SI住宅的可持续设计方法及关键技术研究-建筑设计论文发表

SI住宅的可持续设计方法及关键技术研究
岳阳
摘要：在可持续发展理念受到各国人们广泛关注的背景下，日本依托先进的技术于20世纪90年代研发出新型的SI住宅。SI住宅通过支撑体（SKELETON）和填充体（INFILL）的分离，实现了住宅结构体的耐久性、空间使用的灵活性，并具有节能、节约资源等可持续发展特质。本研究基于SI住宅理念对日本住宅建设的可持续方法进行探讨，并结合具体案例剖析其实现的关键技术，以期为我国城市住宅的产业化和可持续发展提供借鉴。
关键词：SI住宅、可持续设计方法、关键技术
1．引言
长期以来，在住宅建设过程中消耗了大量的能源和资源，同时还会产生大量的废弃物。从环境资源和社会经济的角度考虑，需要延长住宅的耐久性、提高住宅适应性以满足使用者的多样化需求和实现住宅可持续发展之双重功效。SI住宅作为一种新型的居住形态顺应了这种趋势，现已受到各国的广泛关注。尤其在日本，SI住宅已进入推广应用的阶段。
2、日本新型SI住宅
所谓SI住宅，是指住宅的结构体S（Skeleton）和居住体I(Infill)完全分离的住宅。在20世纪60年代，荷兰建筑师哈布瑞肯（Habraken）针对当时工业化生产下单调刻板的大量住宅首先提出“骨架支撑体理论”（简称SAR理论），以倡导建筑适应社会变化的新概念。它重视人的生活方式对居住空间、环境多样化的要求，鼓励使用者在设计、建造及使用过程的积极参与和配合。其理论通过荷兰SAR建筑研究基金会得以完善，形成基于两段供给方式、空间选择多样性、层次性三大方向的开放建筑理论。支撑体（Support）和可分体（Detachable Units）是SAR理论中两个重要概念。两者的区别可以根据使用者是否能对其有决定权来判断[1]。
20世纪90年代后，日本依托先进的技术和产业优势研发出新型的KSI住宅（Kodan Skeleton and Infill Housing）。KSI住宅具有结构体长寿命（100年）、居住体可变、可更换等循环型住宅的可持续发展特质，伴随着关联技术的研发和产业化的发展，KSI住宅已走向成熟推广的阶段。
3、SI住宅的可持续设计方法
20世纪70年代两次能源危机的爆发使人们对地球资源的有限性有了清晰的认识，制止对环境的破坏，为未来人类提供一个良好的生存环境已成为世界人们的共识。以动态发展的观点看，住宅从规划、设计、建造、运行、直至拆除或再利用有一个全寿命周期。与其它消费品相比，它占用更多的能源和资源，而且拆除时会产生大量的废弃物，从而造成很大的环境负荷。为了改变这种现状就必须改变目前“大量生产、大量消费和大量废弃”的住宅建造体系，从而实现住宅的可持续发展。SI住宅可持续性通过结构体的耐久性、支撑体的可变性和管线次系统的独立性三个层面加以实现，并适应了3R(Reduce、Remove、Recycle)的住宅系统的可持续设计方法：
3.1结构体的耐久性
住宅的耐久性十分重要，从环境资源和社会经济的角度看延长住宅的耐久性可减少社会资源的浪费、从而提高社会的经济效益。结构体的耐久性是针对住宅的物理性耐久性而言的，如承重结构、外维护等的稳定性。
3.2 填充体的可变性
仅仅结构体的耐久性并不能完全决定住宅的长寿命，它同时受到家庭结构、居住需求和社会变化等因素的影响。因此提高住宅的长寿命很大程度上依赖于室内填充体的可变性或称之为适应性，以适应居住的动态需求变化。另一方面，室内填充体如隔墙，其使用寿命相对结构体（50¬——100年）而言使用寿命较短，隔墙材料的可替换性也是维持住宅长寿命的一个重要因素。
