模块化建筑设计论文

2022-04-18

摘要针对如何保障建筑硬件资源的持续活力，提出模块化策略在“时间”和“空间”双重维度上的可持续性效应，进而探讨模块化策略在建筑可持续性设计中的应用方法。下面是小编为大家整理的《模块化建筑设计论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

模块化建筑设计论文篇1：

模块化建筑设计研究

摘要：模块化结构作为一种适用于高层建筑的新型建筑工业化模式，具有设计灵活、低碳节能、回收利用率高、快速建造施工、质量保证、抗震性能好的优点。其在国外已经成功应用于各种类型的建筑，如果将该项技术在我国成功应用，将有利于我国的建筑工业化和绿色建筑的发展，因此本文结合国内外现有的模块化技术，针对模块化建筑的性能开展研究，

关键词：模块化；结构；建筑；

1 引言

随着城市建设高速发展和城镇化逐步推进，我国的建筑行业进入了一个高速发展的时期。然而，随之而来的建筑能耗和环境污染问题也越来越受到人们的关注。据统计“十二五”期间我国城镇化将到达 50%以上，城市和乡镇将会兴建大量住宅和公共建筑，在住宅建设中传统的砌体结构和钢筋混凝土结构将会占到 98%以上，其将会消耗大量的农民工，并且其劳动强度大、技术水平低，会造成未来招工难和建筑质量得不到保障方面的问题。同时由于钢筋混凝土结构的兴建每年大约消耗水泥 15 亿吨左右，约占全世界的 1/2，其中每生产 1 吨水泥将消耗 150kg 标准煤，总计将消耗大约 2.25 亿吨标准煤，排放数亿吨 CO2温室气体，还会给城市带来大量的PM2.5，造成严重的环境污染和资源浪费。因此，寻求一种既能适应国民经济高速发展的节奏，又能满足国家可持续发展的要求的新型结构体系和建造方式成为了业界的一个共识，同时也是国家建筑业转型升级政策的迫切需求。

2 模块化建筑的类型

模块化建筑是指运用模块化的思想去设计和建造建筑，将建筑整体分解成不同的模块，然后在工厂预制好后运到建筑现场像“搭积木”一样组装而成，或者与其它现浇构件组成的建筑物。模块作为模块化建筑的最基本的单元，其单元的形式和设计是建筑项目成功的关键，这些模块可以是一个柱、一面墙这样的小模块，或者是由一个房间或者几个房间构大模块，也可以使包括水电、装修的集成模块，随着建筑工行化的发展，按照模块化的形式和材料主要分为装配式结构、混凝土盒子、钢结构盒子、集装箱盒子四种类型的模块化建筑。

2.1装配式结构。

装配式结构包括采用预制混凝土叠合梁、叠合柱、叠合楼板、预制内外墙体、楼梯等组成的预制装配式混凝土结构建筑，也包括采用钢柱、钢梁、组合楼板、轻型预制复合墙体等组成的装配式钢结构建筑，是我国最先发展的模块化结构形式。其主要特点是建筑的基本构件采用模块化设计，在工厂预制好后运输至现场进行组装，属于一种较小单元的模块。该种结构形式相对于传统的结构可以节省施工工期40%～50%，劳动力30%～40%，施工垃圾80%，钢材损耗80%，混凝土损耗60%，木材损耗80%，并且将大量减少现场施工的噪音污染和粉尘污染。但由于模块的体积比较小、所需的模块的数量较多，构件的接缝较多，易造成装配程序的复杂性，接缝处理不好将会影响整个结构质量和整体性能，同时其建筑的装修和设备安装工作不能在工厂完成，需等建筑物组装完成才能进行等方面的问题。

3 混凝土盒子结构

钢筋混凝土盒子建筑体系的主要承重构件都采用钢筋混凝土预制而成，墙体采用轻质复合材料，盒子构件在工厂完成内部装修和设备安装，运到现场进行组装形成房屋。盒子作为一个模块既起到了结构单元的作用同时也起到了空间单元的作用，其预制程度可以到达90%以上，每层盒子的吊装只需2～3天，而普通框架从支模到脱模至少需要两周，因此其施工工期可缩短60%左右，并且施工受环境的影响较小，由于混凝土盒子是一次整浇成型，因此其整体性能相对比较好。该种建筑模式相对于钢结构具有高强、耐磨（摩擦）、防撞击、抗老化、耐高温、防火或耐候性等性价比优良的基本特性，但由于混凝土结构一般比较重，所以其盒子的大小以及建筑高度将会受到限制，一般只适用于中低层建筑。

