■朱紅麗 Zhu Hongli

(云南經(jīng)濟管理學院藝術與傳媒學院，云南昆明 650106）

我國是世界上少數(shù)幾個地震災害頻繁的國家之一，其中村鎮(zhèn)地區(qū)受地震災害的影響嚴重，而依山而建的村鎮(zhèn)受地震災害更為嚴重。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因地震災害造成的人員傷亡90%以上在村鎮(zhèn)，村鎮(zhèn)地區(qū)受地震災害影響所造成的經(jīng)濟損失更是高達80%以上，村鎮(zhèn)人民群眾的生命財產(chǎn)蒙受巨大損失[1]，人員傷亡也是占比最大[2]。在對受災村鎮(zhèn)的恢復重建恢復方面的工作，現(xiàn)有研究多集中于規(guī)劃設計領域，多限于具體建筑物或基礎設施的恢復。在時間節(jié)點、恢復速度、恢復模塊化設計等問題方面研究得還不夠，不便于決策者對震后恢復重建工作做宏觀分析并及時進行決策調(diào)整。同時，受災居民承受自然災害的影響，又迫切需要有一定的居住空間，迫切知曉受災后居所建設的情況，這也對災后重建的速度和時效性提出了要求。越來越多的學者通過計算機技術開展多目標優(yōu)化的策略和方法研究。趙亮在《開展住宅建設項目全生命周期節(jié)能驅動機制與多目標優(yōu)化策略的研究》一文中從工程項目管理視角厘清了全生命周期節(jié)能影響因素的作用路徑，探究了節(jié)能驅動機制并進行實證研究，提出融合 BIM技術、參數(shù)化驅動、云計算、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡進行建筑能耗、采光和成本多目標優(yōu)化的策略[3]。師滿江[4]通過研究得出基于民眾需求開展災后恢復重建工作是提升重建滿意度的有效舉措的結論[4]。以四川長寧Ms 6.0地震為例，結合“重建得更好”和災后需求評估方法，構建恢復重建需求指標體系，為災后重建居民需求提供基礎數(shù)據(jù)。張光明[5]研究了兩階段的建筑工程多目標優(yōu)化模型：第一階段對工期—成本—質(zhì)量建立綜合優(yōu)化模型，采用遺傳算法求得非劣解；第二階段將資源目標通過單資源均衡和遺傳算法進行優(yōu)化，實例計算結果表明該方法優(yōu)化效果理想，運算效率高。李玲燕[6]以中國31個省份作為空間研究單元，構建以裝配式建筑發(fā)展基礎環(huán)境、生產(chǎn)建造實力、技術創(chuàng)新水平、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?個方面的裝配式建筑發(fā)展水平評價體系，運用均方差決策法、探索性空間數(shù)據(jù)分析、地理加權回歸模型，探究中國裝配式建筑發(fā)展水平的空間差異特征并進行影響因素分析。

■圖2 各功能空間盒子戶型模塊組合圖

■圖3 盒子單元與建筑構件的連接圖

■圖4 各功能空間參數(shù)化設計組合

■圖5 不同盒子單元組合為住宅套型

為了更好、更快地解決災后恢復住宅建造問題，及時、有效應對山地村鎮(zhèn)發(fā)生地震災害后的災情變化，將地震災害對村鎮(zhèn)人口、社會、經(jīng)濟、環(huán)境造成的不利影響降到最低[7]，對災后重建的山地村鎮(zhèn)進行科學的多目標優(yōu)化途經(jīng)理論和方法研究是非常必要的。本文通過對山地村鎮(zhèn)受災的特點及災后重建居民居住空間多目標優(yōu)化途經(jīng)和方法進行研究分析，提出采用盒子裝配式形式建造住宅能夠提升災區(qū)的建成速度，通過研究盒子裝配式住宅多目標優(yōu)化途徑，提出面向災后重建的村鎮(zhèn)山地住宅設計多目標平臺搭建方法以及災后重建山地住宅多目標實現(xiàn)途徑，并得出有效結論。

