一种建筑结构体基本模数单元的构建方法

摘要

本发明提供一种建筑结构体基本模数单元的构建方法，依据集装箱容纳空间的高度尺寸及模数化尺寸搭建建筑结构体；提供用于安置在建筑结构体内部空间中且由多个模数化的功能模块构件组成的内胆系统，且各内胆系统的长、宽、高尺寸与该集装箱容纳空间的尺寸相匹配以便封装在集装箱内进行运输；提供至少一用于装设在建筑结构体内的设备管线系统及外墙系统，且该设备管线系统及外墙系统的长、宽、高尺寸与该集装箱容纳空间的尺寸相匹配以便封装在集装箱内运输；将内胆系统、外墙系统及设备管线系统依序组装于建筑结构体的空间内，以构建一建筑结构体的基本模数单元，进而实现建筑结构体的模数化，标准化、快速安装以及可持续建造和改造。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种建筑结构体基本模数单元的构建方法。

背景技术

住宅是人类保护自身，抵御外界干扰和侵入的生存空间。这个空间由简单到复杂，伴随 着人类的文明步伐发展到当今现代化的高水准，其中提高舒适程度、营造可变空间是高水准 的核心内容。目前，中国正在大规模建设保障性住房，无论是经济适用房、限价房、公租房 或廉租房，居民的家庭生活只是局限在住宅内部空间的，无法利用到住宅的结构体系，真正 占有的和使用的仅是住宅的内部空间。换句话说，居民只是住宅内部空间的所有人，占有和 使用住宅内部空间。提高住宅舒适程度、营造可变居住空间是保障性住房设计现代化高水准 的重要内容，关键就是住宅户型的设计与建造方式的转变。

在保障性住宅的设计建造过程中面临的最大问题就是如何在有限的空间条件下实现住宅 使用空间的最大化，并使得使用空间具备可改造性。目前保障性住宅的规划建设更多的只是 商业住宅楼盘的简化版，忽视了居民的基本生活。既不“经济”，也不“适用”，不能满足其多 样化的居住空间需求。其突出问题表现在：

(1)功能空间设计不合理、浪费面积。功能空间设计不合理、浪费面积的套型设计频频 出现，这反映出各地对中小套型保障房设计研究的长期缺失。例如在许多设计方案中，即便 是40-50平方米的小套型也设立独立的起居室与餐厅空间，大客厅、大餐厅的设计导致卧室 空间非常局促，严重影响住宅的居住质量。另外，对于60平方米以下的小套型而言，住宅的 储藏空间是非常重要的功能空间，然而，现在却盲目追求的“大客厅”、“大餐厅”，储藏空间 过小。对住户的需求没有全方位的了解，缺乏人性化、精细化的设计。

(2)标准化、模数化意识薄弱。我国在上世纪60年代初，就制定了“建筑统一模数制”， 80年代又制定了《建筑模数协调统一标准》，对于工业和民用建筑的标准化、工业化起到了 积极的推进作用。但由于长期以来建筑与部品模数难以协调，严重阻碍了住宅部品标准化、 通用化、工厂化的进程。目前保障性住房的设计建造缺乏标准化、模数化的意识，尤其厨房、 卫生间的设计有欠考虑，存在厨房、卫生间规格尺寸凌乱的现象，为住户二次装修埋下了隐 患，成为了住宅产业化发展的拦路虎。

(3)缺乏可持续性思想。目前，保障性住房建设可谓时间紧、任务重，很多开发单位、 设计单位在努力缩短设计周期的同时忽略了一些保障性住房应有的设计考虑。我国保障性住 房前期建设投资巨大，但其套型设计普遍比较粗放，套内采用大量承重墙造成套内空间缺乏 灵活性和可改造性。缺少有可生长空间的合理结构方案，在入住家庭生命周期变化时对套型 进行二次改造的可行性较差。不容忽视的资金投入还有后期的维修、维护资金，这将可能是 20年后我国存量保障性住房面临的最重要问题。因此，除了建筑主体的可持续性外，套内装 饰材料和部品设备的可持续性也值得关注。随着居住年限的不断增加，住宅内部很多装修材 料及部品设备都会老化，这就需要提前考虑未来维修、维护和更替的便利性，从建筑设计的 角度充分考虑减少房屋维护成本。随着我国未来城市化步伐的趋缓、人口结构的变化以及住 宅需求的改变，不具备可改造性的大量保障性住房将面临无处可去的尴尬，许多保障性住房 可能成为新一代的建筑垃圾。

