基于低碳理念的装配式居住建筑户型优化与构件设计

0 引言

在“双碳”目标推动下，装配式居住建筑作为低碳建造的重要载体，其低碳化发展已成为行业核心趋势，政策层面亦不断强化对建筑全生命周期碳减排的要求。户型布局与构件设计作为装配式居住建筑的核心环节，直接影响空间节能效率、材料消耗及建造运维阶段的碳排放——合理的户型设计可降低能耗需求，优化的构件设计能减少生产运输碳足迹。当前，如何将低碳理念深度融入户型与构件设计，在满足居住功能需求的同时实现碳减排最大化，仍需系统性探索。因此，研究低碳导向下的装配式居住建筑户型优化与构件设计，对推动装配式建筑低碳转型、提升建筑全生命周期环境效益具有重要意义。

1 低碳理念下装配式居住建筑的户型优化逻辑

1.1 基于空间节能的户型布局与功能分区优化策略

空间节能视角下的户型布局优化需围绕降低建筑能耗展开，优先采用南北通透的布局形式，确保室内空气自然对流，减少空调与通风设备的能源消耗。功能分区上遵循“动静分离”原则，将客厅、餐厅等活动空间与卧室、书房等休憩空间合理划分，避免不同功能区域间的热量干扰。同时，压缩交通核与公共走道的无效空间占比，减少建筑外围护结构面积，降低热量传递损耗。此外，通过优化厨房、卫生间等用水用电密集区域的布局，缩短管线长度，减少能源在输送过程中的损耗，从空间层面为建筑低碳运行奠定基础[1]。

1.2 适配低碳生活模式的户型尺度与通风采光设计

适配低碳生活模式的户型优化需平衡空间尺度与能源效率，避免过度追求大空间造成的资源浪费，在满足居住舒适度的前提下，控制单个功能空间的合理尺度，如卧室面积控制在 12-18m² 、客厅面积控制在 20-30m² ，提升空间利用效率。通风设计上，通过调整窗户开启方式与位置，形成穿堂风路径，延长自然通风时长；采光设计则最大化利用自然光，扩大南向开窗面积，采用低辐射玻璃减少太阳辐射得热，同时优化室内空间布局，避免遮挡，确保各功能区域均能获得充足自然光，减少白天人工照明的能源消耗[2]。

1.3 兼容装配式建造的户型模块化拆分与组合原则

兼容装配式建造的户型优化需遵循模块化拆分与组合原则，以标准化模块为核心进行户型设计，将厨房、卫生间、卧室等功能区域拆解为独立的预制模块单元，确保模块尺寸符合预制构件生产、运输与吊装的技术要求，如模块宽度控制在 3⋅6m ，便于运输车辆装载。同时，模块间需预留统一规格的标准化连接接口，接口设计需兼顾结构稳定性与装配便捷性，支持不同功能模块（如卧室模块与客厅模块、厨房模块与卫生间模块）的灵活组合，既能满足三口之家、多代同堂等多样化居住需求，也为后期户型改造预留空间。拆分过程中需严格控制构件类型与规格数量，通过合并相似功能构件、统一核心构件尺寸，提升预制构件的生产复用率，减少模具开发与更换频次，降低生产环节的材料浪费与碳排放。此外，模块设计需同步集成水电管线，将给水排水、强弱电管线提前预设于模块内部并做好防护，减少现场管线铺设的湿作业工序，进一步发挥装配式建造工期短、能耗低的低碳优势。

2 低碳导向的装配式居住建筑构件设计体系

2.1 低碳材料选型与构件轻量化、标准化设计

构件设计需优先开展低碳材料选型，优先选用再生钢材、低碳混凝土、竹木结构等低能耗、低排放材料，减少不可再生资源消耗与生产阶段碳排放，同时兼顾材料的力学性能与耐久性，确保构件安全稳定。在此基础上推进构件轻量化设计，通过优化截面形式、采用空心结构或复合轻质材料，降低构件自重，减少运输阶段的能源消耗与碳排放量。同时强化构件标准化设计，严格统一构件的尺寸规格、接口形式与连接方式，形成标准化设计体系，以此提高构件工厂生产的自动化程度与效率，同时提升不同项目、不同户型间预制构件的重复利用率。通过减少模具更换频率降低设备损耗，减少材料裁切浪费，从低碳材料选型到标准化设计形式，全方位将低碳理念融入构件设计，为装配式建筑生产、运输、施工及回收全生命周期碳减排筑牢基础[3]。

2.2 兼顾生产运输与施工装配的构件低碳构造设计

构件构造设计需统筹生产、运输、施工全环节的低碳需求，在生产环节重点优化构件浇筑流程与养护工艺，通过采用蒸汽养护余热回收系统降低能源消耗，同时推行预制构件免抹灰设计，减少后续现场抹灰工序的材料使用与碳排放，全方位压缩生产阶段碳足迹。运输环节结合构件尺寸与重量，设计模块化组合包装与可拆卸运输架，提高运输装载率，降低运输次数与单位构件运输碳排放。施工装配环节优化构件连接构造，采用螺栓连接、灌浆套筒等便捷式连接方式，减少现场湿作业与临时支撑用量，缩短施工周期，降低施工阶段能源消耗，实现构件从生产到装配的全流程低碳化。

2.3 提升构件可循环性与全生命周期碳效益的设计要点

构件设计需注重提升可循环性，在设计初期预留构件拆卸、更换接口，避免采用不可逆连接方式，选用可分离、可回收的材料组合，便于建筑报废后构件的拆解与资源回收利用。同时关注构件全生命周期碳效益，结合建筑使用年限与维护需求，设计耐久性强、易维护的构件，减少使用阶段的维修更换频率与碳排放；针对易损耗构件，采用模块化替换设计，降低局部更换对整体建筑的影响。此外，借助BIM 技术构建构件全生命周期数字化模型，精准模拟其从材料生产、工厂预制，到运输安装、使用维护，再到报废回收各阶段的碳足迹，依据模拟数据优化设计方案，确保构件在每个环节均能实现碳效益最大化，进而显著提升装配式居住建筑的整体低碳水平。

3 结语

本研究围绕低碳理念在装配式居住建筑中的应用，从户型优化与构件设计两大核心环节展开，提出基于空间节能、低碳生活适配、装配式兼容的户型优化逻辑，构建涵盖材料选型、全环节构造、全生命周期碳效益的构件设计体系，为装配式居住建筑低碳化提供系统性设计方案。该方案可有效降低建筑全生命周期碳排放，同时兼顾居住功能与建造效率，对推动装配式建筑行业低碳转型具有实践价值。但研究在不同气候区户型与构件设计的适配性上仍有不足，未来可结合地域气候特征深化设计，进一步融合智能技术与低碳材料，提升装配式居住建筑的低碳效能与综合品质。

参考文献：

[1]付广超.基于绿色低碳理念的居住空间设计再思考[J].前卫，2021（28）：169-171.

[2]刘庆东，陈苏宁，张信龙，王扬.设计企业装配式建筑创新发展路径探讨分析[J].建筑设计管理，2022，39（9）：31-35.

[3]苑丹琳，李双涛.装配式建筑对现代建筑设计的影响探究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2023（4）：126-129.