1 山地村鎮(zhèn)住宅受災特點及盒子裝配式建筑提出

對山地村鎮(zhèn)住宅現(xiàn)狀與存在問題進行分析，然后提出盒子裝配式建筑的概念，并對其進行分析，說明盒子裝配式建筑對于山地村鎮(zhèn)住宅受災后重建需求的匹配。

1.1 山地村鎮(zhèn)住宅特點

山地村鎮(zhèn)民居多以山地作為他們生產(chǎn)和生活的空間，民居建設大部分存在嚴重不規(guī)范現(xiàn)象，尤其是選址、住宅設計、材料應用方面嚴重不符合規(guī)范，建設時對防災建設也未引起足夠的重視。山地村鎮(zhèn)住宅（圖1）一般就地取材，材料多以夯土、竹、木、混磚等傳統(tǒng)材料為主，使得住宅建設具有較大的局限性，當?shù)卣?、山體滑坡、崩塌等自然災害出現(xiàn)時，住宅被破壞的范圍極大。

1.2 盒子裝配式建筑的提出

盒子裝配式住宅技術集成了住宅設計、盒子單元模塊的工廠制作、現(xiàn)場吊裝、建設和管理為一體。通過PC混凝土構件裝配成至少4面體的盒子，俗稱預制混凝土盒子建筑[8]。設計時將住宅按照功能分為若干個單元模塊，包括室內(nèi)二次裝修部分均在預制廠完成。然后將預制好的所有單元運到工地上或者直接在工地上搭建臨時預制廠，將預制好的單元模塊像搭積木一樣對住宅各個空間現(xiàn)場組裝。由于此類建筑的裝配式構件所占的比率較高，盒子部品拼裝安全、迅速，目前在城鎮(zhèn)住宅建設中實際應用案例較多，在村鎮(zhèn)建設中應用案例還較少。

■圖6 裝配式盒子建造及成型體系

2 盒子裝配式全裝住宅快速重建優(yōu)勢

分析盒子裝配式全裝住宅的設計特點，凸顯裝配式實施在快速災后重建的優(yōu)勢。

2.1 戶型模塊化設計優(yōu)勢

盒子裝配式全裝住宅的關鍵技術是戶型模塊化的設計（圖2），即可以按照整體戶型中的客廳、主臥、次臥、書房、餐廳、廚房、主衛(wèi)生間、次衛(wèi)生間的常用開間及進深模式進行設計[9]。建造者可以直接選擇設計好的戶型模塊，也可以選擇其中的一個房間模塊。將需要的戶型或模塊導入三維模擬軟件BIM系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過計算機軟件模擬不同形式的組合矩陣，得到所有組合方式。在災后重建時直接從案例庫中調(diào)出需要的資料，快速完成災后重建方案的選型。

戶型模塊可以用盒子結構式相連，也可以將盒子與其他預制模塊相連，比如墻體、屋面、樓梯等（圖3），可以滿足宅后重建的各種居民需求。

2.2 參數(shù)化設計方法

在災后重建中，山地村鎮(zhèn)建設難度較大，盒子裝配式住宅能夠為其提供便捷快速的建造方案，盒子的需求量較大。不同居住者對戶型的要求差異較大，通過Revit平臺下BIM參數(shù)設計不同空間集合，居民基于VR直觀形式選擇自己喜歡的戶型及空間形式，各個起居空間、臥室空間、書房空間、廚衛(wèi)空間根據(jù)不同用戶需求設置不同的參數(shù)，參數(shù)按照室內(nèi)進深、開間大小，室內(nèi)凈空高度等尺度需求，并適當設置隔熱和保溫材料的參數(shù)性能，合理設置參數(shù)[10]。同時針對在空間造型上有需求的住戶，設置機理參數(shù)，利用Sketch up軟件生成造型模型，最后通過不同參數(shù)設置不同空間進行組合與變換生成一系列戶型模型，如圖4，當區(qū)域受災后決策人員能夠及時調(diào)動模型庫，從而達到節(jié)約設計時間的目的。

