胡月

摘要：該文對模塊化建筑與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑做了對比與剖析。結(jié)合上海金山化工園區(qū)的某工程項(xiàng)目實(shí)例，從設(shè)計(jì)、施工、工程管理、造價(jià)、性能、環(huán)保多個(gè)不同的角度剖析兩者的特點(diǎn)和優(yōu)劣差異。雖然目前國內(nèi)模塊化建筑發(fā)展還未到成熟階段，但是模塊化建筑有著傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑無法比擬的優(yōu)勢。隨著模塊化行業(yè)的不斷發(fā)展完善，模塊化建筑必將成為主流的建筑工程體系。

關(guān)鍵詞：模塊化建筑?鋼結(jié)構(gòu)?設(shè)計(jì)?施工

中圖分類號：TU74????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Analysis?and?Application?of?Modular?Buildings

—Taking?a?Project?in?Shanghai?Jinshan?Chemical?Industry?Park?as?an?Example

HU?Yue

（Shanghai?LBT?Engineering&Technology?Co.，?Ltd.?，?Shanghai?，?200000?China）

Abstract：This?paper?compares?and?analyzes?modular?buildings?and?traditional steel?structure?buildings，?and?analyzes?the?differences?of?the?characteristics?and?advantages?and?disadvantages?of?the?two?from?different?perspectives?such?as?design，?construction，?project?management，?cost，?performance?and?environmental?protection?in?combination?with?a?project?in?Shanghai?Jinshan?Chemical?Industry?Park.?Although?the?development?of?modular?buildings?in?China?has?not?yet?reached?a?mature?stage?at?present，?modular?buildings?have?incomparable?advantages?over?traditional?steel?structure?buildings.?With?the?continuous?development?and?improvement?of?the?modular?industry，?modular?buildings?will?surely?become?the?mainstream?construction?engineering?system.

Key?Words：Modular?building;??Steel?structure;??Design;?Construction

模塊化的概念最早在機(jī)器、電儀制造行業(yè)運(yùn)用得最廣泛，再到計(jì)算機(jī)、通訊等行業(yè)的逐步擴(kuò)散。模塊化的概念能把復(fù)雜的問題進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化集成制造生產(chǎn)。由于低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念和循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)要求，中國建筑業(yè)近些年也開始涉及模塊化的設(shè)計(jì)概念。該文主要以模塊化建筑作為分析點(diǎn)，結(jié)合上海金山化工園區(qū)某工程項(xiàng)目案例，重點(diǎn)探究了模塊化建筑的優(yōu)勢，以及對模塊化建筑發(fā)展趨向的瞻望。

1模塊化建筑概述

在國內(nèi)，模塊化建筑是近年來勢在必行的一種新興工程建筑結(jié)構(gòu)體系，也被通俗形象地稱為盒子建筑[1]。其主要特點(diǎn)是根據(jù)建筑的功能、體量、形式、美學(xué)等方面將建筑物分成多個(gè)單元式的標(biāo)準(zhǔn)化模塊。在模塊加工廠進(jìn)行分門別類的集成，將其各個(gè)自帶屬性的部件模塊通過工廠化預(yù)制后，經(jīng)水陸或者陸路的方式運(yùn)送到建設(shè)地點(diǎn)，然后在建設(shè)地點(diǎn)將模塊逐一組合安裝、施工連接；最終組裝成完整的建筑結(jié)構(gòu)體系[2]。

2模塊建筑與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑的比較

上海市金山化工園區(qū)某工程項(xiàng)目概況：此項(xiàng)目地塊位于上海市金山化工園區(qū)，分成多期進(jìn)行建設(shè)。因市場對此產(chǎn)品需求量的與日俱增，2.0項(xiàng)目是在原有1.0項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行的擴(kuò)建。1.0項(xiàng)目和2.0項(xiàng)目都有相同的生產(chǎn)車間，囊括了五條產(chǎn)品生產(chǎn)線。這兩個(gè)生產(chǎn)車間的生產(chǎn)裝置數(shù)量、生產(chǎn)工藝產(chǎn)線、建筑外輪廓尺寸皆相同。廠房長度為122.75m，寬度為38.5m，高度為39.55m。這兩期項(xiàng)目皆是EPC（Engineering?Procurement?Construction）的總承包項(xiàng)目。1.0項(xiàng)目此車間采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工方式進(jìn)行按部就班的建設(shè)。而2.0項(xiàng)目此車間采用鋼結(jié)構(gòu)模塊化的方式建設(shè)。