4 集装箱盒子结构

集装箱盒子建筑体系是将集装箱为基本模块组装成房屋，主要由集装箱单元和附加构件構成，附加构件包括门窗、阳台、屋顶、楼梯等，集装箱可以为废弃的集装箱也可以为特别定制的按照用户需求进行改造设计，形成不同的生活空间例如厨卫、卧室、客厅等。具有建造迅速、运输方便、对周围环境影响小、安全性能好的特点，同时集装箱房屋也是将废弃的集装箱进行回收利用，不仅延长了其使用寿命，同时也丰富了城市的建筑形态。但由于集装箱的强度和耐久性方面的限制，其主要适用于一些临时建筑和中低层建筑。

5 钢结构盒子结构

钢结构盒子建筑体系的主要承重构件采用钢材制成，墙体和混凝土结构盒子一样采用轻质复合材料，该种模式具有重量轻便于运输和吊装、预制化程度高，现场只需吊装和组装工作可以提高施工效率和缩短工期，可回收利用率高，同时钢结构具有良好的抗震性能和建筑立面表现效果，可以做到高层和超高层，但钢结构的耐腐蚀和防护性能比较差，这方面将会造成其造价一定程度的提高。可以说钢结构盒子结构是目前发展最快的一种模块化结构形式。根据运输、吊装、使用功能条件的限制盒子结构的尺寸一般为长4～6米，宽2.2～3.6米，高2.7～2.8米，重 10 吨左右，盒子根据其承载的不同分为承载盒子和非承载盒子，根据制作方法分为拼装式和整筑式。

6 结语

模块化钢结构建筑是指将复杂的建筑结构进行分解，并在工厂预制成相应的构件后将其组合成模块，现场将模块组装成所需的建筑体型的一种建筑模式，其中最具有代表性的是盒子建筑。工厂预制的模块化盒子内的一切设备、管线、装修、固定家具、外立面装修等都在工厂装配完成，后将这箱形的整体构件运至施工现场，像“搭建积木”一样拼装在一起，或与其他预制构件及现制构件相结合建成房屋。钢结构模块化在设计、施工、管理整个过程中相对于传统结构都具有其突出的优点。

参考文献

[1] 薛莎莎.模块化思想在现代住宅设计中的运用[D].北京建筑大学，2013.

[2] 胡晓.基于模块化设计的钢框架结构抗震性能研究[D].西南交通大学.2013.

[3] 谷洁辉，苏联盒子建筑发展概况[J].建筑技术，1984.12.

作者简介：姓名，牟旺（1993-至今），性别男民族土家籍贯湖北学历本科职称，研究方向建筑学

作者：牟旺罗双胡芳

模块化建筑设计论文篇2：

可持续性视角下模块化策略在建筑设计中的应用

摘要针对如何保障建筑硬件资源的持续活力，提出模块化策略在“时间”和“空间”双重维度上的可持续性效应，进而探讨模块化策略在建筑可持续性设计中的应用方法。

关键词可持续模块化设计策略

0 前言

建筑生产活动中，在有限资源的前提下争取持久发展势在必行，因为建筑生产活动要耗费大量的人力、物力，一旦出现问题就会造成建筑的闲置和资源的浪费。此外，当旧建筑无法适应新时代的使用需求时也会遭遇闲置。模块化策略作为一种成熟的设计和生产方法，已在制造业领域广泛应用，诸多建筑师也探讨了如何应用其引领建筑生产使之适应于现代工业体系。模块化设计中利用拆分与组合的方式来整合多功能、多需求的思想体现了可持续的理念，将其应用于建筑设计中会成为有效解决“存量建筑”问题的一种可能途径。

