朱宁 姜涌 王强 刘明正/ ZHU Ning, JIANG Yong, WANG Qiang, LIU Mingzheng

“工业品”VS.“老旧房”
——以卫生间为例探索产业化部品应用于既有多层住宅的分户改造设计

朱宁 姜涌 王强 刘明正/ ZHU Ning, JIANG Yong, WANG Qiang, LIU Mingzheng

1970年代至2000年之前批量建设的既有多层居住建筑，其存量大、区位好、标准化程度高，由于存在功能缺失、构件劣化、维护不便等主要问题，其居住品质亟待提升。而随着产业化建筑部品在新建建筑中的推广，其显示出品质高、施工快速、标准化程度高的优势，这种优势对应既有多层居住建筑标准化的户型，具备相当的应用前景。本文以卫生间为例，从其改造需求出发，将同层排水系统、整体卫浴部品与既有卫生间条件进行对接，从布局、构件、连接、细部等方面，探索产业化建筑部品应用于既有多层居住建筑分户改造的设计方法。随着城乡建设模式正在从粗放型增量建设逐步向精明型存量建设转型，部品尺度的分户改造将以其更灵活的优势，显示出其在改造项目中的市场潜力。

既有住宅改造 卫生间 建筑部品 装配化 构造设计

1 背景：既有多层居住建筑特征

本文以建设于1970年代至2000年之间的既有多层居住建筑为主要研究对象。按城镇人均住房面积静态推算，在全国范围内其存量约有80亿m2（王健，2015）。该年代建设的住宅在区位、维护方面的主要特征如下。

1.1 区位

在规划方面，区位好、配套全，但由于社区成熟，难以进行大规模拆改。以北京二环内住宅类型建筑为例，多层砖混结构住宅所占的比例相当可观（表1、2）。

1.2 设计

在设计方面，户型的空间组织相似，同一户型量大面广，但由于当年建设标准的限制，空间局促，面积标准低。

表1 研究对象在北京二环内所占比例

1.2.1 结构布局难改变

对比日本同年代采用SI体系（S－骨架，I－填充）建造的多层住宅（图1），我国多层住宅多采用砖混结构承重墙/剪力墙的方式建造，在维持结构体系不变的前提下，进行空间重组的可能性极小。因此，若住宅权属不发生改变，则户型的面积、布局很难有根本性的调整。目前，既有住宅条件改善局限于整体外保温等整体性、外围性的节能改造，在不搬迁住户的前提下，深入到户内进行基础设施条件更新的技术手段极少。

1.2.2 配置标准低

以卫生间为例，这个年代建设的住宅卫生间面积小，洁具不全，排水口数量也不足。以1974年所建住宅的典型户型为例（图2），卫生间净面积仅1.36m2，原设计有蹲便器1个（居民已将其更换为坐便器）、用以涮墩布的水龙头1个、地漏1个；没有专门的淋浴空间，甚至没有配置洗脸盆及排水口。

1.3 维护

在技术方面，采用标准化构造节点图集，标准化高，但在数十年的使用中，出现问题的部位相似，问题非常普遍。

1.3.1 构件劣化严重

排水设备管线的老化部分主要是主管道部分，如主立管、主横管、蹲便器排水支管等（图3），这些部位在大部分既有住宅中已经维持了40年左右，远超过其预期使用寿命，但在房屋住户不更替的情况下，很难进行整体更换。尤其是排水主横管，室内的横管是楼上用户使用的，一般住户不会进行更换，但这往往是发生管理维修问题和邻里纠纷的“导火索”。

表2 北京市内与研究对象类似的既有住宅小区基本情况

图1 中、日多层住宅结构体系的差异示例（日本都市再生机构，2013）

1.3.2 维修难度较大

下层排水体系在既有住宅中所造成的纠纷，主要发生在楼上住户维修主横管引起漏水的时候，漏水可能损坏楼下住户的电器电路，而维修会破坏吊顶甚至其他电器，“双重打击”使得楼下住户不配合维修，往往会要求楼上住户或管理修缮部门免费维修或赔偿。