发明内容

鉴于以上所述现有居住建筑的缺点，本发明的目的在于提供一种建筑结构体基本模数单 元的构建方法，用于解决现有居住建筑的功能空间设计不合理、浪费面积，设计建造缺乏标 准化、模数化以及可持续性等问题。

本发明的目的在于提供一种建筑结构体基本模数单元的构建方法，用于解决现有技术中 建筑体的建设过程中建筑材料运输的物流成本高，以及搭建、维修、维护和更替缺乏便利性、 周期长、资金投入大等问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种建筑结构体基本模数单元的构建方法， 其特征在于，所述构建方法至少包括：建筑结构体，并使得所述建筑结构体内部空间的长、 宽、高的净距为300mm的模数，且使所述建筑结构体内部空间高度的净距不大于所选用集装 箱可容纳空间的高度尺寸；提供用于安置在所述建筑结构体内部空间中且由多个功能模块构 件组成的内胆系统，且各该功能模块构件的长、宽、高为300mm的模数，且各该功能模块构 件的长、宽、高尺寸与该选用集装箱容纳空间的长、宽、高尺寸相匹配以便封装于所述选用 集装箱内进行运输；提供至少一用于装设在所述建筑结构体之外边框的外墙系统，且该外墙 系统中各构件的长、宽、高为300mm的模数，并与该选用集装箱容纳空间的长、宽、高尺寸 相匹配以便封装于所述选用集装箱内进行运输；提供用于装设在所述建筑结构体之内边框的 设备管线系统，且该设备管线系统中各构件的长、宽、高为300mm的模数，并与该选用集装 箱容纳空间的长、宽、高尺寸相匹配以便封装于所述选用集装箱内进行运输；以及将所述内 胆系统、外墙系统及设备管线系统藉由所述选用集装箱运输至现场，依序组装于所述建筑结 构体的空间内，以构建一完整的建筑基本模数单元。

本发明建筑结构体基本模数单元的构建方法中，系通过塔吊或吊装的方式将所选用集装 箱内部的所述内胆系统、外墙系统及设备管线系统依次取出并依序组装于所述建筑结构体的 空间内。

本发明建筑结构体基本模数单元的构建方法中，所述选用集装箱式的规格为20尺柜、40 尺柜、40尺高柜、以及45尺高柜中的任一种。

所述建筑结构体的内部空间是由建筑结构体、外墙系统、内胆系统以及设备管线系统共 同搭建而成的模数化内部空间。

优选地，所述内胆系统的各模数化的功能构件经相互拼装后形成室内各功能空间，各该 功能构件经集中组装后与该选用集装箱容纳空间相匹配。所述内胆系统包括顶棚构件、内墙 构件、地面构件及集成厨卫中的至少一种。所述内胆系统各构件的长度、宽度及高度为300mm 的模数。

优选地，所述外墙系统包括外维护构件、阳台构件、遮阳构件和其他基本模数单元之间 的外部连接构件。

优选地，所述设备管线系统包括暖通与空调系统、给水排水设备系统、燃气设备系统、 强电与弱电系统、消防系统、电梯系统、新能源系统、智能化系统中的至少一种。

如上所述，本发明的建筑结构体基本模数单元的构建方法，具有以下有益效果：

基于集装箱模数的建筑部品部件是指，所有产品与所选用集装箱的内部空间尺寸相匹配， 再根据功能将各部件进行分组，自身的功能和结构相对独立，能很好地方便建筑内胆系统、 外墙系统和设备管线系统的物流运输，解决功能和产品结构的问题，使得产品的结构更加清 晰。改变了以往的由分散的零部件来设计、组装和管理产品的思想方法和工作方法。部品部 件的模块数化设计是在功能分析的基础上对产品结构和尺寸的设计，所以它不但可以满足住 宅建筑室内产品的功能要求，还能解决产品结构复杂混乱的问题，在产品设计方面具有很强 的优越性；再者，因为部品部件是产品部分功能的封装打包，用户和室内设计师可以直接使 用部品部件来设计室内空间，通过部品部件的组合形成多样化的内胆。用户还可以不需要依 赖专业人员就可以对部品部件进行DIY(Do it yourself)式的装配。既提高了用户的参与性，又 节省了施工的费用，还可以在自己动手制作的过程中感受到乐趣。另外，这种组合式的家庭 内胆系统，支持绿色产品结构，可以实现绿色产品的拆卸设计，从而实现回收设计和重用设 计，形成资源的可循环利用。