1 模块化相关概念简介

1.1 模块

模块（module）的概念起源于20世纪初德国的工业生产，20世纪中叶被广泛接受和认同，进而发展出相关的一系列理论。至今关于模块较为普遍的的定义是：“模块，是可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的、通用的独立单元。”

1.2 模块化

哈佛大学教授Baldwin和Clark将“模块化”的核心概括为“将相对小的、可以独立进行功能设计的系统组建成一个复杂产品或流程”的过程。由此可见，“模块化”是运用系统论的观点，针对复杂问题拆解成若干子系统后，再针对子系统分别进行操作的系统理论。“模块化”包括“模块分解化”与“模块集中化”两个过程。

1.3 建筑模块化

建筑模块化，是指运用模块化的策略来进行建筑设计和生产的方法。具体来说，就是将建筑这一复合了多专业的复杂整体拆分为具有一定标准性和功能性的模块，以模块为单元进行设计和生产，进而通过模块单元的组合和拼接最终完成建筑整体生产的过程。

2 建筑模块化的四项可持续性原则

（1）模块化策略的核心在于通过设置模块这一中间层次将整个过程化繁为简，以达到有效缩短建筑工程设计和建造周期的目标，这是对社会资源的集约利用，体现了资源保护原则。

（2）模块具备三大体系特征，即独立性、互换性和通用性。作为构建整个系统的单个部件，建筑模块应具有独立编辑、即时更新、拆分后重新组装和替换的多种可能性。模块化建筑有利于建筑材料的循环利用，体现了资源再利用的原则。

（3）一旦模块化建筑的部件作为一种标准化形式得到广泛应用，不仅完善了建筑的全生命周期，还能够将建筑生产对环境产生的负面影响降到最低，体现了保护自然原则。

（4）模块化建筑的生产方式能将工厂化预制生产引入建筑生产流程，利用模块化的建筑方式提升建筑的质量和品质，延长建筑使用寿命和建筑的全生命周期，从而减少建筑在单位时间内的平均消耗，具有可持续性的意义，体现了质量原则。

3 建筑模块化应用方法的可持续性原则体现

总体来说，模块化的本质就在于模块的分解和组合，建筑模块化的应用方法主要分为两个阶段：首先，需要根据一定的市场需要和设计目的来确定模块划分的规则；然后，将划分好的模块按照一定的组织方法组合成一个整体（图1）。但因会受建筑行业自身特点的影响，而在具体的应用方法上产生一些特殊性，以下讨论其应用方法的各个阶段对可持续性原则的表达和体现。

3.1 建筑模块的划分

3.1.1 以使用功能为基础

功能是建筑的基本属性，在模块化建筑中应用功能规律是模块划分的主要考虑原则，多见于模块化住宅的设计中。以日本建筑师黑川纪章设计的东京中银舱体大厦为例，建筑师根据功能将家具以及设备模块化，通过它们的组合构成一个2.3mx3.8mx2.1m的居住模块，再通过这些居住模块的穿插组合构成整栋建筑（图2-4）。

以使用功能为基础进行模块化划分的可持续性意义在于一个特定模块可以对应特定的使用功能，能够独立地实现这一功能所需的使用空间及所需建筑设备的安装。一个整体建筑只是一些功能模块的临时组合，当建筑地块更换功能需求或其他建筑需要增补某些特定功能模块时，只需要对特定模块进行定向的更换或增减即可，有效提高了建筑材料的使用效率，减少了传统工程体系中繁多建筑材料的现场操作，实现了简化施工过程的目标。

3.1.2 以设计目的为核心

除以功能使用作为划分模块的准则方法外，建筑模块化还需贯彻设计目的。功能不是唯一的考虑因素，造型、结构、材料、设备甚至是根源于建筑本体之外的内容（如文化、思想、传统等）都会成为构建设计的出发点。因而，在建筑中应用模块化策略需首要考虑设计的出发点，同时兼顾功能和表达建筑设计本体思想。

