趙 偉 杜 鵬 蒲 楊 侯升起

（西藏大學工學院，西藏 拉薩 850000）

近年來，隨著我國國情的發(fā)展，人口紅利逐漸減少，建筑業(yè)面臨因人工成本持續(xù)上升導致建造成本持續(xù)上漲的問題，同時，傳統(tǒng)建筑施工周期長、施工精度低、責任劃分不清晰、環(huán)境污染等問題也日益突出[1]。2020年7月，住房和城鄉(xiāng)建設部、工業(yè)和信息化部等七部門印發(fā)《綠色建筑創(chuàng)建行動方案》，明確要求到2022年，當年城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建筑面積占比達到70%，星級綠色建筑持續(xù)增加，裝配化建造方式占比穩(wěn)步提升，綠色建材應用進一步擴大；2021年10月26日，國務院關于印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》要求加強新型基礎設施節(jié)能降碳，推進城鄉(xiāng)建設綠色低碳轉型。由此可見，建筑綠色化已經成為國家行為，新形勢下綠色建筑裝配化建造，已經成為包括西藏在內的各地區(qū)面臨的挑戰(zhàn)。

1 模塊化建筑簡介

模塊化建筑（Prefabricated Prefinished Volumetric Construction，簡稱PPVC）是一種新興的建筑結構體系：將尺寸適宜運輸的集成建筑模塊在工廠進行預制，并對模塊內部進行布置和裝修，之后運輸至施工現場完成吊裝、拼接工作，最終成為建筑整體[2]，就像“搭建積木”一樣拼裝在一起的建筑。模塊化建筑作為一種可實現提升效益和快速施工的新型結構體系已成為國內外研究的熱點。

2 模塊化建筑的優(yōu)勢

裝配式模塊化鋼結構建筑與傳統(tǒng)磚混結構建筑相比，主要具有以下優(yōu)勢：

（1）工業(yè)化程度高，生產標準化。裝配式模塊化建筑的大部分構件都在工廠預制完成，再運送至施工現場安裝，制造誤差及質量檢測可控，能實現產品標準化，極大地降低了施工現場建筑材料以及施工所需的占地面積。

（2）施工周期短，現場施工效率高。裝配式模塊化建筑施工現場機械化程度高，施工過程受天氣影響較少，可有效縮短施工工期、減少勞動力、提高工程質量及施工效率、降低安全隱患。

（3）自重輕，耗材量少。因為鋼材強度高、承載力高、耐久性良好，并且鋼的強度和剛度比鋼筋混凝土高幾倍。因此，裝配式模塊化鋼結構建筑的重量僅為鋼筋混凝土建筑的1/2左右，極大地減少了房屋自重與耗材量，并且由于鋼結構建筑自身構件截面尺寸較小，也增大了建筑物內部的使用空間[3]。

（4）綠色環(huán)保，符合時代發(fā)展潮流。裝配式模塊化建筑在施工過程中建筑垃圾、現場粉塵及噪音少，鋼材具有回收與重復利用的優(yōu)勢，建造和拆除時對環(huán)境污染小，屬于綠色環(huán)保建材。

（5）發(fā)展?jié)摿薮?。我國發(fā)布了一系列相關政策，大力發(fā)展鋼結構和裝配式建筑，積極推廣綠色建筑和建材，加快標準化建設，推動產業(yè)結構調整升級。裝配式模塊化建筑安裝連接靈活，拆卸維修方便，并且擁有房屋可搬遷的功能，因此，在城市建設中發(fā)展?jié)摿κ志薮螅瑧们熬胺浅V闊[4]。