图2 “1974年建成住宅的典型户型”厨卫平面布局（清华大学校务组，1974）和卫生间改造前实景

图3 排水管道劣化状况

表3 卫生间改造前后布局对比与实景照片

图4 同层排水（红色）与整体卫浴（黑色）系统应用于住宅改造示意

综上，1970年代至2000年期间批量建设的既有多层居住建筑存量大、区位好、标准化程度高，但存在功能缺失、构件劣化、维护不便等问题，居住品质亟待提升。大拆大建或整体改造的模式非地方政府或开发企业所能负担，而外围结构节能改造等方式也无法提升户内的基础设施条件。

本文考虑采用分户精细化的手段进行功能提升，以卫生间为例，从其改造需求出发，将同层排水系统、整体卫浴部品与既有卫生间条件进行对接，从布局、构件、连接、细部等方面，探索产业化建筑部品应用于既有多层居住建筑分户改造的设计方法。同时通过施工落地，反馈设计方法中的进步与不足。

2 同层排水改造设计

同层排水系统通常应用于近年来的新建住宅中，其优势是权属清晰，能够在不干扰下层正常生活的情况下检查维修。对于解决本文改造对象卫生间标准低、布局不合理等问题，彻底改变其原有布局，同层排水系统发挥了不可代替的作用。改造设计的重点是如何将多用于新建住宅中的系统移植到既有住宅中，如何使之与既有住宅的主干管道连接，以及如何落实改造施工（图4）。

2.1 布局设计

部分既有住宅卫生间的原有布局已不适应当前居住水平，表3所示户型的卫生间为上文提到的卫生间形式，其功能性、卫生性、私密性均已不适应现代生活，应对所有洁具位置做全盘调整。同层排水体系为重新布局提供了可能性。

同时，对于洁具数量不全（意味着排水条件亦不完善）的卫生间，同层排水还提供了增设排水口的可能性，即增加了洁具安装的数量。

2.2 排水构件与连接设计

将同层排水系统移植到既有住宅的改造中，最大的难点是如何与既有管道连接，且在改造过程中不影响上下层的正常生活。改造后的同层排水主干立管需要同时实现3个功能：（1）代替原有劣化生锈管道，承插上下层立管；（2）汇总所有新设同层排水的水平支管，使排水通畅；（3）由于在较早的户型设计中，厨房与卫生间通常使用同一个排水立管，改造后需要尽量避免卫生间的排水反溢，以免污染厨房排水口。

图5 旋流器及其连接示意（姜涌，朱宁 等，2015）

图6 完全同层排水立管改造连接大样、实地连接情况

表4 各洁具管径、标高、坡度以及相关设计说明

为了同时解决以上问题，与排水管件厂家共同设计研发了立管管件及其与既有管道的连接方式，其中最关键的管件是可同时实现汇水、承插、防反溢功能的旋流器（图5）。旋流器原本的功能是汇水、加速排水、防水锤噪声，经过接口改造，可向下插入原有立管管根。实验证明，坐便器所排出的污水并不会反溢到厨房支管，且在旋流360°之后，其水平位置低于地漏排水口的高度，不会发生倒灌。

另外，排水管材采用高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）材料取代常规的PVC-U材料，原因有两点：

（1）HDPE管件以热熔管箍的方式连接，采用焊机自动焊接，相比于PVC管件使用的手工粘接的方式，前者连接工艺不受施工人员手艺的影响，质量可靠。

（2）HDPE管件焊接的节点强度超过管件强度，且在振动条件、温差条件下的延展性更好，不易断裂或脱节。

2.3 施工标准设计

由于同层排水系统主要安装于新建住宅中，需要对既有住宅的施工标准进行规定，才能够在批量改造中指导施工。因此，对于排水主干立管做了改造设计（图6）。另外，为了保障排水管件安装正确，也需要对常规管件的安装方式进行设计限定（表4）。