以笔者参与的清华大学“O-HOuse太阳能实验住宅”项目为例，该设计侧重于考虑建筑模块的实验性概念和在极其有限的工期（15天）內完成建筑的施工。为了更加快速、集约地解决交接问题，将设计核心锁定在管线最集中的厨房和卫生间（图5）。该设计设想了1600mmx3300mm的餐厨模块、起居模块、卧室模块和1600mm x l100mm的设备模块。所有水暖电设备集中于设备模块中，其他管线少的模块（如餐厨、起居和卧室模块）的墙面、楼面、屋面和管线等隐蔽工程通过标准化预留节点和标准化接口实现模块之间的快速连接。建筑模块在建成后进行了两轮的拼装和拆解，均在很短的施工时间内完成，验证了建筑模块化的快速拼装性能和可更换性。该设计以极短施工工期为设计目标，最大程度地降低施工过程对周边建设环境和大气、噪声等环境的影响，体现了环境友好的思想。短工期的施工实践为模块化建筑在建成后模块的替换和增减提供了具有说服力的实践依据和技术手段，同时也证明了模块化建筑快速建造的实践可行性。

3.2 建筑模块的组合

3.2.1 空间关系

建筑建造的过程在某种程度上讲就是空间营造的过程，对于模块化建筑也是如此。模块之间的组合影响着建筑建成后的空间效果，因此组合模块的过程首先要考虑模块与模块之间的空间关系。

抽象地说，模块之间的关系有相切、相交和相离三种。决定模块空间关系组织的因素是多方面的，可以基于景观朝向，也可以迎合功能需求，还可以为了建造需要等。一个好的模块化建筑设计方案的空间关系也应当体现出可持续性原则，例如合理的排布规律可以提高建筑的功能与能源使用效率，和谐的体量关系可以降低能耗。模块化建筑的单体模块具有一定程度的标准化，其空间关系往往具有很强的韵律。以加拿大蒙特利尔Habitat 67项目为例，建筑师萨夫迪利用354个模块盒子构成158个单元，每个单元从56㎡的一居室到167㎡的四居室不等。这些单元的构成方式不仅造就了参差错落的建筑形态，而且每户都有花园和阳台，兼顾了隐私与采光的需求。为了达到以上的目标，设计师运用了15种模块组织方式构成居住单元，它们是由最基本的横、竖两种长方体模块组合而成（图6-8）。

3.2.2 交接设计

在“模块化”理论中，“接口、功能、逻辑、功能”是模块的四大属性，而“接口”是需要重点考虑的一个环节。建筑模块之间的交接涉及了诸多建筑的物质性因素，需综合结构和构造等多方面考虑。

传统的模块化住宅体系中，结构、水、暖、电等都需要合理的连接。在O-House案例中，我们对模块之间的连接方式做出了系统性探讨，梳理并总结了原有连接方式，此外针对原有连接方式进行了改良，使得结构、水、暖、电也能够预制生产。具体连接手段如表1所示。

4 模块化建筑的应用前景展望

在建筑领域，模块化策略发展至今已经在住宅、集装箱建筑等领域发展成为架构建筑设计的主要思路；作为一种应对建筑设计中的标准化和多样性问题的重要手段，模块化策略也常被应用在完整的设计框架下的某一个部分，以解决复杂性建筑的一些问题。结合其他领域中模块化策略发展的历史和现状，将模块化建筑的应用前景分为以下几类。

4.1 集成式模块化设计

集成式模块化设计是指通过层级化的模块策略，用大型模块来集成小型模块，从而达到综合部件和获得功能多样化的目的，例如产品领域的瑞士军刀。现今绝大多数的模块化建筑均运用集成式模块的设计思路，如上文已提及的O-House太阳能住宅等，该类型的模块化设计先按照功能划分好模块，再针对划分好的模块进行设计和整合，简化了建筑的设计和建造环节，提高了生产效率，并且降低了成本。

4.2 系列式模块化设计

系列式模块化设计是在标准化设计的框架体系下寻求产品多样性的设计策略。它主要针对某一类产品，先对其进行标准化处理，再调试其产品参数、尺寸、功能、形式等，获得横向和纵向扩展的可能性，通过标准化的方式来获得多样化和个性化的部品。这一方式是在标准化的基础上，在不影响其可持续性的各种优势的前提下，对建筑模块进行个性化的扩展，是对集成式模块化设计的提升。例如，丹麦BIG建筑事务所的“VM”住宅项目体现了这种模块化设计的思想。设计师采用了“V”和“M”的建筑总平面。V形结构的114套房间和M形结构的95套房间分别包括40种不同户型，以获得更好的景观朝向、日照和通风。应用简单的方式使现代化住宅收获多样性和个性，贯彻了设计师营造多样化住宅空间的初衷（图9—11）。

