筑的建造提供经验，避免重蹈覆辙。

16 箱体吊装

17 建造实景

4 结语

当代社会发展迅猛，“永恒”的建筑有时无法满足人们对快速、短期、突发的空间遮蔽需求，然而应运而生的“临时”建筑并不意味着人们对建筑品质要求的降低。临时校舍对于深圳发展而言是教育空间紧缺下的应急产物，但对于在这段过渡时期接受教育的孩子而言，却是他们成长的场所，环境需要得到保证。由此可见，采用高度预制化的装配式建筑并不意味着忽略空间使用者感受的盲目复制，而是要求建筑师对新技术有更深入的了解，在建造体系的基础之上，通过科学的设计策略将绿色建造、科技应用与建筑的人文性和社会性相协调，探索装配式建筑的多样性，实现其建筑空间的舒适性、适应性及艺术性。

图片来源

1,2,4−6,8−17 广州图岸建筑设计有限公司提供

3 作者自绘

7 作者自摄

项目信息

项目名称：深圳罗湖外语初中学校（东校区）

业主：深圳市罗湖区政府投资项目前期工作管理中心

建设地点：广东省深圳市罗湖区

建筑设计：广州图岸建筑设计有限公司、华南理工大学建筑设计研究院有限公司

项目负责人：朱亦民

设计团队：蒋佐、李晓雯、丘健海、任超

总建筑面积：6 700m2

设计时间：2021.01—2021.05

建成时间：2021.09