詳見平面圖1為2.0項(xiàng)目模塊車間的分塊示意圖，此項(xiàng)目把模塊分為兩類：一種為預(yù)制工藝模塊（Pre-assembled?Unit），包含模塊界區(qū)內(nèi)所有設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)、管道、建筑、消防給排水、暖通及儀電的內(nèi)容，即此文分析的部分；另一種為預(yù)制管廊模塊（Pre-assembled?Rack），包含管道、橋架及暖通風(fēng)管等，此部分本文不做分析。考慮到模塊體積、重量、運(yùn)輸?shù)能嚧叽绲钠ヅ涠?，運(yùn)輸費(fèi)用的平衡點(diǎn)，廠房生產(chǎn)的使用功能等諸多因素，最終研究確立共分為63個(gè)模塊，最大長度為28m，最大寬度為10.5m，最大高度為14.5m，最大重量為450t。

下面將以這兩個(gè)的相同生產(chǎn)車間作為比較對象，從以下四個(gè)方面剖析兩種方式的差異，探究兩者的優(yōu)劣，逐一做分析。

2.1設(shè)計(jì)與施工的周期、進(jìn)度與質(zhì)量的差異，對工程管理的影響

首先，從設(shè)計(jì)角度來看。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工圖有著多年成熟的設(shè)計(jì)思路與經(jīng)驗(yàn)。建筑材料的應(yīng)用有著很多市場成功的案例和反饋，節(jié)點(diǎn)做法有國家標(biāo)準(zhǔn)圖集作為依據(jù)參考。對設(shè)計(jì)者的要求大部分基于專業(yè)

背景知識的儲備和多年項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累。對于設(shè)計(jì)者來說，工作內(nèi)容的挑戰(zhàn)性相對比較小，循規(guī)蹈矩的按照項(xiàng)目既定的設(shè)計(jì)周期、進(jìn)度和質(zhì)量來完成。專業(yè)技術(shù)上，難度系數(shù)略低，管理項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段比較可控，突發(fā)系數(shù)低。設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)問題，即便在施工階段顯現(xiàn)出來，現(xiàn)場做些細(xì)微調(diào)整也能很好的解決問題。從項(xiàng)目管理的角度來看，設(shè)計(jì)階段在整個(gè)項(xiàng)目階段花費(fèi)的時(shí)間占約35%，甚至更短；在施工和采購階段占約65%。反之，對于模塊建筑的設(shè)計(jì)圖紙需要在設(shè)計(jì)階段全方位的綜合統(tǒng)籌。單從圖紙量來說，圖紙比傳統(tǒng)施工圖多了一倍，不僅有現(xiàn)場施工圖，還有模塊生產(chǎn)加工圖。從模塊集成的合理空間利用性（見圖2），到建筑材料選用的經(jīng)濟(jì)耐久性，再到模塊運(yùn)輸成本與模塊空間功能的協(xié)調(diào)性，最后現(xiàn)場搭接施工的安全性與可行性（見下方圖3與圖4對比）等多個(gè)方面需要綜合判斷，以上幾點(diǎn)都決定著設(shè)計(jì)的方案性走向，反過來這幾點(diǎn)也對設(shè)計(jì)思路有著諸多限制影響，緊密相連又不可分割。例如：圖2內(nèi)管廊模塊空間示意圖，考慮到內(nèi)管廊模塊吊裝的特殊性，圖中斜線陰影部分為內(nèi)管廊吊裝時(shí)的調(diào)整區(qū)域，模塊內(nèi)任何專業(yè)的元件都不得占用該區(qū)域。如需使用該區(qū)域的話，需待模塊現(xiàn)場就位后再安裝元件。再者，圖3和圖4是彩鋼夾芯板外墻的模塊搭接處的處理。因?yàn)槟壳皣覙?biāo)準(zhǔn)圖集對模塊化建筑節(jié)點(diǎn)的參考不夠全面，對于模塊搭接面臨的建筑節(jié)點(diǎn)做法大部分沒有依據(jù)可循，多半是靠設(shè)計(jì)者的個(gè)人思考與經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合來實(shí)行，也沒有權(quán)威的反饋，需要花費(fèi)大量時(shí)間去反復(fù)研究。所以，設(shè)計(jì)階段花費(fèi)的時(shí)間會變長。模塊集成初步會由BIM軟件建模，做好空間管理，避免產(chǎn)生碰撞[3]。通過軟件技術(shù)模擬直觀效果，并初步檢查模塊精準(zhǔn)度，檢查各個(gè)專業(yè)之間的空間碰撞。模塊集成之后，在工廠預(yù)安裝，由實(shí)際安裝再次檢查可行性，經(jīng)過調(diào)試避免不必要的返工問題，提高現(xiàn)場施工安裝的精準(zhǔn)度和可控性。從項(xiàng)目管理的角度來看，模塊建筑的設(shè)計(jì)階段在整個(gè)項(xiàng)目階段花費(fèi)的時(shí)間約占45%，模塊集成約占45%，現(xiàn)場施工約占10%。由此可見，模塊建筑的項(xiàng)目盡管在設(shè)計(jì)階段比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段需要花費(fèi)的時(shí)間周期更長，可作為設(shè)計(jì)的依據(jù)有限，發(fā)展的不夠成熟，但是設(shè)計(jì)階段考慮的范圍更寬泛，圖紙質(zhì)量精準(zhǔn)度更高，能為后期模塊作業(yè)和整體施工進(jìn)度節(jié)省不少時(shí)間，建筑的性能也更優(yōu)質(zhì)化。模塊化建筑對于目前來說，需要國家政策為導(dǎo)向傾斜，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用下，大力發(fā)展模塊化建筑產(chǎn)業(yè)鏈，對建筑業(yè)工程管理有著不可復(fù)制的變革意義。