3.3 管线次系统的独立性
管线次系统的独立性不但避免了管线布置对结构墙体的破坏、易于更新和可循环利用，而且通过双重地板间铺设管线提高了居住填充体的可变力，尤其实现了卫生间、厨房位置的灵活布局（图1）。
4、SI住宅实现的关键技术
4.1支撑体的耐久性技术
在日本KSI住宅实验项目中，支撑体的建筑材料广泛采用市面上通用的钢筋混凝土材料，以便于技术的推广运用。由于混凝土结构耐久性强的特点，通过适当的设计、施工和少量的维护就能实现长期的安全使用。通过提高混凝土设计耐久性标准可改变其初始状态，在使用过程中进行必要的安全检查和维护是应对100年以上使用条件不确定因素的一个有效途径[2]。在FLEXSUS22中运用了200年高强混凝土、混凝土耐脏技术和外墙面砖的新施工工法等集成技术。
4.2填充体的可变技术
填充体的可变技术受两个因素限制，一是支持体的涵容力，另一个内装部品干式工法技术。
4.2.1支撑体涵容力。
涵容力泛指将实质生活环境区分成数个层级，较高层次对较低层次有制约作用，高层次改变会影响低层次，而低层次变动时不会影响高层次，涵容力越高表示此层级越能容许多样性。在FLEXSUS22中填充体的空间涵容力是通过扁平柱、无梁楼板等技术实现空间的高效利用，最大确保240m²的无柱空间，内隔墙可灵活分割。而在NEXT21中，支撑体的涵容力主要通过柱网的模数化得以实现。其柱网以7.2与3.6两种轴线组合，不但可以进行住宅的横向增减、上下叠加而且能够适应SOHO办公等非居住功能的置换。
4.2.2内装部品干式工法技术
内装部品干式工法技术通过两个关键技术的集成实现填充体的可变，一方面通过双层地板（200—300 m m）下铺设管线的方式实现了厨卫空间的自由布置；另一方面通过先铺设地板再立隔墙工法实现隔墙的灵活分割（图2）。先铺地板工法隔墙的移动不受地板和吊顶开槽位置的限制，具有更大的变化自由度。
4.3管线次系统可更换技术
管线的布置方式和位置对空间和功能的变化有直接影响，SI住宅通过将公共排水、配线立管设置于住宅外壁两侧公共区域内，户内通过铺设于双层地板间的排水横管连接。Flexsuse22运用加压技术减少了横向排水管道的坡度，通过这一技术的运用横向排水管道的坡度由1/50减小到1/100（图3）实现厨卫空间布局的灵活性和维修的方便性。与传统住宅相比，SI住宅对公共管线的维修和更换不需要进入住户室内。
5、结语
纵观SI住宅理论的产生和发展过程，SI住宅都以系统层级理论作为界面的划分依据，都分为结构体S(Skeleton/Support)和填充体（Infill）两个部分。日本新型的KSI住宅的侧重有所不同，KSI住宅基于“两阶段供给模式”，关注的焦点为结构体的长寿命化和居住填充体的可变性，其设计方法是基于住宅全寿命周期理念下的系统建构和关联技术集成。其施工工法是围绕干施工作业展开的，通过工厂预制、现场组装减少现场的湿作业量，通过部品产业链的建立推进住宅的产业化和住宅建设的可持续发展。当前，我国的SI住宅建设还处于试验性阶段，日本的SI住宅发展过程及技术经验对我国的住宅产业化发展具有十分重要的借鉴意义，而借鉴的关键在于技术的转化，即结合我国的国情，挖掘技术的普适性原则，从而达到推广应用之目的。
参考文献
[1] 夏海山，城市建筑的生态转型与整体设计. 东南大学出版社，2006.
[2] （日）清家刚、秋元孝之，陈滨译，可持续性住宅建设. 机械工业出版社，2008.
图片1：引自（日）清家刚、秋元孝之，陈滨译，可持续性住宅建设
图片2：引自古川徹，钱强，面向22世纪的集合住宅