基于箱式模塊建造體系的臨時校舍設計研究
——以深圳羅湖外語初中學校（東校區）為例

程夢琪 朱亦民

2018年以來，深圳市激增的教育需求與稀缺的土地資源之間的矛盾日益激化，眾多學校不得不在原有校園的有限用地范圍內急劇擴大規模，進行升級改造[1]，然而一邊施工一邊教學的新舊校舍交叉騰挪方式不僅會大大降低學校的使用品質，且易產生安全隱患。為解決這一難題，深圳福田區率先開展了“諾亞方舟計劃”，在原學校擴建期間利用其周邊城市閑置空地建設臨時校舍，被稱為“騰挪學?！钡呐R時校舍應運而生。騰挪學校的建設面臨施工周期短、建筑品質要求高、避免土地污染與資源浪費等諸多挑戰，而能夠快速建造、拆卸并具有高回收利用率的裝配式建筑成為了其首選建筑類型。目前深圳已建成的騰挪學校均為裝配式鋼結構建筑，但運用的結構體系并不唯一，典型代表有新沙小學騰挪校舍，采用焊接結構鋼框架與桁架鋼筋混凝土樓板組合的重鋼體系；梅麗小學騰挪校舍，采用輕型鋼框架剪力框格與預制鋼樓板組合的輕型鋼結構體系；石廈小學騰挪校舍，采用薄壁輕鋼龍骨密肋與現澆細石混凝土樓板結合的輕型鋼體系[2]。2019深港城市／建筑雙城雙年展上，“閃建策略園”中以箱式模塊為基本建造單元的“閃建學?！钡玫綐I界廣泛認可，輕型鋼結構箱式模塊體系成為了建造騰挪學校的又一代表性結構體系。

1 箱式模塊建造體系建筑特點

箱式模塊體系是一種預制程度可達85%～95%的建造體系，由該體系建造的建筑以箱型建筑模塊作為預制構件，通過可靠的連接方式裝配而成[3]。與傳統建造體系的建筑相比，箱式模塊建筑具有以下4個基本特點。

（1）工業化程度高，施工周期短?；締卧K規格少、數量多，現場進行基礎施工時，工廠可同步進行標準化的模塊生產，兩地并行大大提高了建造效率。

（2）結構整體性、安全性強。一體化的制造方式使建筑主體結構穩定、堅固，具有強抗風抗震的性能。

（3）具有靈活性、適應性。在進行維護和改造時，可通過更換或增減相應的預制模塊，更新建筑損壞部分以及調整建筑組合形態，必要時還可靈活拆卸，異地重建[4]。

（4）綠色低碳，具有可持續性。標準化、體系化的生產方式能夠減少建筑垃圾及污水的產生，各項耗能也遠低于傳統作業，節能環保。此外，工廠生產單元模塊的材料回收率可高達60%[5]。

2 基于箱式模塊建造體系的臨時校舍設計策略

建筑是基于建造的藝術[6]。每種建造體系的背后都有其特定的內在邏輯，建筑設計也就必然會衍生出其相應的獨特設計邏輯與設計策略[7]。與傳統的建筑不同，箱式模塊建筑具有建筑空間模塊化、生產工藝標準化、建筑施工裝配化等特性，因此更加強調設計與建造的一體化[8]。在整個建筑設計過程中，進入方案設計階段前需先進行技術策劃，待施工圖設計完成后還需進行部件/部品深化設計[3]。由此可見，基于箱式模塊建造體系的臨時校舍設計策略，不僅需要考慮基本的場地關系、功能組織、空間布局以及立面造型，還需要兼顧與建造相關的多專業協調、部件生產、模塊運輸、吊裝施工以及運營維護等方面，充分利用建造體系的優勢，克服其局限性，揚長避短，具體包括標準化的模塊設計、多樣化的模塊組合設計以及個性化的設計表達。

3 深圳羅湖外語初中學校（東校區）設計建造實例

深圳羅湖外語初中學校（東校區）位于蓮塘羅沙公路與仙臺路交匯處，是羅湖區“諾亞方舟計劃”中采用箱式模塊建造體系的代表性學校之一。該校舍規劃占地面積4 521m2，建筑面積6 700m2，教學規模為24班初中，項目于2021年7月開始施工，同年9月正式投入使用（圖1,2）。

1 鳥瞰實景

2 內部實景

3.1 場地處理

場地近似梯形，南北向長，東西向短，原本為汽車充電樁停車場，內部地勢平坦，東側高出羅湖公安局用地3.5m，西側為仙臺路與羅沙路交匯處轉角綠地，南側與城市主干道羅沙路相臨并存在約3m的高差，北側與城市次干道仙臺路相接且低于道路1m，周邊道路復雜，存在一定噪音影響。由于場地北側處在地鐵保護線內，施工受限，建筑與場地采用筏板基礎連接，具有埋深淺、施工速度快、整體性好等優點，并能很好地抵抗地基不均勻沉降的問題。此外地面基層還做了隔振處理，有效降低地鐵帶來的震動和噪聲。