附图说明

图1A显示为本发明建筑结构体基本模数单元的建筑结构体示意图。

图1B显示为本发明基本模数单元的建筑结构体的双轴线定位布置方式示意图。

图2显示为本发明建筑结构体基本模数单元的分解示意图。

图3～图6显示应用本发明建筑结构体基本模数单元组成的建筑结构体的形态示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图2。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说 明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定 条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影 响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵 盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及 “一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系 的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图所示，本发明提供一种建筑结构体基本模数单元的构建方法，该方法包括以下步骤：

首先，搭建建筑结构体(亦称支撑体，Skeleton)11，并使得所述建筑结构体11内部空 间110的长、宽、高的净距为300mm的模数(例如100mm、150mm、300mm，450mm，600mm， 480mm，900mm，1200mm等)，且使所述建筑结构体内部空间高度的净距不大于所选用集 装箱可容纳空间的高度尺寸，其中，图示1及图2中H所示为建筑结构体11内部空间110 高的净距，图示1中L所示为建筑结构体11内部空间110长的净距，图示1中W所示为建 筑结构体11内部空间110宽的净距。所述建筑结构体11的内部空间是由建筑结体构、外墙 系统13、以及内胆系统12以及设备管线系统共同搭建而成的模数化内部空间。

需要特别说明的是对建筑结构体的定位方式，请参阅图1B，显示为本发明基本模数单元 的建筑结构体的双轴线定位布置方式示意图。如图所示，该基本模数单元的建筑结构体的定 位方式，既有按照传统的中心轴线定位的方式，又有按照建筑结构体表面之间的净距来进行 轴线定位的方式，我们称之为双轴线定位。这种定位方式的好处是既能通过中心轴线定位与 传统的建筑施工图定位相衔接，又能通过净距模数定位控制结构与结构之间的距离，与模数 化的构件形成良好的衔接，使模数化的构件的尺寸不会受到结构构件规格变化的影响，图中， N表示为净距模数，M表示为传统轴距模数。

诚如业内人员所熟知的，所述集装箱容纳空间的高度尺寸是指集装箱内尺寸(container′s  internal dimensions)中的高度尺寸，所述集装箱内部的最大长、宽、高尺寸，其中，高度尺 寸为箱底板面至箱顶板最下面的距离(即高度净距)，宽度尺寸为两内侧衬板之间的距离(即 宽度净距)，长度尺寸为箱门内侧板量至端壁内衬板之间的距离(即长度净距)。集装箱内 尺寸决定集装箱内容积和箱内货物的最大尺寸。

在本实施例中，所述选用集装箱式的规格例如为20尺柜、40尺柜、40尺高柜、以及45 尺高柜或者特种集装箱中的任一种，但并不局限于此。具体地，所述集装箱的类型例如为普 通货柜、高柜、开顶柜、平底货柜、折叠平台用货箱中的一种。其中，普通货柜又例如20尺 柜(容纳空间为5.69米×2.13米×2.18米)，40尺柜(容纳空间为11.8米×2.13米×2.18米)； 高柜例如为40尺高柜(容纳空间为11.8米×2.13米×2.72米)，45尺高柜(容纳空间为：13.58 米×2.34米×2.71米)，开顶柜例如为20尺开顶柜(容纳空间为5.89米×2.32米×2.31米)， 40尺开顶柜(容纳空间为12.01米×2.33米×2.15米)；平底货柜例如为20尺平底货柜(容纳 空间为5.85米×2.23米×2.15米)，40尺平底货柜(容纳空间为12.05米×2.12米×1.96米)； 折叠平台用货箱例如为20尺可折叠平台用货箱(容纳空间5.946米×2.216米×2.233米)，40 尺可折叠平台用货箱(容纳空间12.080米×2.126米×2.043米)。由于集装箱的标准规格已为 本领域技术人员所熟知的现有技术，故不再在此赘述。

需要说明的是，在本发明建筑结构体基本模数单元的构建方法的各步骤中，所选用的集 装箱均为同一种标准规格尺寸的集装箱，在本实施例中，暂以40尺高柜(容纳空间为11.8 米×2.13米×2.72米)的集装箱为例进行说明。

呈如图1所示，所述建筑结构体11例如为由多根承重梁、柱体系111固定连接的长方体 结构框架。在具体的实施例中，所述承重梁111例如为钢筋混凝土承重梁或者钢梁，其使用 寿命依据建筑的商用、民用、或者军用的寿命要求进行选材和搭建，一般而言，建筑结构体 11的设计寿命为100年。所述长方体框架11为一个三维的六面体结构，其外边框及内边框 的定义将依据该长方体框架的朝向确定，例如将该长方体框架朝向南面的一个边框定义为外 边框，其余的三个边框定义为内边框，又或者，将朝向北面的一个边框定义为内边框，其余 的三个边框定义为外边框，在本实施例中，将以图1所示的该长方体框架的A面(箭头A所 示的面)为外边框，B面(箭头B所示的面)为内边框进行描述。

