宗德新 杨青清
装配式建筑有利于节约资源、保护环境、提升品质、提高效率，促进可持续发展，是建筑行业的重要发展方向。标准化是实现装配式建筑工业化生产和快速建造的重要方法。近年来，中国大力推进装配式建筑发展，对于装配式建筑各环节各层面的关注、研究、实践进行得如火如荼，在此过程中，标准化与多样化之间的矛盾日益凸显，在尽量标准化的前提下如何实现装配式建筑的多样化成为值得研究和关注的问题。
叶浩文认为“担忧平面立面多样性不够，认为装配式建筑产品会千篇一律”是装配式建筑发展中亟待解决的七个难题之一[1]；
王狄龙认为“装配式建筑的标准化设计与人们的个性化需求存在冲突”[2]；
沈祖炎、李元齐提出“标准化是工业化建造的基础，个性化是工业化建造成败的关键”[3]。一些建筑师早在20世纪的实践过程中便关注了多样化：康拉德·沃克斯曼（Konrad Wachsmann）认为预制建筑应该从最少数量的组件、模块中获得最大的变化[4]；
哈伯瑞肯（John Habraken）认为预制建筑必须是灵活的，机械化生产不必建造统一的房屋，而是组装成无数的种类[5]。
装配式建筑的标准化设计不是完全依赖标准构件库的“机械”式组合，很难像其他工业产品一样完全采用大批量地复制性的方式生产，如何协调好标准化与多样化之间的矛盾对装配式建筑的设计提出了更高的要求。本文从建筑师的角度出发，通过对国外具有代表性建筑事务所的典型项目进行研究，对项目中的成功经验进行分析与总结，进而提出对装配式建筑的多样化设计具有普遍指导意义的设计方法。
国外相关研究聚焦到结构与技术层面的比较多，但关注“多样化设计”的相对较少。詹姆斯·巴洛（James G Barlow）、大卫·甘恩（David Michael Gann）等学者研究了日本的大规模定制房屋的产品、工艺创新以及菜单式定制的经验，甘恩强调“建筑开发商需要应对与客户选择、管理环境和场地条件相关的更大程度的灵活性”；
卡琳·桑德伯格（Karin Sandberg）提出预制木元素可实现住宅建筑立面的可持续翻新和多样化选择[6]；
萨拉（A.Sarja）将开放建筑系统与工业化结合，研究了其发展现状及方法，认为装配式建筑需要在全生命周期适应功能更改、立面更新等动态变化[7]。上述研究主要关注装配式建筑的灵活性、可变性、适应性，对于具体的、系统的多样化设计方法提及较少。
国内关于装配式建筑的多样化设计的现有研究成果主要从以下几个视角展开。王廷魁、杜长亮、崔艳秋、刘畅等从参数化、数字技术角度出发，结合BIM技术提出设计策略，以实现基于构件库与软件平台的多样化组合和方案优化[8-9]；
樊则森、刘阳、张宇、郝杰等从建筑构成要素层面出发，针对形态、立面、空间、内装的相关方面，针对性地提出了多样化设计策略[10-17]；
樊则森结合被动式建筑、绿色建筑、智能建筑等技术，研究在实现装配式建筑可持续发展的基础上凸显多样化[10]。
总的来看，现有研究已经对装配式建筑多样化设计问题提出了一些可行的策略及建议，但研究的深度和广度还显不足，还应该对此问题的研究进行深入和拓展。
针对装配式建筑发展过程中如何进行多样化设计的问题，本节中选取国外在装配式建筑领域代表性建筑设计事务所的典型案例，对其中的设计思想与方法进行分析和总结（表1）。
表1 国外代表性建筑事务所的装配式建筑多样化设计实践探索Tab.1 exploration on diversified design practice of prefabricated buildings in representative foreign architectural firms