2.4 小结

通过同层排水改造设计，既有住宅可实现既有空间中卫生间布局的彻底改变。为切实落实设计，还需要对重点构件和连接进行深化，并通过管件研发，实现多项功能并保障连接的可靠性。

3 整体卫浴加装设计

与同层排水系统相似，整体卫浴常用于新建住宅、酒店的卫生间中，不但能实现较为完善的卫浴功能、防水功能，而且可以形成美观、整洁的空间效果。本次尝试将其应用在既有住宅改造中，其优势主要有3点。

图7 在多种洁具配置方案中，最终选择第一种布局（红色圆形示意淋浴活动范围，实线直径600mm，虚线直径900mm）

图8 本项目两种整体卫浴产品体系样板间的外观

图9 整体卫浴部品与同层排水安装连接示意

表5 两种整体卫浴产品体系比较

（1）既有住宅没有独立的管井空间，卫生间空间中穿插着各种管道，空间完型程度极低，使得本来面积紧张的卫生间在观感上更加局促，而整体卫浴可以将管道空间与使用空间隔开，使视觉上更简洁，卫生间“显得”更宽敞。

（2）整体卫浴的防水施工为干法装配式施工，防水整体性强，施工时间短，也便于更换维修。

（3）在原有设计中，卫生间中的各个立管（给水、排水、暖气等）是通过预埋套管的方式完成的，穿过现浇混凝土楼板，管道穿板的位置经常浸泡在水中，容易发生锈蚀，导致渗漏或崩裂，而加装整体卫浴“盒子”后，所有管道穿板的位置都变成干燥的环境，大大提升了管根处的寿命。

3.1 产品选择与洁具配置

既有住宅空间极为有限，而给水管、排水管、暖气管等主立管的位置不能改变，洁具布局灵活度极低，在有限的若干种洁具产品的选择中，还要考虑淋浴等主要活动空间，避免被洁具干扰。仍以“1974年建成住宅的典型户型”为例，通过与整体卫浴厂家的沟通协调，最终确定的布局可以同时满足用以下要求：满足给排水连接布局、淋浴活动空间充足、有足够的台面用以放置物品、有一面完整的墙面可供用户挂镜子（图7）。

3.2 工序与工艺选择

本研究为了探索住宅改造中整体卫浴产品的应用方式，选用了市场上较为典型的两类材料与工艺体系，进行样板间的比较，并且在批量中试中进行了推广实施（图8，表5）。

第一种是模压合成材料（Sheet Molding Compound，SMC）板材体系（涵盖墙、顶、地），其材料成分是玻璃纤维聚合树脂，俗称“玻璃钢”，该体系采用工厂大型设备，在标准模具中经高温高压生产，因此模具制作是该类产品的主要成本。这种材料和工艺在日本SI体系住宅中已经被推广数十年，目前国内生产工艺成熟，主要用于酒店、病房楼、养老院等空间大量标准化复制的居住类型，已在集合住宅中逐渐推广。其优势是批量越大，成本越低。

表6 给水用水点类型与安装方式

图10 通过Revit模型进行管道碰撞检查

图11 顶层室内暖气干管，限制了吊顶标高（如暖气管照左图红线修改，则卫浴盒子净高可提高100mm）

第二种是仿照传统卫生间的风格，采用饰面瓷砖聚氨酯“反打”①墙板体系，地面采用较薄的玻璃钢作为防水层（现场加工），墙板间使用水泥勾缝防水。由于其板材生产模式较为灵活，其余工艺均沿袭传统湿法作业，现场灵活度较高，因此适合在不同户型做变化。但是在批量增加情况下，单套造价没有明显下降。

3.3 管线、洁具连接深化设计

与同层排水类似，既有住宅安装整体卫浴属于试点型工法，为了保证工程质量和标准化程度，同时对其他住宅改造起到示范作用，本研究联合整体卫浴施工方，共同编写了卫浴空间所有管线铺设的指导原则（图9，表6）。

