装配式模块化集成凸窗设计思考

住宅产业化的发展离不开住宅建造体系的支持，需要按照住宅产业化的发展特点，从规划、设计、施工组织、部品生产到物业维护等每一个环节都配合起来，住宅设计推行标准化、模数化和多样化，积极采用新技术、新材料、新产品，逐渐形成完整的住宅产业化（工业化）体系。

因此提出装配式模块化集成凸窗产品设计的思考，可应用于夏热冬暖地区既有建筑改造及新建建筑项目，积极响应城市更新的国家政策及行业要求，为我国城市更新发展提供设计思考，进一步推动我国住宅工业化的发展。

1 集成凸窗设计必要性

夏热冬暖地区以广州一线城市为代表，在城市更新有多年的实践经验基础。2015年，广州市出台《广州市城市更新办法》，其中明确了工作原则、分工机制、城市更新的范围、城市更新的方式、城市更新主体、城市更新资金筹措与使用等内容；2019年4月，出台了《广州市深入推进城市更新工作实施细则的通知》，说明政府要加大对城市更新项目的支持；2021年7月，《广州市城市更新条例(征求意见稿)》发布，是对广州市十多年来行之有效的城市更新规章、政策进行总结提炼并上升为地方性法规的举措，推动形成“1+1+1+N”的政策制度体系，以“国土空间规划”+“城市体检”为基础依据，坚持全市一盘棋系统性推动城市更新，引领城市更新进入高质量发展阶段。

改革开放以来，广州城镇化进程既为庞大的农村人口进程就业提供了机会，客观上也生成“城市包围农村”，导致“城中村”林立的局面和一系列问题“城中有村，村中有城，村外现代化，村内脏乱差”。目前广州老旧住宅建筑如大量城中村存在些许问题，以下重点针对窗户使用需求增加及外立面杂乱等问题进行详细阐述。

1.1 老旧住宅窗外使用需求增加

老旧住宅及夏热冬暖地区城中村在设计时均缺乏对阳台及窗台的附属设施考虑，最初出于安全性考虑，阳台及窗户安装不锈钢防盗网，设置形式各家不同，掉漆脱色上锈，防盗网上檐附加简易不锈钢雨蓬，可起遮阳防雨功能，材料价格便宜，质量良莠不齐，多数已破旧老化。 广州城中村内实地调研发现，防盗网网内空间常被居民利用起来，可用作挂晒衣区、种植区、空调外机、堆放生活杂物等功能（图1）。

1.2 分体空调机在老旧建筑中现存问题

老旧住宅随着空调落户广大居民家庭，空调室外机的安装也是新建建筑、既有建筑的大难题，经总结夏热冬暖地区主要存在以下问题。

（1）空调外机室外作业安全问题。空调室外机安装到外墙面上，安装工人师傅需要高空作业，因攀爬、挪移空调室外机时发生电击身亡、室外机坠落、安装和维护人员在操作过程中的坠落等直接危害生命安全的现象频现。

（2）空调外机固定安全问题。纵观城市市区的住宅小区、沿街高楼、工业厂房的墙外都布满了大大小小的空调外机，固定支撑基本上都是靠铁质的三角支架，三角支架易生锈、老化、寿命短。三角支架通常采用钢及纯铁为支架材料，材料寿命仅为5~6年；另一方面，铁质的空调外机支架由于常年在外遭受日晒雨淋，发生生化反应、热胀冷缩使生锈腐蚀，使用寿命减弱。

（3）空调外机乱安装影响城市外立面。随大量空调室外机的安装需求增加，众多的城市老旧小区中由于没有预留安装空调室外机的空间，常会看见外立面上空调外机随意安装，室内外机的管线在外立面上随意连接，颜色与原外墙面颜色差异较大，影响整个城市的外立面效果。此外，不合理的外机安装，出现噪声、漏水等问题会激发邻里之间的矛盾。

1.3 窗式空调现阶段的使用

在一些老旧城中村存在大量使用窗式空调的住宅，窗式空调安装较简单不需要太多技术，在窗户或外墙上预留洞口，即使没有专业人员，住户自己可完成安装，且不需室外高空作业，减少危险。