3 模塊化建筑應用于西藏高原地區(qū)的探討

3.1 西藏高原地區(qū)發(fā)展模塊化建筑的優(yōu)勢

3.1.1 模塊化建筑綠色環(huán)保，建造過程中可最大程度降低對環(huán)境的影響

西藏是我國典型的生態(tài)脆區(qū)，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)抵御干擾的能力較低，恢復能力不強，再加上人類不合理的開發(fā)和利用，已在不同地域出現了較為嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞[5]。傳統(tǒng)建筑在建造過程中對環(huán)境造成粉塵污染、噪聲污染、光污染、水污染、土壤污染以及固體垃圾污染等，這對生態(tài)本就十分脆弱的西藏高原地區(qū)是十分致命的打擊。而模塊化在建筑現場并無濕作業(yè)，在施工過程中建筑垃圾、現場粉塵及噪音少，并且鋼材屬于綠色環(huán)保建筑材料，具有回收與重復利用的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)建筑相比，在環(huán)保方面具有很大優(yōu)勢。

3.1.2 模塊化建筑施工周期短，可加快城鎮(zhèn)化進程

西藏地區(qū)雖然2020年城鎮(zhèn)化率提高至32%[6]，但與全國60%的城鎮(zhèn)化率[7]還相差甚遠。究其原因，除其地廣人稀的環(huán)境特殊性外，與傳統(tǒng)建筑施工周期較長的劣勢在西藏高原地區(qū)特殊氣候特征下被進一步放大也有相當大的關系。西藏高原地區(qū)冬季漫長寒冷，降雪量大，許多偏遠地區(qū)一到冬季往往大雪封山、交通不便，環(huán)境十分惡劣。傳統(tǒng)建筑多為露天作業(yè)，在建造過程中大部分是人工在現場施工作業(yè)，受天氣影響較大，在冬季和雨季施工進度十分緩慢。模塊化建筑因其大部分構件都在工廠預制完成后，再運送到施工現場安裝，現場施工效率高、機械化程度高、施工過程受天氣影響較小，會有效縮短施工工期，相較于傳統(tǒng)建筑，對推進西藏高原地區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展有十分巨大的優(yōu)勢。

3.1.3 模塊化建筑可改善西藏地區(qū)原有建筑的不足

西藏高原地區(qū)交通運輸十分不便，因此藏式石砌體結構因其易于就地取材，同時能較好地抵御高原地區(qū)嚴寒氣候，在青藏高原上是一種廣泛使用的結構形式。但其承重墻體由毛石與黏土砌筑而成，剛度大，抗震耗能弱，在歷次的地震中破損程度都非常大。而模塊化鋼結構建筑自重輕、抗震性能較好，在地震中可極大地減少人員傷亡，同時鋼材具有回收利用價值，在災后修復和拆除重建等方面擁有巨大優(yōu)勢。

3.1.4 單一的模塊化集裝箱式建筑，在西藏高原地區(qū)應用前景廣泛

西藏地區(qū)擁有極大的科研價值，每年有大量的地質勘探隊伍進藏進行科研考察。同時，西藏高原地區(qū)地質構造復雜，巖漿活動頻繁，成礦作用多種多樣，礦產資源非常豐富[8]。而西藏高原地區(qū)地廣人稀，礦產資源分布不均且大多處于人跡罕及、環(huán)境惡劣的藏區(qū)深處，這些地區(qū)往往交通不便、條件艱苦。針對礦區(qū)和科研勘探人員居住問題，單一的模塊化集裝箱式建筑因其相較于傳統(tǒng)磚混結構建筑建造安裝快捷簡便、可循環(huán)利用、對自然環(huán)境影響較少的優(yōu)勢，以及相較于帳篷保暖防風性能優(yōu)越、更加堅固耐用的特性，無疑是最方便可靠的選擇。同時，西藏高原地區(qū)位于我國邊疆地區(qū)，與多國接壤且邊境線極長，單一的模塊化集裝箱式建筑機動性能優(yōu)越，對于國防安全問題有較大的應用價值。