其次，從施工的角度看。傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工需要大批量的工人，有著強(qiáng)度大、招工難、風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，目前市場的勞動力資源短缺，成本也越來越高。遇到嚴(yán)寒酷暑、多雨多雪的季節(jié)，工期也面臨進(jìn)度難題，施工質(zhì)量也會下降，可控因素受到天氣影響很大。傳統(tǒng)的建筑需要把建材運(yùn)輸?shù)浇ㄔO(shè)地點(diǎn)進(jìn)行施工，施工工序均需要在現(xiàn)場作業(yè)，耗時(shí)耗力。對施工順序、時(shí)間進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工技術(shù)、施工場地、氣候季節(jié)等，以上因素都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及模塊化。而模塊化建筑實(shí)現(xiàn)了工廠化集成，高達(dá)九成的建筑作業(yè)可以在工廠內(nèi)完工，這是傳統(tǒng)施工方式無法相提并論的，并且有效的解決以上問題（見圖5）。分工明確的機(jī)械化生產(chǎn)，技工通過培訓(xùn)上崗，作業(yè)水平有保證；各個(gè)模塊生產(chǎn)多管齊下，不同樓層模塊同時(shí)施工，很大程度縮短了工期；相同屬性的模具可重復(fù)利用；同時(shí)減少工人數(shù)量，提高生產(chǎn)效率，標(biāo)準(zhǔn)化有效保證美觀統(tǒng)一性；現(xiàn)場吊裝工作量小，從以人為本的角度出發(fā)，減少高空作業(yè)時(shí)間和頻率，現(xiàn)施場工的安全系數(shù)得到成倍提高。所以說，模塊化建筑具備了建筑質(zhì)量優(yōu)、施工進(jìn)度快、人員成本省、安全系數(shù)高等諸多優(yōu)勢。

2.2項(xiàng)目造價(jià)成本的差異

目前，雖然模塊建筑的用鋼量稍稍高于傳統(tǒng)建筑，模塊重量比傳統(tǒng)的鋼構(gòu)建重，體積也大，現(xiàn)場機(jī)械施工費(fèi)用也會偏高。但是鋼結(jié)構(gòu)重量輕，可降低地基處理的造價(jià)?？苫厥詹牧涎h(huán)再利用，既符合低碳環(huán)保的時(shí)代要求，又降低了建材的浪費(fèi)和造價(jià)成本，也縮短了施工周期，加快了資金回籠的速度。經(jīng)多方面統(tǒng)籌考量，模塊化建筑的造價(jià)成本與傳統(tǒng)建筑基本持平。

以上只是目前模塊發(fā)展水平的橫向?qū)Ρ?，從縱向發(fā)展的眼光來看，隨著模塊建筑的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化程度越來越高，模具的利用率越來越高，進(jìn)一步研發(fā)減少材料的消耗，同時(shí)廢料在車間形成二手產(chǎn)業(yè)鏈，再加工成其他半成品，形成了規(guī)?；沫h(huán)保生產(chǎn)方式，成熟階段造價(jià)成本是會比現(xiàn)在要降低很多。比如，粉煤灰的二次利用，聚苯乙烯的再回收等，經(jīng)過加工制成各種半成品，達(dá)到節(jié)約材料，降低成本的目的[4]。

2.3建筑產(chǎn)品性能差異

模塊建筑的抗震、保溫和隔聲三大方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)建筑。模塊建筑較多采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，抗震性好，承載力強(qiáng)，延展性好，

