低碳背景下模块化建筑设计的应用研究

摘要：随着全球气候变化问题日益严峻，低碳发展已成为国际社会共同追求的目标。建筑行业作为能源消耗和碳排放的主要领域之一，其低碳转型亦刻不容缓。其中，模块化建筑设计是一种创新的建筑方法，凭借其在资源节约、环境污染减少、建筑生命周期内的灵活性等方面的优势，如今已成为实现建筑领域低碳发展目标的有效途径。从模块化建筑设计的低碳价值及其发展现状出发，分析模块化建筑设计原则，进而结合具体案例探讨低碳背景下模块化建筑设计的应用。

关键词：模块化建筑设计"低碳"装配式建筑"能源消耗"碳排放

Application"Research"on"Modular"Building"Design"Under"Low"Carbon"Background

JIANG"Guanghan

Guangdong"Jianke"Architectural"Design"Institute"Co.，"Ltd.，"Guangzhou，"Guangdong"Province，"501010"China

Abstract："With"the"increasingly"serious"problem"of"global"climate"change，"low-carbon"development"has"become"a"common"goal"pursued"by"the"international"community."As"one"of"the"major"areas"of"energy"consumption"and"carbon"emissions，"the"low-carbon"transformation"of"the"construction"industrynbsp;is"also"urgent."Among"them，"modular"building"design"is"an"innovative"construction"method"that"has"become"an"effective"way"to"achieve"low-carbon"development"goals"in"the"field"of"architecture，with"its"advantages"in"resource"conservation，"environmental"pollution"reduction"and"flexibility"throughout"the"building"lifecycle，"and"has"become"an"effective"way"to"achieve"low-carbon"development"goals"in"the"construction"sector."This"paper"starts"from"the"low-carbon"value"of"modular"building"design"and"its"development"status，"analyzes"the"principles"of"modular"building"design，"and"then"discusses"the"application"of"modular"building"design"under"the"background"of"low"carbon"combined"with"specific"cases.

Key"Words："Modular"architectural"design;"Low"carbon;"Prefabricated"buildings;"Energy"consumption;"Carbon"emission

在建筑领域，模块化建筑作为一种新兴的建造方式，因其低碳特性、高效施工和灵活设计等优势，正逐渐成为推动建筑业低碳转型的重要力量。近年来，模块化建筑设计在全球范围内得到了快速发展，其市场规模和技术水平均取得了显著进步。在欧美国家，模块化建筑技术已经相对成熟，并广泛应用于住宅、商业、医疗等多个领域。在国内，模块化建筑市场规模持续扩大，装配式建筑面积占比逐年提升。然而，尽管模块化建筑在低碳环保方面具有显著优势，但其设计、施工和维护等方面仍存在诸多挑战和问题。因此，深入研究模块化建筑的低碳特性，并对其设计原则、方法及具体应用等进行探索，有助于进一步挖掘其节能减排的潜力，为建筑业的可持续发展提供科学依据和技术支持。

1"模块化建筑设计的低碳价值

模块化建筑设计是一种创新的建筑方法，其对实现低碳发展目标具有重要意义。这种设计思路强调将建筑物分解为多个独立的、可重复使用的模块单元，并在工厂环境中预制，从而大大减少了现场施工带来的资源浪费和环境污染。模块化建筑通过标准化生产，可以提高材料利用率，减少废料产生，同时因为预制件在受控环境下制作，能够更好地保证产品质量，降低后期维护成本[1]。

此外，模块化建筑的灵活性允许建筑物根据需求的变化进行扩展或缩减，这意味着在建筑物的整个生命周期内，可以通过重新配置而非拆除重建来适应不同的使用功能，从而延长建筑使用寿命，减少不必要的建筑材料消耗。更重要地，模块化建筑易于拆卸和搬迁的特点使建筑组件可以被循环利用，降低了资源的总体消耗。而在能源效率方面，模块化建筑设计往往会整合太阳能板、雨水回收系统等绿色建材和技术，以进一步减少碳排放。

2"国内外模块化建筑设计的发展现状

近年来，模块化建筑设计在全球范围内得到了快速发展，尤其在欧美国家和中国等地表现得尤为突出。美国、英国、日本等国的模块化建筑技术已经相对成熟，并广泛应用在住宅、商业、医疗等多个领域。

