基于蜂巢結構的模塊化建筑設計研究

李 帆，胡福良

（1.浙江大學建筑工程學院建筑系1801 班，浙江 杭州 310058；2.浙江大學動物科學學院，浙江 杭州 310058）

1 引言

自有“美”的概念以來，人們便意識到大自然在美學層面也存在自然選擇，不論是蝴蝶的背紋、葉的肌理，還是鯨骨的弧度，都被人們發掘并廣泛應用于設計中。而蜂巢結構作為覆蓋二維平面最優的拓撲結構[1]，被建筑設計與城市規劃青睞已久。近年來，隨著建筑技術的高速發展，脫胎于蜂巢結構“重復性”而生的模塊化設計，在建筑設計領域形成了一種風潮。

2 蜂巢結構與模塊化

2.1 蜂巢結構

蜂巢結構是理性與感性共存的。蜂巢的基本結構是一個個正六角形。直觀來看，這樣的結構最顯著的屬性便是其六邊形態與無限重復性。前者為它帶來了許多為人稱道的神奇特性，比如能用最少的材料去塑造最大的面積。人們沉醉于從物理、數學、化學等各個方面對它進行分析，試圖用理性的公式證明其科學美。后者帶來了視覺上最直接的感性美。從平面構成上來說，重復結構在視覺效果上，能夠使形象安定、整齊、規律，營造出一種嚴謹、精致的秩序美感，具有加強人們對形象記憶的優點[2]。因此蜂巢結構在迎來理科式研究的同時，也在為工業設計、服裝設計、建筑設計等設計領域提供源源不斷的靈感。

2.2 模塊化設計

蜂巢結構將一個基本單元重復使用再拼裝組合，與搭積木的手法類似。而這樣通過對獨立構件進行處理、組合，形成完整的結構。這也啟發了設計者，促使他們思考出了一種新的設計方式——模塊化設計。

模塊化一詞最早被運用在工商管理領域，用于逐層分解解決復雜問題[3]。隨著工業化時代的進一步發展，環境問題逐漸嚴重，人們在更多領域將目光轉向了代表綠色環保的模塊化設計，其中便包括建筑領域。

模塊化建筑是以建筑設計為手段，以建筑為主體，將主體所需功能植入基本模塊，對模塊進行重新分類、劃分和組合的設計方式。它存在便捷、環保、易于操作等優點，不僅能夠在降低成本、減少工期方面發揮作用，也能在一定程度上緩解人與自然之間的矛盾，是新思想、新技術、新工藝孕育出的現代化建造方法。

3 蜂巢型模塊化建筑案例分析

模塊化建筑應用廣泛，種類繁多，在結構、空間、形態、甚至構造工藝上都有所體現。在此主要在景觀建筑、單體建筑、社區建筑3 個層面，講述現有模塊化建筑中對蜂巢結構存在直接仿生借鑒的案例，并對其進行分析。

3.1 景觀建筑

Orquideorama 景觀亭，是位于哥倫比亞的一處蜂巢類景觀建筑物。出于保護場地內現有樹木不受干擾的目的，建筑需要有序的結構與靈活的排列。因此，建筑出7 個六邊形模塊組合，在平面上做出蜂巢的仿生模式，并將此模式不斷重復，由此同時滿足靈活與有序的要求[4]。

圖1 Orquideorama 景觀亭

圖2 展廳平面

模塊化建筑的精髓不僅在于模塊組合方式的美妙，也在于單個模塊的精細設計。在此案例中，每個模塊單元都設有空心的中央六邊形樹干，其內部安裝了包括基礎結構、電力設施、雨水收集系統在內的管道設施。

如此一來，每個模塊都可獨立形成一定的微氣候及空間。同時，模塊的優勢也通過多次重復而被放大，共同構成了一張便于雨水收集、熱空氣流通的有機網絡?？梢?，該項目為模塊化建筑領域帶來的積極影響，是由內而外、由形態到技術的。

3.1 單體建筑

紐約創意機構為解決紐約日益增長的流浪人口問題，運用蜂窩結構構思出了一種模塊化拼裝住宅[5]。它被稱為“寄居城市山墻的蜂巢”，能夠加筑在建筑山墻面上，在城市建筑越來越密集的當下，利用豎向空隙解決居住需求問題。

圖3 蜂巢結構立面

圖4 住宅區鳥瞰

“其中，一個六邊形是一個居住模塊，而這個居住模塊又由不同功能的單元房間拼合而成。比如，一個臥室單元和一個書房單元，可以組合成一個帶書房的居住模塊，臥室單元和浴室單元則組合成了可淋浴的居住模塊。

圖5 臥室單元

圖6 浴室單元

單元拼成模塊，模塊構成建筑。在這樣的生產方式之下，一整面墻的家庭單元都可以在一天之內組裝完成。同時，每個模塊的相似也讓居住者可以快速部署，并迅速適應建成環境的變化，這是模塊化建筑帶來的人性化便利。

3.2 社區建筑

蜂巢奇異的六邊形不僅讓建筑師們在居住建筑單體上靈感噴涌，也引發了他們對城市未來“模塊化”社區的思考。

“城市蜂巢”是在上海進行的一次社區建筑展覽。設計師們旨在利用模塊化、靈活的和可重復利用的方式重新思考未來的社區生活。設計將3㎡的立方體空間作為基本模塊，每個模塊都被植入不同的功能，包括起居室、臥室、廚房、餐廳、書房、健身房和工作室等[6]。這些模塊被組合成不同的布局，根據未來使用者的實際需求進行橫向和縱向的靈活組合和延展。

和單體建筑不同的是，在社區建筑中，與蜜蜂集群性的生活模式類似，設計者更多地思考和規劃了人們未來在這個社區中居住的秩序。比如，居民共享某個模塊的功能，將這些模塊在社會關系上聯結起來；或是將某個模塊同時對社區內外開放使用，把社區與社會聯結起來。

4 模塊化建筑優勢與發展展望

4.1 優勢及發展意義

從諸多現存蜂巢型模塊化建筑案例中可以看到，模塊化建筑作為一種集成度高、生產周期短的建筑模式[7]，具有方便、適應性強、經濟性高的優點，能夠在一定程度上解決環保、人口、城市密度等社會問題。此外，傳統建筑方式帶來了許多建筑行業的負面問題，比如建筑垃圾的制造、施工現場的水資源污染等。模塊化建筑與其裝配式的預制方式，為改善建筑行業提供了一條可預見的路徑。

4.2 發展展望

近年來，隨著工業化水平不斷提高，模塊化建筑在技術方面不斷精進，在國內外運用已非常廣泛。如今，我國人口紅利逐漸降低，建筑界也出現了施工勞動力緊張的情況[3]；加之碳中和與節能環保理念被提到前所未有的高度，這些都將直接推動模塊化裝配式建筑向前發展?？梢灶A見，模塊化已經并將越來越成為“未來”建筑的代名詞。

5 結語

蜂巢結構以其特殊的形態特點與無限延展的復制性，為建筑師帶來了源源不斷的靈感。不僅有蜂巢仿生的建筑形態，更出現了模塊化建筑這種脫胎于蜂巢特點的制造模式，在景觀建筑、單體建筑、建筑社區等層面都已有諸多構思與案例。經過數年的發展，模塊化建筑以其適應現實的優越性，在國內外使用將會越來越廣泛，這項由蜜蜂帶給人類的技術必將在未來持續不斷地發揮作用。