安裝技術(shù)精密度高，特別是標(biāo)準(zhǔn)化的程度越來越高。而且連接節(jié)點(diǎn)安全可靠，即使遇到地震時(shí)，可達(dá)到通過局部維修仍可繼續(xù)使用的性能，保證生命財(cái)產(chǎn)的安全。經(jīng)測試，此生產(chǎn)車間的抗震烈度為7度，模型測試抗震9度依然是安全的。另外，模塊化建筑的防水、防漏、防裂、氣密性、水密性以及隔聲等建筑物理性能優(yōu)良。例如，門窗的氣密性和水密性在生產(chǎn)車間就已經(jīng)安裝到墻板上，門窗與墻收口的諸多節(jié)點(diǎn)會更精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化，受外界影響因素小。圖6是在作受壓測試，來模擬模塊化結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的受壓性能。不僅美觀度得到提升，還可以反復(fù)測試，以達(dá)到高質(zhì)高量。模塊化建筑具有很高的空間結(jié)構(gòu)利用率的特點(diǎn)，有效節(jié)約建筑施工過程中的用地。因此，模塊化建筑是我國建筑發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。

2.4節(jié)能環(huán)保的差異

其一，模塊建材采用優(yōu)良的節(jié)能保溫材料，因?yàn)槭┕ぞ雀?，避免了因施工質(zhì)量參差導(dǎo)致的性能差異。又能使建筑縮減氟利昂、二氧化碳的排放，達(dá)到低碳環(huán)保的目的。生產(chǎn)過程中使用建材廢料經(jīng)過工藝處理成無毒無害、性能節(jié)能的綠色產(chǎn)品。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB55015-2021）?，在2022年4月1日已經(jīng)實(shí)施[5]。是國家強(qiáng)制性工程規(guī)范，其中明確指出落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和決策部署，推動可再生能源建筑應(yīng)用，?降低建筑碳排放，營造良好的建筑室內(nèi)環(huán)境，滿足經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的需要，住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳高度重視各地工程建設(shè)實(shí)施落地節(jié)能措施及可再生能源利用系統(tǒng)運(yùn)營管理的技術(shù)要求。其二，模塊在工廠內(nèi)作業(yè)，有效減少建設(shè)地點(diǎn)的噪聲和粉塵污染。其三，模塊化建筑大部分材料可以回收再利用，減少建筑垃圾的產(chǎn)生，還可轉(zhuǎn)化為部分經(jīng)濟(jì)效益，滿足了當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)綠色理念[6]。

3模塊化在其他領(lǐng)域的運(yùn)用與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的新興發(fā)展，智能化生活的概念也隨之走進(jìn)老百姓的觀念里，這也對建筑環(huán)境提出了高標(biāo)準(zhǔn)高要求。例如，建筑產(chǎn)業(yè)化、低碳節(jié)能環(huán)保、耐久高品質(zhì)等。模塊化建筑除了在工業(yè)、住宅、商業(yè)、公共建筑中得以應(yīng)用以外，正在涉及到其他相關(guān)領(lǐng)域運(yùn)用，起到了良好的社會反響，甚至是關(guān)鍵性的作用。

3.1應(yīng)急醫(yī)療領(lǐng)域

新冠疫情猝不及防的到來，“雷神山”[7]“火神山”的模塊化建筑為疫情防控提供了安全快捷的保證。模塊建筑有著組裝快捷、組合多樣性、氣候地形適應(yīng)度高的特點(diǎn)，為醫(yī)療團(tuán)隊(duì)提供了便捷靈活的核酸檢測點(diǎn)和休息場所。同時(shí)，模塊單元體（集裝箱[8]）的獨(dú)立性，為精準(zhǔn)分隔病患，減少聚集、交叉感染提供了可行性的方案。另外，對于突發(fā)的洪水、地震等多種自然災(zāi)害，給人們提供臨時(shí)保障性住房，為災(zāi)后心理重建提供精神家園。

3.2文化體育領(lǐng)域

展覽式的建筑能把模塊化建筑的結(jié)構(gòu)特性發(fā)揮的淋漓盡致。根據(jù)不同的主題定制專場服務(wù)空間，易于貼近日常的生活空間，豐富文化的傳播?？刹鹦犊?、可塑性強(qiáng)、可多樣組合，對企業(yè)的文化傳播有著積極推動作用，例如線下的產(chǎn)品發(fā)布會、藝術(shù)音樂節(jié)、交互體驗(yàn)等。

再比如卡塔爾世界杯體育館，由974個(gè)模塊組成，為全球提供了一場體育盛宴。

4.結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的建筑行業(yè)也日新月異。本文通過分析模塊化建筑的特點(diǎn)，以案例分析的方式，多角度展現(xiàn)模塊化建筑的優(yōu)勢。傳統(tǒng)建筑工程的諸多弊端導(dǎo)致局限了現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展，而模塊化建筑順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，正在被逐步的廣泛運(yùn)用。國家也在鼎力推行模塊化建筑的普適化，各個(gè)省市紛紛出臺相關(guān)政策，鼓勵(lì)我國模塊化建筑的發(fā)展。也標(biāo)志著模塊化建筑進(jìn)入一個(gè)新階段，具有里程碑式的意義。

參考文獻(xiàn)

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