基兰·汀布莱克事务所（Kieran Timberlake）创始者史蒂芬·基兰（Stephen Kieran）、詹姆斯·汀布莱克（James Timberlake）认为重复的外观和实体不再是预制房屋的先决条件[18]，他们追求“能根据场地条件、使用功能以及业主的要求，建造差异化、个性化的建筑”。基兰·汀布莱克事务所在西德威尔友谊中学三层翻新项目中，以开发高性能外壳为目标，希望增加绿色建筑的性能和减少废物。为平衡室内热舒适度和自然采光，在北面，预制面板没有设置遮阳，在南面设计了带有水平的铝制百叶窗，在东面和西面，设置了垂直的百叶系统阻挡清晨和傍晚太阳的方位角，最终确定20~30种不同的类型，细节都略有不同，创造了舒适的室内环境的同时赋予了建筑丰富的立面（图1）。表皮材料以再生红雪松木为主，室内装修选择高循环利用率、低挥发性的有机化合物，以及可快速再生材料，该项目还设置了集水区、创新的暖通空调系统和太阳能烟囱，其能耗比传统规范建筑低60%。该建筑将“可持续”贯穿始终，以此为出发点给建筑赋予了独特性。
图1 西德威尔友谊中学Fig.1 Sidwell Friends Middle School
巴尔科夫·赖宾格事务所（Barkow Leibinger）在德国柏林中央火车站附近先后完成道达尔德国总部大厦（Tour Total）与蒙奈办公大楼（Monnet 4）。道达尔德国总部大厦（图2a）共18层，其弯曲折叠后的体积被白色预制混凝土外墙覆盖，该表皮由1 395个独特的多面立体雕塑化预制混凝土构件单元组成，生产工艺精美，安装精确。立面构件使得整个立面富有层次感十足的光影变化，看上去活泼、干净、精致，且赋予室内均质的光照和开阔的视野。该建筑将普通的建筑材料通过精细化设计加工，完美细致地展现了装配式建筑表皮的工艺之美。蒙奈办公大楼（图2b）共6层，同样覆盖着浮雕般的表皮，不过是木质的，其多面外观源于一个不对称的基本模块，以微小的变化和旋转产生了多种组件，这些组件组合在一起产生了像纺织品一样柔软波动的外观效果。二层以上主要作为办公空间，其中的模块化隔断允许根据使用需要的变化灵活地布置为开放式空间或划分为小隔间。
图2 德国柏林道达尔德国总部大厦与蒙奈办公大楼Fig.2 Tour Total and Monnet 4, Berlin, Germany
地方建筑事务所（Local Architecture）设计的位于瑞士洛桑市中心城区的弗隆酒店（Flon）（图3），平面上以独立客房为基础单元，外墙采用重复的预制混凝土板单元体，建筑立面玻璃窗在外壁表面形成了褶皱状的凹痕，窗户的非矩形轮廓、窗户过梁和饰面墙构成了完整、简单的几何图案单元，每个预制单元相似却并不完全相同。该建筑所用预制构件的形式都较为简单，且种类和数量都比较少，却通过构件组合表现出韵律感，虚实得当，创造出了大气、干净、稳重感，在建筑群中显得特别瞩目。
图3 弗隆酒店Fig.3 Flon Hotel
FJMT事务所设计的阿纳达拉大楼（Anadara）以地、水、天为象征，北侧利用醒目的白色曲线，创造了富有表现力的有机形式——“云”（图4）。“云”的弯曲形式是通过固定和可操作的穿孔屏幕单元创建，这些屏幕可以沿着柔和的曲线滑动，根据各时段采光需求不同形成变化的表皮效果。公寓南侧部分利用了可以滑动的赤陶土彩色遮阳幕墙构件，与北侧一同创造了随机变换的建筑表皮效果，提供了良好的海滨眺望视野。
图4 阿纳达拉大楼Fig.4 Anadara Building
新加坡WOHA事务所设计的樟宜机场皇冠假日酒店扩建二期工程（图5），共10层，243套客房，外幕墙采用预制的方式，客房部分用竖向构件包裹整个体量，并且在竖向构件之间结合了立体绿化，仿佛穿上了用绿色点缀的瀑布般的外衣。每个套房单元都是一个完整的产品，内装采用与酒店城市度假主题相联系的材料，细节精致，体现了新加坡的特色——热带、亚洲、多元文化、热情而又国际化、高效而时尚。在运往新加坡之前，房间地毯、瓷砖和酒店房间里的所有其他固定装置与模块箱体一同生产完成，然后运输至现场像乐高积木一样堆叠而成为建筑整体。
图5 新加坡樟宜机场皇冠假日酒店扩建二期Fig.5 Crowne Plaza Singapore Changi Airport expansion phase II
通过对这些经典案例的解析可以看出，装配式建筑的多样化设计主要关注点在于：把控建筑的材料、细节、工艺、技术；