其次，提供用于安置在所述建筑结构体11内部空间110中且由多个模数化的功能模块构 件组成的内胆系统(亦称填充体，Infill)12，且各该功能模块构件的长、宽、高的净距为300mm 的模数，且各该功能模块构件经集装后的长、宽、高尺寸与该选用集装箱容纳空间的长、宽、 高尺寸相匹配以便封装于所述选用集装箱内进行运输，在本实施例中，所述内胆系统12的各 功能模块构件经拆散拼装后形成室内各功能空间，各该功能构件经集中拼装后与该选用集装 箱容纳空间相匹配。

如图所示，所述内胆系统包括顶棚构件(未图示)、内墙构件121、地面构件124及集 成厨卫中的至少一种。所述内墙构件121可以间隔出多个居住空间120，本实施例中，图示2 中以其中一个功能模块构件为例标示了长、宽、高，即H1所示为内墙构件121的高，图示1 中L1所示为内墙构件121的长，图示1中W1所示为内墙构件121的宽。如此一来，即可便 于为板式模数化的内墙构件121安装在所述建筑结构体11内部空间110中，具体地，所述内 墙构件的长度和宽度为300mm的模数。

在具体的实施过程中，由于单个居民用户在保障性住房中居住的时间、各个部品部件的 生命周期有所不同，因而，所述内胆系统12的选材相对灵活，可以根据其可以预期的更换频 率进行设计，例如，在廉租房项目的建设过程中，一个基本单元内的内胆系统12可能会在 10年或20年更换一次，则该内胆系统12采用使用寿命符合的材质，可以在期满后实现拆卸 组装的方式进行维护、更换等操作，因为所述内胆系统12是产品部分功能的封装打包，用 户和室内设计师可以直接使用其来设计室内空间，通过部品部件的组合形成多样化的内胆。 另外，这种组合式的家庭内胆系统，支持绿色产品结构，可以实现绿色产品的拆卸设计，从 而实现回收设计和重用设计，形成资源的可循环利用。

然后，提供至少一用于装设在所述建筑结构体11之外边框(箭头A所示的面)的外墙 系统13，且该外墙系统12中各组件的长、宽、高净的距为300mm的模数，并与该选用集装 箱容纳空间的长、宽、高尺寸相匹配以便封装于所述选用集装箱内进行运输。在本实施例中， 所述外墙系统13包括外维护构件、阳台构件、遮阳构件和其他基本模数单元之间的外部连接 构件。换言之，依据本发明提供的建筑结构体基本模数单元的构建方法所建造的建筑物可以 根据其所在的环境(包括地理位置、经纬度、季风气候、建筑物的周围环境等因素)选用不 同材质和类型的外墙系统，例如干挂石材墙体、玻璃幕墙或垂直绿化墙体等。

在具体的实施过程中，所述外墙系统13还包括外维护构件132、阳台构件131、或用于 连通另一基本单元的例如可以组装拆卸的室外楼梯等的外部连接构件(未图示)。在本实施 例中，图示2中以其中一个组件为例标示了长、宽、高，即H2所示为外维护构件132的高 度，图示2中L2所示为外维护构件132长度，图示2中W2所示为外维护构件132的宽度。 如此一来，即可便于将模数化的外维护构件132安装在所述建筑结构体11的外边框上。

接着，提供用于装设在所述建筑结构体11之内边框(箭头B所示的面)的设备管线系 统14，且该设备管线系统14中各组件的长、宽、高为300mm的模数，并与该选用集装箱容 纳空间的长、宽、高尺寸相匹配以便封装于所述选用集装箱内进行运输。在本实施例中，所 述设备管线系统包括暖通与空调系统、给水排水设备系统141、燃气设备系统140、强电与 弱电系统、消防系统、电梯系统、新能源系统、智能化系统中的至少一种。需要说明的是， 为简化图示，在图2中仅绘制了燃气设备系统140和给水排水设备系统141，特此述明。

将藉由所述选用集装箱内运输的内胆系统12、外墙系统13及设备管线系统14依序组装 于所述建筑结构体11的空间110内，以构建一建筑结构体的基本模数单元。在具体的实施过 程中，往往需要将预先加工制造完好的内胆系统12、外墙系统13及设备管线系统14藉由选 用的集装箱进行封装打包后运输至所述建筑结构体的所在地，然后从选用集装箱内取出依序 进行组装，进而完成基本单元的构建。例如，通过塔吊或吊装的方式将所选用集装箱内部的 所述内胆系统、外墙系统及设备管线系统依次取出并依序组装于所述建筑结构体的空间内。