3.2 標準化的模塊設計

箱式模塊建筑的空間及結構是由其功能決定的，在進行模塊設計時首先要根據建筑所需功能對模塊進行分類。羅湖外語學校東校區是非寄宿制初中，其主要功能空間包括教學空間、辦公空間、后勤空間、交通空間以及活動空間，進而衍生出教學模塊、辦公模塊、后勤模塊、交通模塊以及活動模塊。在眾多功能模塊中，教學模塊的尺寸要求最為嚴格，主要受限于中小學建筑設計規范及模塊運輸條件，因此在設計過程中優先選擇確定教學模塊的尺寸。羅湖外語學校東校區的箱式模塊采用公路運輸的方式，據道路各項運輸規定，模塊尺寸一般需控制在長14m、寬3.05m、高3m以內[9]，但在此范圍內，模塊的尺寸無法滿足實際的使用需求。經多方協調后，教學模塊采用箱體長寬高規格為11 580mm×4 480mm×3 600mm，在運輸前由貨運司機申請超限物件運輸手續，并在規劃運輸路線中避開限高低于模塊單元高度與貨車平板高度之和的路段。一個教室單元由兩個該規格的箱體組成，并配備了一體式裝配式墻柜、集成門及集成門套等其他部品以滿足其功能需求（圖3）。而其他功能模塊則是在教學模塊的基礎上選用合適的箱體規格并進行模數協調。該校區的建設最終采用了長寬高規格為11 580mm×4 480mm×3 600mm的箱式模塊82個及8 080mm×4 480mm×3 600mm的箱式模塊45個。

3 教學單元模塊爆炸圖

3.3 多樣化的模塊組合設計

功能組合、空間組合以及模塊間連接節點的設計是模塊組合設計的三個關鍵。功能組合即根據建筑的功能要求將不同功能模塊進行組合。由于羅沙路的噪音影響及場地規模的限制，教學模塊放棄了傳統的南向布置，選擇布置在場地北側與東側。辦公模塊則布置在場地南側，其他教學輔助用房主要放置在西側，建筑的四個轉角處設置為衛生間、樓梯間等服務空間（圖4,5）。

4 功能分區圖

5 首層平面圖

空間組合是指模塊的放置方式，箱型模塊間的基本組合方式有并列組合、錯動組合、正交組合、成斜角組合等，其他復雜的組合方式都可通過這幾種組合方式衍生而來[5]。實際設計中為了適應不同的需求，模塊在進行空間組合時往往還會與其他結構結合使用。多樣的空間組合方式能夠為臨時校舍營造多樣性的空間，增加建筑空間的趣味性，為學生們提供更為豐富的空間體驗。羅湖外語學校東校區的模塊組合方式為并列組合及成斜角組合。箱式模塊按用地范圍圍合成合院式建筑形態，這是由用地限制帶來的被動選擇，但卻有效地形成了一種集中和向心的場所感，更符合一直被倡導的公共空間和共享空間理念（圖6）。由于場地為梯形，建筑的東南角及東北角為契合場地形狀采用了普通的鋼結構與箱式模塊連接，形成環廊的同時也為學生提供課余的活動場地，創造更多的功能復合性空間。此外，用地紅線的北側靠近天然氣管道，基礎無法近紅線布置，因此建筑的北側一層并未使用箱式模塊，而是采用普通鋼結構形成架空層，為二、三層的箱式模塊提供結構支撐的同時也為學生們提供活動場地。二、三層箱式模塊則向外懸挑約3m，其下設為家長等候區，為前來接送學生的家長提供避雨遮陽之處（圖7,8）。場地的限制為此次的方案設計帶來了挑戰，也帶來了空間組合的更多可能性。

6 軸測圖

7 家長等候區實景

8 剖面圖

連接節點的設計決定了模塊之間安裝的準確性，是保證建筑整體性、安全性的重要環節，同時也在一定程度上影響著建筑細部的美觀。因此首先需滿足其耐久性的要求，其次要考慮工人進行節點安裝的施工空間及可操作性，最后需注意節點自身美學特性的展現[9]。羅湖外語學校東校區臨時校舍的單元模塊為整箱式鋼結構模塊，其角柱與梁均在工廠通過焊接完成，再整體運到現場進行拼裝，模塊間的連接節點設計至關重要。由于需要滿足異地重建、可重復利用等要求，臨時校舍的箱式模塊采用高強度螺栓連接，上下層箱體通過含有定位錐的中間層連接板相連，并用大六角頭摩擦型高強度螺栓固定（圖9）。相鄰箱式模塊間的拼縫采用泡沫棒及硅酮密封膠填充，再扣上U形鋼板，為加強其防水性能，在安裝中間層連接板前再添加了一層防水卷材（圖10）。