4.3 典型模块化设计

将产品整体精炼成典型模块，通过简化模块内部和模块间的差异消除多余的功能，从而使模块具有更好的构成与互换模式，其优势主要由模块的替换来实现：一方面，使用者可以根据需要来选择性地扩展产品的功能；另一方面，使用者不必丢弃整个产品而只需选择更换相应的模块来实现更新。

在O-House项目的家具墙模块中，两侧的家具以低于建筑模块的标准模块层级存在，即在建筑模块之下，仍具有细分模块，可以直接进行细分模块的替换和增减，避免因单个建筑模块的局部调整而导致整体建筑模块的更换，避免不必要的浪费，也降低了施工难度。这一设计思路更加明确地体现出模块化的思想在各个层级的可持续性设计，灵活性更强。

5 结语

建筑行业经历了多年粗放型的发展后，逐渐转向可持续、高效利用建筑生产和节约资源的道路。模块化设计策略在建筑设计领域的应用既能有效节约建筑资源，又能保持建筑空间的持续活力，但模块化建筑要满足实际的功能需求，符合相应的社会文化形态，适应物质建造手段，才能不断发展、蓬勃壮大。

作者：李久太

模块化建筑设计论文篇3：

模块化设计理念在地铁车站建筑设计中的运用探讨

摘要：与传统建筑的模式相比，模块化的设计理念为建筑设计带来的全新的设计思路，并使其能够应用至各种环境的建筑中。本文中，笔者分析了模块化设计理念，在地铁车站设计中的具体表现，并分析了具体施工中模块化设计理念的优缺点。同时，笔者也提出了针对于有缺点的处理方法，希望能够为今后的地下建筑设计提供更多的思路。除此以外，笔者也对模块化设计理念中的问题进行了剖析，以方便帮助从业人员走出模块化设计的误区。

关键词：模块化设计地铁建筑地下施工工艺

在模块化设计理念的表现中，地下建筑实际建造表现并不是很好，这主要是因为地下环境变化多样，所以现阶段较新的建造技术很难直接用于地下施工中，这也变相增加了部分技术的施工难度。不过即便是在此背景下，模块化的设计理念依旧在车站建筑设计中表现出了较多优势，比如在成本控制、功能体现中都有良好表现。不过，实际建造中还是要注意模块化设计理念的劣势，并需要尝试通过其他手段来弥补模块化设计的不足。

一、模块化设计理念在建造中的具体表现

模块化设计的相关概念出现已久，但大多数人都对其存在着不少误解，而这也直接反映在机械设计、建筑设计等方面[1]。为方便下文讨论，本文重新对模块化设计理念进行梳理，其具体内容列举在下方：

（一）大结构小方向的模块化设计

对于大结构来讲，其模块化的设计理念主要表现在向小方向的模块化设计。在该设计模式中，传统的整体设计结构被拆分，并通过独立的小模块结构发挥出功能。在拆分过程中，小模块会根据实际情况而表现出部分功能或者是不具备功能的特征。在建筑设计表现上，两种模式都在工程设计中占较大比例。

（二）小结构的整体化的模块设计

与大结构小方向不同，小结构的整体化模块设计的主要主体都相对较小。在实际设计中，小结构都基本具有一定功能。而在将其作为较大整体结构的设计中，其主要难点体现在功能的整合、嵌合结构的设计、材料资源的详细分配等方面。与第1类模块化设计语言相比，该类模块化设计的难度较大，需要考虑的因素也会更多[2]。

（三）平行结构的整体化模块设计

从详细分类上来看，平行结构的整体化模块设计与小结构的整体化模块设计类似，其个体机构基本上都拥有部分功能。但与小结构整体化的模块设计不同，该结构内各平行结构的关联性较弱，其各部件的功能重合性也整体较差。因此，在模块化的设计难度体现上，该类模块设计的难度会更高[2]。