实现建筑模块和构件的少规格多组合；
创造建筑的灵活可变性；
重视建筑的可持续发展。这些设计方法体现在了建筑形态、立面、空间、内装等几个方面，为建筑赋予了个性化特征。
本节中将对装配式建筑从形体、表皮、空间和内装几方面进行多样化设计的具体方法展开研究和探讨。
4.1 形体的多样化设计
4.1.1 模块单元的多种组合
装配式建筑多以具有自相似性的单元模块通过迭代堆积生成。装配式建筑现状之所以大部分外观死板，很大程度上是局限在了直上直下单一堆叠的设计思维里。为了突破这一局限，可将单元模块的组合方式分成规则和随机两种形式。规则组合，即是在组合规律一定的情况下，尺寸上做开间进深模数协调，在立面上组合出微差变化的凹凸序列，创造具有韵律感和秩序感的阴影效果，增加虚实对比，如斯德哥尔摩大楼，通过凹进的户外空间和凸出的起居室，形成了丰富的立面纹理（图6a）；
随机组合，即是在尺寸一定或相似的情况下，作参差错落的随机堆叠，打破传统均衡美学法则，让建筑有种自组织的无限生长性和张力感，形成活泼灵动的形体效果，如1967年蒙特利尔世界博览会栖所67项目（Habitat67），所有住宅单元都是预制模块，通过随机组合的方式创造出错落有致的建筑形体（图6b）。
图6 模块单元的多种组合Fig.6 multiple combinations of modules
4.1.2 模块单元的多种类型
库尔曼建筑公司（Kullman Buildings Corp.）指出，建筑师经常问他们一个问题：“模块化必须方形吗？”[19]传统的预制模块一般以方形盒子居多，虽然方形盒子在生产、运输、施工上具有一定的优势，但是同样也很容易做出雷同的产品。若大胆尝试其它模块类型，如三角模块、六边形蜂窝模块等，将会给装配式建筑的多样化塑造找到一个非常好的突破口。如普雷希特事务所（Precht Studio）三角形模块+垂直农场概念设计，该建筑系统可根据居住和农业需求，选择模块通过不同的排列组合创造出一系列具有一定灵活性的空间布局（图7）。
图7 “三角形模块+垂直农场”模块系统Fig.7 “vertical farm in the city” modular system
4.1.3 形体与环境的呼应
建筑与环境的关系常采用对比或融合两种方法来处理。对比指的是建筑为了从环境里强调出来，与环境的互动不强烈。融合，一是指对地形地貌的融合，建筑形态尽量较少对原始地形地貌的破坏；
二是将环境引入建筑，应对周边建筑现状、自然环境等考虑景观视线、光照、通风等需求塑造独特的建筑形态，如利用架空、退台等方式创造开敞空间，削弱界面，与环境产生互动的同时创造出活泼的建筑形体。
4.2 表皮的多样化设计
建筑表皮是建筑展现在人们面前的第一张名片，装配式建筑表皮需要兼具功能性、整体性、技术性、文化性、美观性考虑，并遵循模块化、标准化、系列化、组合多样化的设计原则，预制表皮构件主要包含外墙板、门窗、外遮阳、阳台及屋顶等。
4.2.1 预制外墙板的多样化设计
预制外墙板的多样化设计可以通过模数协调（图8a）利用不同饰面材料外墙构件的不同基本物理属性（色彩、质感、肌理）的组合对比设计（图8b）；
或是利用同种材料外墙构件的分格、拼接肌理来达到特有的视觉效果（图8c）；
除了利用材质的原始肌理之外，还可对材料进行二次加工，例如金属板穿孔、石材反打工艺等。在采光、通风、窗墙比等控制条件下，结合门窗洞口、阳台、遮阳等构件进行有规律的组织排列，使外墙板系统呈现出渐变、发散、重复、近似、变异、聚集、对比等肌理逻辑特征。
图8 基于模数协调表达材质的基本物理属性Fig.8 expressing the basic physical properties of materials based on modulus coordination
4.2.2 预制窗洞的多样化设计
预制窗洞的洞口尺寸和位置需要根据内部空间功能需要，考虑热舒适性、采光、通风等来确定，结合预制外墙板整体考虑；