3.4 小结

整体卫浴产品自身具备优良的功能与外观，其安装采用干法施工，部品与工序规范，产品质量不依赖瓦工、管工等的手工技艺；由于既有多层住宅户型类似，卫浴空间类型相对集中，因此只要能够解决整体卫浴产品与既有住宅的接口问题，整体卫浴产品便具备应用于住宅改造项目中的巨大潜力。

4 批量中试装配化施工对设计的反馈

4.1 碰撞与工序

在整体卫浴产品和同层排水体系应用于住宅改造的设计过程中，建筑师主要负责平面布局设计，再交由厂家进行产品深化。建筑师主要关注、深化的内容是：基准点的选择是否准确，在现场能否找到实际的点作为参考系；所有深化图纸的尺寸定位是否准确，尤其是管件连接部位的定位是否合理；通过建模检查所有部品在空间上是否有冲突，与现有管道、建筑构件是否有冲突（图10）。

由于整体卫浴的安装和同层排水的管道施工分别由两批施工人员完成，因此双方的分界面需要清晰。最终分界面定在所有洁具排水口管道的承插节处，承插节及其下游均使用HDPE管材，由同层排水管道施工方安装，提供给排水、电气等基础条件；之后整体卫浴厂家技术人员进行安装，以所有洁具的管道插入HDPE管口，接通所有水电设备为结束。

4.2 工艺与工法

在利用整体卫浴进行同层排水改造中，由于建设方、设计方、施工方都没有采用工业化部品进行既有住宅改造的完整经验，因此整个施工环节中存在一些工艺不成熟造成的问题。这些问题在样板间中并未遇到，但在批量中试中出现，其中部分在现场解决，而另外一些则作为教训，应在今后的同类项目中予以避免。采用工业化部品进行既有住宅改造施工，在工艺与工法等方面，都反映出较新建住宅更加复杂的因素，需要在实地施工过程中一一解决。

4.2.1 复尺定位问题

尽管批量中试的户型相同，但各个户内的现场条件不同，如首层及顶层有无供回暖气干管，或者因原有墙体施工导致平面尺寸存在偏差，同类户型不同户的空间公差在30～50mm范围内是很正常的。如果按照公差中最大的数值定位整体卫浴的部品，会浪费大量的空间，尤其是暖气管会导致层高压低。另外，有相当数量的房间还未拆除室内装修，测量只能以卫生间的装饰面为基准，拆除后尺寸会有变化。

在仅有的可调部件中，对SMC体系的整体卫浴确定了2 000mm和2 100mm两种净空，稍矮一点的适用于首层、顶层有暖气干管的；对于瓷砖聚氨酯的整体卫浴，由于其墙板可以单独切割，因此以20mm为梯级，尽可能做大净高（图11）。

4.2.2 细部工法问题

工业化预制的零部件产品本身的精度是相当高的，零件配合程度也相对紧密。出现的精度问题主要是给水管道、电气管线以及少量未在图纸中精确定位的零部件（绝大多数为隐蔽项目），工人按经验进行现场安装，误差较大，尽管在一般情况下不会出现使用功能障碍，但会出现因零部件碰撞导致的返工，延误工程进度（图12、13）。

图12 墙板上随意粘贴的木块（墙板用于固定螺丝的衬板需工人在现场粘贴，没有标准的模数，产品的一致性低，容易出现错误）

图13 图纸设计未考虑到坐便器挂架的挂件位置，导致和电线底盒碰撞

4.3 排水系统与排水坡度的问题

由于改造后使用的时间尚不足两年，目前反映出的主要是施工安装中的工艺问题，大部分在前文中已经提到，而涉及到系统缺陷的有两项。

（1）在同层排水体系进行既有住宅改造中，地漏的排水方式与下层排水有较大不同。在下层排水体系中，地漏直接下排至少300mm高度，然后水平排水进入立管，所以排水速度较快；而在同层排水体系中，地漏首先进行水平管道排水，然后进入旋流器和立管，其初始排水速度较慢，加之为了压低地面、抬升高度，水平管道基本按照2.6%的坡度做，很难增加排水坡度。这是同层排水的系统性问题之一。