9 箱式模塊連接示意圖

10 模塊拼縫防水做法

3.4 個性化的設計表達

箱式模塊建筑受成本制約，模塊規格數量有限，多有功能主義傾向，容易導致建筑形式、空間單一，喪失個性特征[10]。但每個項目都有其獨特的設計條件，它們賦予了箱式模塊建筑個性化的設計表達[11]。在箱式模塊建筑設計中，靈活處理建筑與場地間的關系，體現建筑與環境的適應性，搭配組合立面要素的色彩、光影、質感、紋理是表達建筑獨特性的有效手段。臨時校舍的設計在實現使用功能的前提下，對建筑與環境的關系、氣候適應性和校園空間的藝術性等方面進行了探索。

深圳地處亞熱帶季風氣候區，夏季高溫多雨，建筑對遮陽防水要求高。為了改善建筑的熱工性能，提高其氣候適應性，校舍屋頂設置了一層500mm高的通風層，四周采用穿孔鋁板圍合，并做了防水處理；屋面采用復合金屬板材組合成坡屋面，兼具保溫與防水功能。該做法有效緩解了夏季頂層屋面輻射過熱現象，是針對亞熱帶濕熱氣候的一種良好回應。建筑外立面采取雙層結構（圖11），在箱式模塊外側另覆一層鋁板外墻，并交錯設計成外挑的方框形式，落水管等管線設施可藏在外層立面與箱體外墻之間。外掛鋁板形成遮陽效果，以緩解東側教學模塊由于陽光直射導致的教室黑板反光等問題，同時與模塊外墻間的空氣層一同起到一定的隔熱作用。此外，鋁板明亮的色彩也豐富了建筑的立面效果，與環繞建筑周邊的樹木相互映襯，為校園營造出了輕松自然的氛圍（圖12,13）。建筑南側毗鄰羅沙公路，為了降低交通噪音，南立面設計為雙層立面，在建筑外側增加鋼框架玻璃幕墻作為隔音屏障，提高了辦公模塊的舒適度（圖14,15）。

11 外掛鋁板軸測示意圖

12 建筑主入口實景

13 建筑外立面實景

14 南立面隔音屏障結構示意圖

15 隔音幕墻實景

3.5 實際建造

整個校舍從施工到建成僅用時2個月，模塊化、標準化的設計是實現其快速建造的基礎，節點設計的科學性是保證其建造質量的關鍵。然而從設計到實際建造仍然存在許多問題（圖16,17）。一是不同材料特性的組合、施工人員素質有限、現場施工條件復雜以及施工周期短等問題帶來了較大的施工誤差?；A調平存在誤差導致箱式模塊吊裝至基礎時無法準確到位，連接構件變形。箱式模塊吊裝時，工人未按規范做法用吊裝支撐架導致模塊結構出現變形，拼合時存在縫隙。二是造價的限制導致BIM技術未能引入，各專業信息協同度不夠。以衛生間為例，結構團隊未能及時告知設計團隊衛生間箱式模塊與其他箱式模塊的地面梁結構高度不同，導致衛生間箱式模塊的地面與窗沿距離過近，易產生安全隱患。三是施工管理不流暢，箱式建造體系有其特有的構件安裝順序，但由于部分廠家無法按期交付構件，且現場管理者并未及時與其他構件生產商溝通，導致其他按期到場的構件無法及時安裝，需在現場長時間存放，有限的場地條件使其出現變形損壞等問題，加大了施工難度。最終，深圳羅湖外語學校東校區雖有驚無險地按時交付使用，但建造過程仍存在多處遺憾，望此文能為日后采用箱式模塊建造體系建筑的建造提供經驗，避免重蹈覆轍。

16 箱體吊裝

17 建造實景

4 結語

當代社會發展迅猛，“永恒”的建筑有時無法滿足人們對快速、短期、突發的空間遮蔽需求，然而應運而生的“臨時”建筑并不意味著人們對建筑品質要求的降低。臨時校舍對于深圳發展而言是教育空間緊缺下的應急產物，但對于在這段過渡時期接受教育的孩子而言，卻是他們成長的場所，環境需要得到保證。由此可見，采用高度預制化的裝配式建筑并不意味著忽略空間使用者感受的盲目復制，而是要求建筑師對新技術有更深入的了解，在建造體系的基礎之上，通過科學的設計策略將綠色建造、科技應用與建筑的人文性和社會性相協調，探索裝配式建筑的多樣性，實現其建筑空間的舒適性、適應性及藝術性。

圖片來源

1,2,4?6,8?17 廣州圖岸建筑設計有限公司提供

3 作者自繪

7 作者自攝

項目信息

項目名稱：深圳羅湖外語初中學校（東校區）

業主：深圳市羅湖區政府投資項目前期工作管理中心

建設地點：廣東省深圳市羅湖區

建筑設計：廣州圖岸建筑設計有限公司、華南理工大學建筑設計研究院有限公司

項目負責人：朱亦民

設計團隊：蔣佐、李曉雯、丘健海、任超

總建筑面積：6 700m2

設計時間：2021.01—2021.05

建成時間：2021.09