灵活利用窗洞的形状和玻璃本身的颜色、透明度、光泽度等的不同，以及窗洞口本身的内凹进深和两侧墙体倾斜角度的变化，也可附加遮阳设施，实现保温、隔热、通风、遮阳一体。立面窗洞应成组布置，形成完整的立面序列构图，通过渐变、突变、均质、发散、对比、随机等组织手法来创造立面主要视觉特征。
4.2.3 预制外遮阳的多样化设计
外遮阳设计要同时兼具艺术美感、实用功能（遮阳、隔声、通风组织、视线组织等）、技术创新（应对气候变化智能可调节）。采取建筑构件自遮阳时，可考虑调节窗洞口尺寸和内凹进深，或采用阳台自遮阳；
采用设施遮阳时，应主要考虑活动式遮阳，如百叶式、折板式活动遮阳，可实时调节应对环境的变化，满足当下的需求；
还可以结合光伏板和立体绿化等技术。将外遮阳作为表皮艺术考虑时，从点到线到面再到体，外遮阳在整体把控组织设计的情况下，可赋予建筑表面丰富的光影感、韵律感、虚实感，为建筑穿上多样化的外衣。为了营造低能耗、高舒适人居环境，应推动智能化控制技术，动态调节室内光热舒适性能与通风[20]，并在外观上呈现动态、随机的表皮效果。
4.2.4 预制阳台的多样化设计
阳台可以进行进深和开间上的模数协调，在立面上形成凹凸变化；
将阳台构件基本形态作为设计要点之一，可设计成弧形、三角形、矩形等，亦可根据各项功能需要结合空中花园、立体农场、太阳能板、活动遮阳等绿色手段。当阳台被作为基本单元营造表皮艺术效果的时候，要注重其色彩、材质、形式的组合，把控好整体序列，遵循一定的生成原则，连续、错位、随机、渐变、突变等，创造出丰富的立面光影虚实效果。
4.2.5 预制屋顶的多样化设计
屋顶作为建筑的第五立面，其多样化设计不管对建筑单体的形象还是城市整体的形象，都很重要。简单的坡屋面可通过改变材料的色彩、质感、拼接肌理等实现多样化，可在其上设置光伏板或设计成绿化屋面，平屋顶可通过退台、增加虚实构架等方式进行艺术化处理；
复杂的异形屋面，可以通过参数化设计得到数据信息模型，帮助设计和建造，在材料选择上可大胆创新，且通过切割、弯曲等工艺创造多种外观效果。
4.3 功能空间的多样化设计
4.3.1 设计可变的弹性空间
建筑在世界各地因气候和文化的不同而不同，但舒适性的问题是持续存在的[21]，建筑物的设计和建造必须长期满足其所有者和居住者的使用需求[22]，以实现其最佳性能。在设计之初就应考虑其生命周期中的可持续性，让使用空间在功能更迭环节适应使用者当下的生活习惯、经济水平、审美差异、家庭结构等的变化，强调适应性与可变性。建筑应采取结构主体与内装、设备独立开来的建筑体系，削弱支撑体等不可变体对内分隔墙体系等可变体的不利影响，为多样化的变化活动提供未定义的、模糊的、可生长的弹性空间，利用可移动、拆卸的墙体，以及可供滑动、旋转或折叠的可移动部件重新配置空间（在此过程中要注意组件的可拆卸、可更换设计以及组件、材料的可回收与再利用）。
以可变隔墙为例，通过改变灵活隔墙的位置，可以在不增加建筑面积、不改变建筑主体结构的前提下调整功能空间的大小配比，实现功能空间的拆分、合并，提供多样化的使用环境。灵活隔墙的自由度决定了空间发挥可变性的弹性能力，从单体建筑层面，结构框架是影响隔墙自由度的最大的控制因素，包括结构框架的规整程度及结构体系类型，当聚焦到户内的空间分隔，不可变或难变墙体的开窗、开门方式及位置等要素，同样会影响隔墙自由度（图9）。
图9 影响可变隔墙自由度的控制因素Fig.9 control factors affecting the degree of freedom of variable partition wall
4.3.2 开发模块化功能单元的系列化组合
模块化设计是一种系统的设计方法，即是用具有特定功能的单元模块作为构件基块，用有限的标准模块实现无限的2D（平面）系列组合及无限的3D（形体、立面、空间）系列组合与生长，产生不同功能、不等规模、不同性能的多样化的建筑方案，适应特定的使用功能需求以及场地条件。在此过程中，充分利用装配式建筑集成化、模块化的特点对各个功能模块进行集成，提高建设效率和建设质量[23]。