2.3 裝配式盒子全裝住宅成型體系

裝配式盒子單元是將住宅中的起居室、餐廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間等居住空間形成的盒子模塊[11]，這些盒子模塊單元以預制的形式提前壓制成型，當遇到災害時[12]，居民根據(jù)自己的人口情況、居住需求、生活習慣等選擇合適的盒子模塊，通過不同空間的重組形成套型住宅（圖5）。

■圖7 裝配式盒子建筑特色外觀元素及智能家居設施

每戶居民根據(jù)自己的喜好選擇的適合住宅套型，比如某村部分居民選擇了由M1、M2、M3、M4四個空間模塊組成的單元住宅樓，建筑師通過單元模塊組合成一梯四戶的住宅單元，建造者從工廠或現(xiàn)場預制4個盒子模塊，盒子模塊房間尺寸、建筑部件、設備均按照標準化、模數(shù)化要求設計，保證各構件的工業(yè)化生產(chǎn)標準及施工安裝的高效性，然后通過組裝、吊裝、水電安裝等工序完成住宅的建造（圖6），通過實驗2層由M1、M2、M3組成建筑面積為65平方米的住宅建造時間為4小時。

2.4 配套門窗及部品成型體系

由M1、M2、M3、M4四個空間模塊組成的單元住宅樓采用鋁合金模板預制成型，預制完成后室內(nèi)空間無需二次裝修，室內(nèi)門窗及部品與建筑同時一次設計并建造成型，門窗直接安裝，窗框與墻洞間無縫連接，而且窗型可以直接采用市場上現(xiàn)有的鋁合金門窗、木門窗、鋁木復合節(jié)能外門窗等類型完成門窗裝配，盒子裝配式單元室內(nèi)空間精裝修在工廠預制時已同時完成，住戶入住時無需二次裝修[13]。

家具等活動部件根據(jù)住戶需求購置，衛(wèi)生器具、廚房設備、整體廚衛(wèi)一次壓制成型并直接安裝，管線、給水、排水、通訊、強弱電等配件在模塊化成型前預埋，系列化的模塊安裝完成后安裝水電，所有部品安裝完成后，受災居民可以直接入住，由于所有的住宅各個室內(nèi)空間模塊單元是提前在工廠預制完成的[14]，因此后期建設時間大大縮短、建造效率大大提高，一旦再次發(fā)生災害，居民可以連同戶型單元及住宅一并轉移到安全區(qū)域，二次利用。

3 面向災后重建的山地住宅設計多目標平臺搭建

在前面研究的基礎上，提出面向災后重建的村鎮(zhèn)山地住宅設計多目標平臺搭建方法。

3.1 方案檢索及盒子模塊組合生成

住宅類型具有一定的規(guī)律性、可循性和典型性，將村鎮(zhèn)受災居民住宅起居空間、臥室空間、廚衛(wèi)空間等參數(shù)化和模塊化后可得到多種表達。建筑師根據(jù)住戶的基本需求及住宅設計原理，設計不同模塊的客廳L1，L2，L3，L4等；不同模塊的餐廳D1，D2，D3，D4等；不同模塊的臥室空間B1，B2，B3，B4等；不同模塊的廚房及衛(wèi)生間空間K1.WC1，K2.WC2，K3.WC3，K4.WC4等；利用計算機集成技術Revit建筑模擬軟件將盒子模塊快速組合，生產(chǎn)不同的住宅方案，方便滿足不同住戶需求。

3.2 基于戶型拓撲特征的案例庫檢索

針對一部分不確定自己需求什么住宅類型的受災居民，建筑師通過案例庫檢索幫助住戶選型?；趹粜屯負涞陌咐龓熘邪▋煞N類型，一部分主要是通過計算機集成技術Revit建筑模擬軟件模擬，另外一部分是已經(jīng)施工完成的案例庫。兩種類型的案例庫均輸入在計算機中，通過計算機自動識別顯示供住戶選擇，便于住戶直觀查看戶型樣式及室內(nèi)空間狀況，利于受災居民快速找到適合自己的住宅方案。