空调内机与外机一体化设计，不占用室内空间，室外不需预留空调机位，节省空间；价钱非常便宜，适合预算低或租房的人群，因为房价较高，窗式空调成为住户的首选。但窗式空调在使用上存在噪声较大、制冷面积小、影响室内采光等缺点。

1.4 设计策略

随着生活品质的提高，人们对住宅的使用需求增加，对住宅内部舒适度要求随之增加，现代设计师需要转变设计思维，摆脱传统的建筑形式，短时间内高品质大批量生产出工业化住宅来满足人们对住宅越来越高的需求，让住宅建筑更适应建材部品的 安装需要。

采用装配式模块化集成凸窗，将窗外部分集合成一个模块化的集成凸窗，按照一定的尺寸及模数在工厂里预制加工成为成品，到改造现场进行施工安装。考虑到施工便捷及缩短工期，便于后期修理及更换，集成凸窗产品，只需在原建筑上拆除原窗框、原窗玻璃，留出窗口安装集成凸窗，后期整体更换 即可。

安装模块化集成凸窗产品过程中，可对住户的日常生活造成较小的影响，并以最短时间完成更换 与安装。

装配式模块化集成凸窗以产品化设计思维，采用工厂预制现场安装的装配式设计理念，运用智能家居集成的方式，完成集成凸窗的产品化设计、标准化设计，缩短施工现场的安装时间，消除当下空调室外机的安装问题隐患，解决城市外立面的杂乱现象，快速实现城市更新的目标。

2 集成凸窗产品化设计

2.1 集成凸窗基础版

窗户的最原始的形象是个洞口，窗从通风口发展到现在，可以具有通风、采光、观景的功能，还具有遮风挡雨、保温隔热、隔声的功能，更在外立面的设计上增加了审美层面的意义。

窗口本质特征是人与自然沟通的媒介，通过它可以获得多样化的感知。以下是对集成凸窗基础功能、形式、尺寸的设计思考。

2.1.1 功能

（1）自然通风。通风是窗户最重要的基础功能，为了促进室内外空气的流通，通风面积、通风方式、楼层高度、空气流动的速度、洞口位置、窗户的开启方式都会对窗户的通气量有影响。

如在人员密集的场所空间，自然通风不能解决空气流通的需求时，也可以通过一些机械通风的方式来辅助解决通风问题。如果是一个单独的窗口来说，窗户应设计在窗的中上部，房间内冷空气在下面，热空气向上升，2m左右是房间内存留的污染空气带，开启窗户后可以将其排出。

（2）自然采光。透过玻璃进入室内的阳光不仅提供满足人员活动需求的光照，也影响着房间的热舒适性。采光设计统筹考虑其对光、热环境的交叉影响，才能取得最理想的效果。多数采光构件兼具通风功能，调节室内小气候，改善室内空气质量，减少空气传播疾病的发生。

（3）空间拓展。选择集成凸窗的产品进行研究，是因为近年来凸窗可以不计入建筑面积却能增大房间的使用空间，可以实现房间的空间拓展，邻窗区是起居空间里价值最高的区域，作为室内空间的延展对凸窗区进行合理规划设计，可实现更充分的空间利用。凸窗是大部分住宅建筑会优先选择的窗户类型，在老旧小区更新的项目中更可以满足居住者的使用需求。

窗户作为建筑外围护结构的开启部位，不但要满足人们对采光、日照、通风、观赏等基本功能要求，还应有良好的保温、隔热、隔声性能以及足够的气密性、水密性和抗风压强度，才能为人们提供舒适、健康、宁静的生活环境。

2.1.2 形式

基础版一：正向采光面可满足大面积自然采光，侧面铝板开启扇满足自然通风，按照规范要求外挑600mm实现空间拓展，可预留插座及顶灯，如图2所示。

基础版二：可满足大面积自然采光，空间拓展等基础功能，为了某些项目功能需求及外立面效果，可不设置外开启扇自然通风，应用于机械通风建筑中，如图3所示。

窗是由窗洞、窗框、窗扇、玻璃等几个部分组成，在研究窗户与原建筑的安装构造接口时，要着重注意墙体与窗框之间、窗框与窗扇之间、窗扇与玻璃之间等部位的连接设计，这些接口在窗的隔声、外围防护、节能设计等问题上有重要影响。