标准模块的定义根据形成的目的产品有所不同，以住宅建筑为例（表2），标准化模块可小至标准化部品模块，大至卫生间、厨房、卧室等标准化功能空间模块，再拓展至多种标准户型模块，组合成系列楼栋平面。以整体卫浴为例，可以通过卫生间标准化功能模块单元（洗漱区、如厕区、淋浴区等）实现系列化的平面组合，以满足不同的户型平面及多样化的使用需求（图10）。
表2 标准模块层级及目的产品Tab.2 standard module level and target products
图10 卫生间标准化功能模块与系列化组合平面Fig.10 standardized functional module and serialized combination plane of toilet
4.4 内装的多样化设计
4.4.1 注重部品部件的细节设计
决定室内装修品质的高低往往在于其细节设计及工艺处理，需要细致入微的考量以及个性化的创意。细节设计需要表达文化内涵，将文化转译为颜色、图案、材料、线条等运用于装修，为不同的业主塑造特定的文化氛围；
细节设计需要展现风格，即各装修局部需要与整体风格定位相协调，在色彩搭配、材料选择、制作工艺、部件形态等每个方面都细细考究，繁简适度，虚实得当，实用美观；
细节设计需要体现人性化，以使用者的身体状况、生活习惯、个人爱好等信息作为设计的基础。
4.4.2 实现部品部件的菜单式定制
内装多样化设计的目的在于满足不同人群的个性、艺术、生活品质等个人需求，实现这一目的关键在于定制化设计，让业主参与其中。定制化要在标准化模数化的控制之下执行，实现系列化通用化从而实现成本控制和质量控制。
菜单式定制装修模式即是对不同的装修部位提供了可供选择的预制部品部件样式及材料范围，注明材料质地、颜色、尺寸、性能、价格等信息，业主可以根据自己的喜好选择进而进行不同的组合，通过比选确定装修方案。
发展装配式建筑需要全行业的协同和创新，建筑设计在装配式建筑产业链中发挥着重要的作用，在强调“标准化设计”的同时还应当充分重视装配式建筑的“多样化设计”。论文通过分析装配式建筑多样化典型案例，从装配式建筑形体、表皮、空间、内装四个方面展开对多样化设计方法的探讨，推动标准化与多样化的有机结合，满足使用者的个性化需求，希望能为促进装配式建筑的高水平发展产生积极的作用。
图表来源：
图1：TIMBERLAKE K.Sidwell Friends Middle School[EB/OL].(2010-07-22)[2022-11-21].https://kierantimberlake.com/page/stewart-middleschool.
图2：Johannes Foerster, Robert Mehl, Philipp Meuser, Christian Richters, Corinne Rose拍摄
图3：Matthieu Gafsou拍摄
图4：John Gollings, Brett Boardman, Rose Repetti, Andrew Chung拍摄
图5：房谷网.新加坡樟宜机场皇冠假日酒店扩建二期工程[EB/OL].(2016-06-24)[2022-11-21].https://mp.weixin.qq.com/s/TC5vtf7wtDr7CS00eVXFNw.
图6a：Laurian Ghinitoiu拍摄
图6b：Jade Doskow拍摄
图7：BALDWIN E.Precht Designs Timber Skyscrapers with Modular Homes and Vertical Farming[EB/OL].(2019-02-25)[2022-11-21].https://www.archdaily.com/912058/precht.
图8-10：作者绘制
表1-2：作者绘制
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