在国内，模块化建筑同样受到政府的大力推广和支持。据住建部公布的数据，到2020年全国新开工装配式建筑面积已达630，000，000"m2，而在2021年，这一数字继续扩大，预计到2025年，大部分省市的装配式建筑面积占比将达到30%以上，部分地区甚至要求达到50%，天津、上海等地更是要求全部实施装配式建筑[3]。2022年，中国模块化建筑市场规模约8"040.98亿元人民币，且预计到2028年市场规模将超过1万亿元人民币[2]。

国内以万科为代表的房地产开发商已经开始大量采用模块化建筑技术，保障性住房领域也大量应用了装配式建筑技术，提高了住房建设的效率和质量，取得了良好的社会效益和经济效益。

随着技术的进步和市场需求的增长，预计未来模块化建筑设计将继续向着更加智能化、数字化和自动化的方向发展，同时也将更加注重可持续性和环保，推广绿色建筑材料和能源利用方式，从而更好地服务于低碳环保的目标。

3低碳背景下模块化建筑设计原则

3.1标准化和规范化

模块化建筑设计强调标准化和规范化，即在设计过程中应遵循统一的技术标准和规范，确保各个模块具备一致的接口和尺寸，从而实现不同模块之间的无缝对接与互换性[4]。这种标准化极大地便利了模块的批量生产和现场快速组装，显著提高了建筑施工的效率和质量，同时降低了成本，缩短了建设周期。

3.2注重功能性和可扩展性

注重功能性和可扩展性即要求在设计之初就要考虑到建筑未来可能面临的不同使用需求和扩展潜力。通过灵活的模块组合与搭配，不但可以根据不同阶段的实际需求快速调整空间布局，还能在必要时轻松增添新的功能模块，以适应环境或业务的变化。这种设计思路极大增强了建筑的适应性和灵活性，还为其长远发展提供了坚实的基础，确保了投资的有效性和建筑生命周期内的持续价值。

3.3可持续性和环保性

模块化建筑设计的可持续性和环保性体现在多个方面。首先，应选用环保材料和先进的节能技术，以减少建筑能耗和对环境的负面影响。其次，模块化建筑的预制特性允许在工厂环境中进行高精度加工，减少了施工现场的废物产生，也有助于控制污染。最后，模块的可重复使用性和灵活性要求建筑部件可以在不同项目间流转使用，从而大幅度减少建筑废弃物的产生，减轻环境负担。

3.4空间集约

空间集约要求模块化建筑设计必须最大限度地优化土地资源和空间利用效率，通过紧凑而合理的设计方案，实现区域内功能的完善与集成[5]。遵循该设计原则，可以减少不必要的空间浪费，还能通过灵活的模块组合，实现功能区域的高效布局与衔接，从而在有限的空间内提供更多样化的使用功能。例如：通过垂直空间的开发利用，可以在不增加占地面积的前提下增加建筑面积，有效提升土地利用价值。

4"模块化建筑设计的应用案例分析

4.1项目概况

某学院实训楼坐落于广东省清远市，占地面积7"660"m2，总建筑面积达37"309"m2，建筑共5层，首层层高5.5"m，2～5层层高4.2"m，主要功能为实训教学，建筑外观新颖大气，与周边山水相映成趣，极具岭南庭院特色。该项目设计充分考虑了公共建筑特有的可持续发展特征，将其视为一个有机体，强调建筑的持续进化和发展。同时，在低碳目标下，采用模块化设计理念，使实训楼具备高度的环境适应性，且能够在使用过程中根据不同科目的实训需求灵活调整，展现了极佳的功能可拓展性和空间生长性。

4.2模块化设计方法

4.2.1总体布局设计

本项目设计方案采用模块化布局，以灵活应对不规则用地。设计核心由4个单体建筑通过“U”字型连廊连接，设有6个产教融合实训中心，构建高效的实训教学体系。“U”字型空间形成了两组功能庭院，提供宁静的休憩和交流空间。此布局不仅拓宽了室外视野，还优化了室内空气质量，助力节能减排。