因而，本发明提供的方法是基于选用集装箱模数的部品部件模块化是指把产品按照选用 集装箱的标准尺寸，再根据功能将部件进行分组，自身的功能和结构相对独立，能很好地方 便了内胆系统、外墙体系和设备管线系统的物流运输，解决功能和产品结构的问题，使得产 品的结构更加清晰。改变了以往的由分散的零部件来设计、组装和管理产品的思想方法和工 作方法。部品部件的模块化的模数化设计是在功能分析的基础上对产品结构和尺寸的设计， 不但可以满足建筑室内产品的功能要求还能解决产品结构复杂混乱的问题，在产品标准化和 产业化方面具有很强的优越性。

需要特别说明的是，本发明提供的构建方法所建造的建筑结构体的基本模数单元可以实 现模数化，换言之，本发明提供的基本模数单元可以呈蜂窝式扩展，以构成多种多样的建筑 物，请参阅图3至图6，如图3所示，所述的多个基本模数单元1可以组成呈矩阵式的建筑 结构体；如图4所示，所述的多个基本模数单元1可以组成十字形的建筑结构体；如图5所 示，所述的多个基本模数单元1可以组成S形的建筑结构体；如图6所示，所述的多个基本 模数单元1可以组成圆形的建筑结构体。但并不局限于此，在更多的实施方式中，本发明提 供的基本模数单元1而非按照特定的数目和形状进行建造，其实际实施时由基本模数单元的 组成的各种型态可为一种随意的改变，其布局型态也可能更为复杂。

本发明的基于集装箱模数的部品部件模块化是指把产品按照集装箱的标准尺寸，再根据 功能将部件进行分组，自身的功能和结构相对独立，方便住宅内胆系统的物流运输，解决功 能和产品结构的问题，使得产品的结构更加清晰。住宅建筑室内集装箱模块化设计是在功能 分析的基础上对产品结构和尺寸的设计，所以它不但可以满足住宅建筑室内产品的功能要求， 还能解决产品结构复杂混乱的问题，在产品设计方面具有很强的优越性。

而模块内部具体部件产品的组合关系，可以由产品生产企业相互协调研发具体产品的规 格、尺寸等实现模块组装的细节。这样，把相互分离的生产企业之间联系了起来，协调了建 筑部品部件的生产加工，从而提高了整个住宅建筑室内产品的质量。

集装箱尺寸的大型部品部件通过屋顶的吊车系统提升至住户外墙直接安装，从而建立了 一整套从部品商到总成厂商到物流到安装到未来回收的产品生命历程的物流体系。建造过程 只是物流过程的一段而已。事实上从外墙安装大型的部品部件还有一个很关键的原因就是为 了未来成套的智能化家居能够进一步在公租房内升级。智能化家居主板墙、整体水墙、住宅 引擎系统、大型led天花、阳台热水和地板热水系统、整体衣柜、智能化试衣镜等组件，这 些原来受制于住宅电梯尺寸而无法在建筑安装工程结束日前完成的工程，都有机会在未来逐 步安装，建造扩建改建，从而实现一个逐步建造的，可持续的住房体系。

综上所述，藉由本发明提供的建筑结构体模数基本单元的构建方法，人们对建筑内部空 间内胆系统的需求是多样化的，对建筑室内空间的使用要求可通过具体的部品部件来实现。 而要想实现部品部件的大规模加工、生产，就要实现部品部件的模数化和标准化。模块化内 胆系统是由模数化的模块构成的，模块是许多部件集成的相对独立的功能单元，通过标准的 接口设计来实现多样化的组合拼装。所以，模块化的内胆系统可以实现标准化和多样化的有 机结合，它是多品种、大批量与高效率的有效统一的标准化方法。模块内部具体部件产品的 组合关系，可以由产品生产企业之间根据选用集装箱的标准尺寸要求相互协调研发具体产品 的规格、尺寸等实现模块组装的细节。这样，把相互分离的生产企业之间联系了起来，协调 了部件产品的生产加工，从而提高了整个建筑室内产品的质量。通过模块的不同组合，就可 以创建不同需求的建筑室内产品，满足用户对空间多样性和可变性的需求，可以有效地解决 部品部件标准化与使用多样化的矛盾。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具 高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。