二、模块化设计在地下车站建筑中的应用实际价值

（一）能够对具体建筑结构进行整合

在具体施工中，地下建筑结构的施工难度较大，受环境因素的影响也会更加明显，而这也会直接反映在建筑的初期设计中[3]。因此，模块化设计可以将类似结构进行整合，并通过整体结构（拆分结构）来实现资源合理调配，从而有效提高建筑本身的资源使用效率。同时，在部分系统的应用中，模块化结构也能够降低各个系统的管理成本。比如在风险监控中，大部分结构的传感器控制条件都处于相似状态，所以就可以通过相关技术实现不同模块的统一风险监控。

（二）降低施工难度

在实际的工程建设中，模块化设计语言确实能够大大降低施工难度，尤其是在地下工程建造中，此优势更能够被放大。首先，大部分地下建筑受环境影响明显，按模块化设计可以利用结构优势来切断与其他结构的联系，从而降低具体施工中的工程数据监测压力。同时，模块化的设计语言也能够根据模块本身大小来实时调整部件的具体装配环境。比如在精密部件的组装中，模块化设计可以直接在工厂区域直接组装，从而降低现场环境管理的难度。

（三）实现分层施工作业

在模块化设计中，由于各个模块之间只通过连接部分进行关联，所以意味着只要处理好各个模块之间的联系关系就可以实现分层同步施工。而在施工效率的提升上，此种施工模式所带来的效率提升往往会使成本增加。不过，该种施工作业的风险往往较高，所以需要提前做好处理。但只要能够利用分层施工，那么其带来的收益会远超其他技术性的提升。

三、模块化设计在地下车站建设中的具体体现

（一）功能化模块设计

功能化模块是设计人员根据地下车站的具体建筑功能进行整合调整，其主要目的是帮助车站主体降低操作步骤，并在一定程度上提高设备运行的稳定情况。而随着时间发展，该模块的技术更新速度会更快，也能够更加被车站主体所感知。

（二）针对于建造的模块化设计

该部分的模块化设计主要是为了优化施工流程，从而保证车站资源的高效分配。一般情况下，概念模块化设计并未有较强的功能体现。不过在部分施工作业中，设计人员也开始尝试将建造性质的模块化设计与功能性模块化设计设计进行融合，从而在保证基本功能的状态下达到更加高效的施工状态。

（三）针对于维护的模块化设计

在车站的维护作业中，未来的发展趋势更加倾向于智能化的数据监测，所以在此趋势的影响下，多数车站都设置了自动化数据收集模块来完成基本的数据收集作业。另一方面，自动化模块的建设通常伴随有数据库以及自动化模块调整系统，而这也会与维护系统模块进行区分。不过从发展趋势上来看，两套运行体系呈现出了较为明显的融合趋势。

四、模块化设计思路在地铁设计中的具体应用策略

（一）实现多种主体的模块化设计

（1）以乘客为主的功能性模块

在已有的乘车体系中，多数地铁站都为入站-验证-乘车-结算的运作体系。而在模块化设计中，设计人员就可以将已有的功能性模块进行整合。

（2）以施工为主体的建造型模块化设计

建造项目上设计的目的性表现不同，其相应的难度控制会更高。首先，对于向小方向的拆分化模块设计，设计人员要根据建造特点将原有结构的功能型拆分，并对连接部进行针对化设计.总而言之，模块化设计是在保证原有元件的功能状态下简化施工步骤。

（3）智能控制为主体的未来模块化设计

智能控制的包含主体较多，记住要体现在管理人员和维护人员中。随着运行设备功能的不断完善，也将会加入智能控制为主题的未来模块化设计中。

（二）优化模块化设计逻辑

模块化设计的上限较高，其本身的设计逻辑也不仅仅限于的三种设计逻辑，所以车站设计师也可以按照思路对模块化设计逻辑进行重新设计。

（三）考虑施工环境对模块化设计的影响

实际上在具体施工中，施工环境对模块化设计的影响较为特殊，且部分情况下，可以利用模块化的性质来环境所带来的影响。