3.3 盒子模塊組合與智能信息參數(shù)優(yōu)化工具模塊

盒子模塊組合成住宅建筑形體，建筑師可結合當?shù)仫L俗或少數(shù)民族文化，增加建筑外觀特色元素，體現(xiàn)民族文化特征[15-16]，使得模塊化的盒子建筑體現(xiàn)更多本地化風格和個性化特色，便于居民接受盒子裝配式住宅理念并積極配合實施。圖7將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化元素京劇臉譜融入到建筑外觀及室內(nèi)中。室內(nèi)中嵌入臉譜中的智能傳感器借助人工智能技術，能夠及時探及人體的發(fā)熱或咳嗽等異常癥狀，特別是老年人及行動不便之人，不舒適的癥狀將會反饋到京劇臉譜之中，看到京劇臉譜發(fā)生變化后及時聯(lián)系外界快速得到救治。

4 面向災后重建的山地住宅多目標優(yōu)化實現(xiàn)途徑

依托面向災后重建的村鎮(zhèn)山地住宅設計多目標平臺，以提升項目生成速度，優(yōu)化生成途徑，提升管理效率等方面開展優(yōu)化。

4.1 實踐項目生成途徑

災后重建項目是一個比較浩大的工程。將災后重建的山地住宅項目作為案例庫。在災害發(fā)生后，依托政府第一時間發(fā)布的受災情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建筑師借助于計算機軟件開展方案選型與實施途徑規(guī)劃。首先根據(jù)統(tǒng)計的受災人數(shù)、受災居民的實際需求特征、重建選址等內(nèi)容，利用計算機軟件模擬分析村鎮(zhèn)選址特點，并將設計好的住宅盒子單元庫、戶型庫等方案庫調(diào)出來供受災民眾參考和選擇，受災民眾將盒子單元全部選擇確定后，建筑師根據(jù)住戶的選擇組合符合住戶需求的住宅形式[17]，政府或建設方根據(jù)建筑師的統(tǒng)計從倉庫中調(diào)出預制的盒型，運輸?shù)绞転牡?，通過現(xiàn)場組裝、吊裝、安裝、后澆等工序完成山地村鎮(zhèn)災后重建項目。

4.2 項目管理目標生成途徑

政府或產(chǎn)業(yè)公司統(tǒng)一對災后重建項目實施管理，通過招投標選擇并確定優(yōu)秀的項目負責人及其管理團隊，要求其團隊中至少有5名以上的建筑設計工程師，這些工程師主要負責不同住戶的住宅產(chǎn)業(yè)選型，為不同受災民眾解決住宅盒子組合方案及選型工作，項目負責人根據(jù)建筑師最后的住宅選型上報政府部門或項目管理公司調(diào)運盒型，同時項目負責人制定施工進度計劃安排表及盒子運輸方案，為住宅開工、現(xiàn)場安裝做準備，確保項目完成。整個項目管理過程在平臺下統(tǒng)一管理，并根據(jù)項目實施推進情況進行優(yōu)化[18]。

4.3 項目測評目標生成途徑

災后重建項目測評最重要的目標之一是時間節(jié)點的控制，確保所有的項目按照進度計劃安排表實施，保證災后重建工作順利進行。盒子住宅項目測評目標還包括項目實施過程中的風險控制、對周邊環(huán)境的影響、項目節(jié)能及環(huán)保測評等，項目建成后包括室內(nèi)空間空氣質(zhì)量、居民入住后評價等內(nèi)容，確保居民居住環(huán)境的安全性及環(huán)保性，自然的將全過程綠色設計融入建造之中，將住戶需求融入設計回訪中[19]。

5 結語

本文面向云南山地村鎮(zhèn)災后重建問題開展盒子裝配式全裝住宅建設與多目標優(yōu)化途徑研究，旨在提高災后重建的建造效率。研究了災后重建中戶型模塊化的設計途徑、盒子裝配式住宅參數(shù)化設計方法、裝配式盒子單元組合成型體系、配套門窗及部品成型體系，以及面向災后重建的山地住宅設計多目標平臺搭建，平臺搭建包含方案檢索及盒子模塊組合生成、基于戶型拓撲特征的案例庫檢索、盒子模塊組合與節(jié)能參數(shù)優(yōu)化工具模塊，最后得出面向災后重建的山地住宅多目標實現(xiàn)途徑。