（2）洗衣机排水问题。由于部分用户习惯使用重力排水的下排水洗衣机，其排水口高度距地面通常仅有50mm，而洗衣机通常是离排水立管口最远的用水设备，排水横管从旋流器管口开始按2.6%计算排水坡度，至洗衣机排水口底面大约是60～80mm，因此下排水洗衣机在平置于地面时，排水口会存留一部分污水，造成反臭。垫高洗衣机底盘或选用上排水洗衣机是解决该问题的有效途径。

5 小结

目前，我国正处于城乡建设模式转型阶段，粗放型增量建设已经逐步向精明型存量建设转变。从可持续发展的角度考虑“老旧房”的未来，部品尺度的分户改造将以其更加灵活的优势，在改造项目中先显示出市场潜力。

随着产业化建筑部品在新建建筑中的推广，这些可进行预制装配的“工业品”逐渐渗透到建筑行业中，并对设计领域产生重大的影响。其品质高、施工快速、标准化程度高的优势同样可以在既有居住建筑改造领域中发挥出来。

本文仅以卫生间改造为例，而对于户内各种空间、设施的改造，都可以尝试采用产业化建筑部品的装修与改造方式，“工业品”与“老旧房”将能碰撞出更多创新的设计火花。

注释

① “反打”，借用混凝土预制墙板“反打”工艺，即以瓷砖为模板，预制混凝土构件在钢模板内水平浇筑，成型后自然与瓷砖紧密结合。饰面瓷砖聚氨酯“反打”墙板与此原理相同。

[1] 王健. 经济新增长点: 老旧小区更新[J]. 行政管理改革, 2015,(11).

[2] 百度文库. 北京社区资源点位表[OL/EB]. [2015-07-03]. https://wenku. baidu.com/view/61e5bc92964bcf84b8d57b37.html.

[3] 日本都市再生机构. UR技术研究所概要[M]. Tokyo: Urban Renaissance Agency Technology Research Institute, 2013.

[4] 清华大学校务组. 20、21、23、24公寓工程厕所、厨房详图（建施8改）[R]. 清华大学档案馆74-06, 1974.03.30.

[5] 姜涌, 朱宁, 等. 适用现有建筑改造的旋流器[P]. 北京, CN105113585A. 2015.

朱宁，清华大学建筑学院

姜涌，清华大学建筑学院

王强，清华大学物业管理中心

刘明正，清华大学建筑学院

2017-03-31

"INDUSTRIALIZED COMPONENT" VS. "OLD BUILDING": DESIGN OF THE TOILET WITH RESEARCH ON PREFAB COMPONENT APPLYING IN THE INDIVIDUAL RETROFITTING OF THE EXISTING APARTMENT BUILDING

The existing multi-story apartment buildings built from 1970s to 1990s, are of a large amount of building stock in central urban area and were constructed with strict regulations, while there are problems of the function, deterioration and maintenance in these aging buildings. By the advantages such as high quality, fast assembly and high standardization applying into the new buildings, the prefab components are expected to match to the standardized stock of apartment buildings, and have potential in application to the retrofitting of the existing apartment buildings. Taking an example of toilet, this paper aims to the design and research on prefab component applying into the individual retrofitting of the existing apartment buildings. The components of same-floor drainage and unit bath are assembled into the existing toilet, and the design is focused on several levels of plan, component, joint and detail. With the construction market changing from new building to the stock building, retrofitting on the scale of components will be more flexible for the individual household and expected to be popularized in the future market.

Retrofitting of Existing Building, Toilet, Building Component, Prefabrication, Construction Design

国家自然科学基金青年项目（项目名称“性能导向的既有多层住宅分户微改造技术策略与构造节点研究”，编号：51508296）；国家自然科学基金面上项目（项目名称“基于维修数据分析的住宅改造更新技术评价及质量管理研究——以北京高校既有住宅改造实践为例”，编号：51578300）。