4.2.2模块化功能布局设计

首层为入口大堂、实训室及配套用房，配置高大空间需求的大型实训室，2～5层为实训室。平面为4个规则的矩形组合成一个U形的形状。设备管井和卫生间沿竖向交通布置在矩形平面的东、西两侧，各层主要功能用房集中布置在中部南、北两侧，功能分区明确，流线顺畅合理。

柱子采用10"m为基准跨度，每个10"m跨度的柱网组合作为基本模块。每个单元均采用模块化设计，确保空间布局的高效性和灵活性。标准模块基于2个10"m跨度的柱网构建而成，基本模块则扩展至3个1"m跨度的柱网组合，为实训提供了稳固的空间基础（如图1所示）。这种模块化设计不仅优化了辅助用房、楼梯及卫生间的布置，使其紧邻实训主要功能单元，确保了使用流线的顺畅与高效性，还赋予了空间极大的灵活性。此外，基本模块可以灵活扩展，形成大面积实训空间，适用于不同规模的实训室。

模块之间的组合方式也极为灵活，无论是线性排列，还是环状连接，都能够满足功能区域的灵活划分需求，体现了设计的前瞻性和适应性。在墙体设计方面，同样强调灵活性，为未来可能出现的功能调整预留了足够空间，保证了建筑的长期适应能力。

在具体设计中，设计团队为模块化的平面布局创建了一个串联的交通网络，使得各种功能需求能够灵活组合，在处理复杂功能需求与用地限制的同时，设计还融合了当地的生活场景元素，创造出一个既专业又充满生活气息的实训教学环境。

4.2.3模块化外立面设计

实训楼的模块化建筑设计呈现出一种简约而现代的风格，其外观设计追求自然与传统文化的和谐、统一。在塑造建筑形象的过程中，设计团队巧妙地运用了“学院文化、尺度灵活变换”等策略，基于简洁而精致的形体布局与模块化设计语言，赋予建筑一种独特的韵律美感。这种美感不仅突显了建筑的独特标识性，更深刻地传递了学院“求是、笃实、创新、立业”的校园文化。

整体形态方面，遵循职地区的风貌要求，主要教育建筑风格以现代岭南为主，通过建筑群体的组合，形成具有书院气息的活泼通透的建筑风格，并注重自然通风和采光。色彩以红色系为主，白、灰为辅，形成三段式设计，营造静谧又不失活泼的书院式整体意向（如图2所示）。

基于统一模块的规律性排列，外墙主要采用极具文化感染力的红色条形外墙砖、白色外墙漆和通透的玻璃窗，形成鲜明对比。红色外墙砖的文化底蕴与稳重、白色外墙漆的灵动与玻璃的透明感三者相结合，完美演绎了“学院文化之美”的设计理念。建筑的外观设计与功能模块化布局紧密结合，构件的尺寸与材质的选用严格遵循模数化原则。模块化的设计元素也强化了建筑平面特征在立面上的表现，赋予了立面丰富的变化与统一的秩序感。

5结语

综上所述，模块化建筑设计在低碳背景下的应用有助于提高建筑行业的可持续性，同时实现资源的高效利用与环境影响的最小化。而上述案例的成功实践表明，模块化设计能够大幅度提升建筑的灵活性和适应性，同时在保证功能需求的前提下，通过优化空间布局与采用绿色建材技术，有效推进了建筑领域的节能减排目标，为未来低碳建筑的发展提供了有益借鉴。

参考文献

[1]侯兆新，龚超，陈金林，等.全预制装配模块化建筑及其结构设计策略[J].钢结构（中英文），2023，38（10）：49-58.

[2]殷广庆.模块化建筑的结构设计与BIM技术应用研究[J].当代化工研究，2021（5）：94-95.

[3]刘杰，顾容竹，胡雨辰.现代木构建筑工业生产的设计实践：以木结构模块化集成建筑为例[J].建筑学报，2024（4）：78-84.

[4]袁凡.基于传统建筑文化的居住区改造设计[J].设计，2023，36（11）：2.

[5]何泉，石翠莹，黄炜.低能耗装配式建筑外墙设计研究综述[J].建筑节能（中英文），2023，51（3）：30-36.