本产品作为整体构件与墙体连接，只需解决墙体与窗框之间的接口做法。墙体与窗框连接处首先将不锈钢钢板通过螺栓的方式固定在原建筑窗洞口处，同时将原墙面不平整处打磨填实。

凸窗产品将窗框、窗扇、玻璃提前在工厂生产预制，作为一个整体构件与不锈钢钢板连接，窗框龙骨采用加强型材龙骨，内部填充保温岩棉、多层阻燃板，外部使用铝板包裹，颜色可随项目外立面设计 而选择。

产品拆开爆炸图如图4所示，从内部至外部构造做法分别为：铝板内饰面、原墙体洞口、钢板固定板、加强型材龙骨、插座及顶灯、保温岩棉、多层阻燃板、铝板外饰面、安全玻璃。

2.1.3 尺寸

由于该凸窗产品在城市更新背景下，老旧建筑改建情况较多，结合老旧建筑常规窗口尺寸设计，根据不同居住空间使用要求实现模块设计，并按照标准化尺寸进行标准化产品设计。

工业化住宅建筑为了满足平面标准化，功能布局灵活，和预制构件与部品部件之间尺寸相互协调，建议采用模数网格进行设计。工业化住宅外门窗洞口的优先尺寸可取现行行业标准JGJ/T445—2018《工业化住宅尺寸协调标准》的推荐尺寸，优先尺寸及产品标准化尺寸见表1。

2.2 集成凸窗升级版

旧住宅建筑窗的设计仅停留在对按照功能要求排列的洞口进行合理的窗型选择、排列组合。近几年新建建筑开始关注如何把窗自身之间以及窗和墙面上的其他要素（空调板、屋檐、遮阳板等）有机组合在一起，使之有条理、有秩序、有个性。

在基础版集成凸窗产品基础上进行功能集成，随着生活品质的提高，居民可配置空调一体机、窗式净化新风机、智能调光玻璃膜等多种电子产品增加制冷、净化空气通风换气、遮阳隐私等功能（图5）。可在住宅内增加智能家居的使用，如可使用便捷加湿雾化器对少数冷凝水的雾化处理，不需要在外立面上增加杂乱的冷凝水管；可使用空调伴侣、门窗传感器、温湿度传感器等智能产品，增加人们在房间内的舒适度与智能化关怀等。

“少规格，多组合”是装配式建筑设计重要原则，通过标准化模数和模数化组合，形成多样化及个性化建筑整体。标准化设计还可减少构件规格种类，利于构件的生产制造与施工，实现构件和部品的可 互换性。

集成凸窗升级版产品在基础版之上增加模块完成功能集成，可按照用户需求在原基础版四周分别增加标准化功能模块，空调模块、储物模块、新风模块等，如图6所示。

（a）

（b）

（c）

图6 升级版产品

（a）产品示意一；（b）产品示意二；（c）产品示意三

3 立面标准化与多样化设计

无论在老旧建筑改造还是新建建筑上，应追求立面标准化设计。装配式住宅设计应遵循“集成”的设计理念来实现立面形式的标准化与多样化的统一。

外立面设计上满足采光、通风、窗墙比等一系列规定规范的前提下，工业化建筑立面的设计可通过调节外立面墙板分格、外门窗尺寸规格、外饰面颜色变化、排列方式、韵律特征等方式使外立面设计呈现标准化与多样化。 模块之间通过色彩变化、机理变化、光影变化、组合变化结合构件本身造型设计实现立面标准化与多样化的有机统一。

本装配式模块化凸窗产品在立面设计时采用基础版凸窗产品及增加功能模块来实现标准化与多样化的统一。通过案例调研，应用集成凸窗产品外立面设计可参考如下项目案例，如图7~图9所示。

4 结束语

本研究提出了装配式模块化集成凸窗产品设计思考，可以以模块化功能集成的方式作为产品应用于夏热冬暖地区既有建筑改造及新建建筑项目，响应城市更新的国家政策及行业要求，应用工业化建筑“集成”的设计理念来实现立面形式的标准化与多样化的统一，以期为我国城市更新发展提供设计思考，进一步推动我国住宅工业化的发展。