在建筑设计中,模数系统就是在建筑模数的基础上制定的一套尺寸协调的规则,确定建筑及其构配件尺寸,并通过它使选定的尺寸与用工业化方法生产的制品、构配件及材料的尺寸相配合。
模数系统
以合乎比例的、通用的、建筑和机械的和谐尺度为控制要素,空间和形体进行有序组织,最终使一个空间、一座建筑或一个建筑群形成一个完整系统,从而建成相同秩序的综合人居环境。
- 英文名称
- module system
- 所属学科
- 科学技术史
中国古代的模数:中国古代的城市建设、建筑形制均涉及模数系统,如考工记中工匠营建都城的制度以“夫”“里”为基本单位,也是城市营造时采取的“街坊”单位。在建筑单体的建造上,中国传统木构建筑体系十分成熟,模数概念在平面开间、进深,构件、材料的选取和加工等各个方面都有应用。
西欧古代的模数:古希腊的建筑主要是由柱子、额枋和檐部尺寸控制。柱式是以柱子底面半径为模数。其后的西欧建筑按照一定的测量尺度和比例体系进行建造。
近代预制装配建筑与模数:近代科学技术的进步带来了新的生产和施工技术,建筑师开始了新建筑形式和新材料、新建造方式的尝试。其中预制构件为建筑建立了新的模数系统,如1851年英国世博会的水晶宫以8英尺为基本单位。现代建筑模数制始于1920年,美国人A.F.贝米斯(Alfred F.Bemis,1837~1905)最早提出了以建筑部件使用为基础的建筑工业整体尺寸协调的基本轮廓。利用模数坐标网格和基本模数值来预制建筑构件。现代主义建筑家在各方面尝试了建筑模数的应用,其中最有名的是L.科尔比西耶(Le Corbusier,1887~1965)的模度理论。
科尔比西耶1923年的著作《走向新建筑》中的第三章提出“参考线”概念,他认为这些线是用来确定构图中各要素的位置,从而获得整体的和谐和美观的辅助线。他在书中列举了对巴黎圣母院等经典建筑作品所作的分析,揭示了其中隐藏的参考线。并提出“一个模数赋予我们衡量与统一的能力;一条参考线使我们能进行构图而得到满足”的理论。经过7年的理论研究与试验,科尔比西耶于1948年出版了《模度-合乎人体比例的、通用的、建筑和机械的和谐尺度》一书,详细阐述了模度理论的开端、发展、完善到实际应用。此书的出版标志着他的模度理论正式建立。其中比较成熟的模度系统的数字推导起始于以身高为6英尺(约183厘米)的人作为标准,并结合了斐波那契数列(Fibonacci sequence)分析。对人体的分析得出的结论包括几个关键数字:举手高(226厘米),身高(183厘米),脐高(113厘米)和垂手高(86厘米)。这一系列数字都可以通过黄金分割比和斐波那契数列结合在一起:43=70×0.618,70=113×0.618,113=183×0.618;43+70=113,70+113=183,43+70+113=226。利用113的尺寸产生黄金比70,由此得到红尺:4-6-10-16-27-43-70-113-183-296等。利用226=2×113=86+140,由此得到第二组数字——蓝尺:13-20.6-33-53-86-140-226-366-592等。模度的几何完整表达归纳如下(见图),其整体为边长2260毫米的正方形,分为左右两个部分。左半部分显示了站立人体与模度之间的关系,左边的三个数值:1130,698,432代表脐高、头高、举手高之间的差值;右半部分是2260、1397、1130、698等关键尺寸的柱状图示;中部的连续梭形图案表达了红尺与蓝尺之间的关系。科尔比西耶的模度系统,利用了几个与人体尺度最接近的数字,其中身高与脐高的黄金比例关系来源于文艺复兴时期达·芬奇的发现,作为建筑师的科尔比西耶发现将举手高折半正好等于脐高,这也是建筑设计中的一个重要尺度。从模度系统诞生,特别是50年代后,科尔比西耶将其作为一种重要设计工具在实践中加以应用,包括马赛公寓、昌迪加尔、圣迪埃工厂乃至朗香教堂的平面设计,模度系统都不同程度地发挥了效用。
在现代建筑设计中,建筑模数是指为了实现建筑工业化规模生产,使不同材料、不同形式和不同制造方法的建筑构配件、组合件具有一定的通用性和互换性,所统一选定的协调建筑尺度的增值单位。它是建筑设计、建筑施工、建筑材料与制品、建筑设备、建筑组合件等各部门进行尺度协调的基础,其目的是使构配件安装吻合,并有互换性。
建筑工业化要求用现代工业的生产方式来建造房屋,包括四个方面:建筑设计标准化、构件生产工厂化、施工机械化和管理科学化。为保证建筑设计标准化和构件生产工厂化,建筑物及其各组成的尺寸必须统一协调。
建筑物及其构配件(或组合件)选定的标准尺寸单位,并作为尺寸协调中的增值单位,被称为建筑模数单位。在建筑模数协调中需要选用基本尺寸单位,基本模数M的整数值称为扩大模数。整数除基本模数的数值称为分模数。模数是一种度量单位,这个度量单位的数值扩展成一个系列就构成了模数系列。模数系列可由基本模数M的倍数得出。模数系列在建筑工业化生产中有重要的作用,因为借助于它才可能分割某些部件或半成品而不剩零头,并把它们的尺寸准确地送进机器中去。模数可以作为建筑设计依据的度量,它决定每个建筑构件的精确尺寸,并决定体系中和建筑物中建筑构件的位置。模数在建筑设计上的表现是模数化网格,网格的尺寸单位是基本模数或扩大模数。在建筑设计中,每个建筑构件都应与网格线建立一定的关系,一般常使建筑构件的中心线、偏中线或边线位于网格线上。建筑设计中的主要建筑构件如承重墙、柱、梁、门窗洞口都应符合模数化的要求,严格遵守模数协调规则,以利于建筑构配件的工业化生产和装配化施工。
条目图册
扩展阅读
- 周戒.房屋建筑工程专业基础知识.北京:中国环境科学出版社,2010.