3.2 西藏地區(qū)模塊化建筑發(fā)展面臨的問題

目前，雖然西藏自治區(qū)高原裝配式鋼結構建筑的發(fā)展已經取得了一定成效，但對于模塊化建筑發(fā)展方面的研究仍然較少，仍存在以下的不足：

3.2.1 沒有形成成熟完善的產業(yè)鏈體系目前，西藏地區(qū)模塊化鋼結構建筑發(fā)展并未成熟，建筑領域目前依舊采用傳統(tǒng)的筑造方式，尚未形成成熟完善的產業(yè)鏈體系。與模塊化建筑發(fā)展較快的地區(qū)相比，西藏地區(qū)模塊化建筑發(fā)展十分緩慢，存在較大差距。并且社會大眾對模塊化建筑的疑慮較多，居民對模塊化建筑可接受程度較低。

3.2.2 建造成本較高，市場消費水平低，居民接受程度低西藏高原地區(qū)經濟發(fā)展與內地發(fā)達省份仍有一定的差距，消費者消費水平較低，以西藏自治區(qū)經濟最為發(fā)達的為例，據了解，拉薩市關于裝配式鋼結構建筑已建設和正在建設的項目有拉薩市城關區(qū)便民服務中心、拉薩曲水百畝聯動溫室大棚、拉薩市城關區(qū)政府公租房（一期、二期、三期）等項目[9]，預制集裝箱式結構建筑還處于概念模型階段，未進行推廣[10]。這些項目大部分都是政府投資建設，市場需求嚴重不足。此外，因其地域特殊性，藏族人民因為生活在高原這種極端惡劣的自然環(huán)境中，形成了較之其他民族更加突顯的自我防衛(wèi)心理。這種心理通過不斷傳播和擴張，逐漸形成民族的集體防衛(wèi)心理，因此對新事物的接受進程較為緩慢[11]，進一步減緩了模塊化建筑這一新型建筑體系的推廣進程。

3.2.3 未能形成適合高原地區(qū)的新型模塊化建筑體系

由于西藏高原地區(qū)地理環(huán)境特征、人文氣候條件的特殊性，目前主流的模塊化建筑體系并不能與之完全適配。

西藏高原是中國地震多發(fā)地區(qū)，區(qū)內地域溫差大，交通不便，但陽光充沛。無骨架和有骨架熱軋框架模塊化建筑因其固有缺陷，并不適合西藏未來發(fā)展。目前，以冷彎鋼龍骨體系、冷彎鋼小桁架體系為代表的冷彎鋼結構體系適合低層建筑，抗震耗能能力不強，模塊化發(fā)展不充分。如被大面積應用在高原，將面臨結構抗震安全、交通運輸、施工組織及綠色發(fā)展等多方面的挑戰(zhàn)。同時，西藏高原整個地形由西北向東南逐漸平緩，造就了西藏高原東南溫暖濕潤、西北干燥嚴寒獨特而復雜多樣氣候特征，呈現出由東南向西北的帶狀分布[12]，因此，造就了西藏地區(qū)建筑形式多樣的建筑風格。而模塊化建筑雖然安裝便捷、施工周期短，但目前結構選型較為單一，設計缺乏多元化，應用范圍也僅限于一些樓層數較少的中低層建筑，并不能滿足西藏地區(qū)建筑物形式多樣的建筑風格。

因此，面對高原民居和城鎮(zhèn)化對綠色建筑的需求，需要研究適合高原地區(qū)的新型模塊化建筑體系，解決上述關鍵技術難題。

3.3 西藏地區(qū)模塊化建筑發(fā)展建議

3.3.1 盡快建立完善全面的產業(yè)鏈體系

為促進模塊化建筑在西藏高原發(fā)展，自治區(qū)政府可加強規(guī)劃引導，完善支持政策。增強企業(yè)信心，促使企業(yè)積極加大相應研發(fā)、生產投入，激發(fā)市場活力。同時，提高監(jiān)管效能，完善監(jiān)管機制和相關標準規(guī)范，并健全項目設計、構件生產、施工建造以及后期檢測等全過程質量監(jiān)管體系，全面提高產品質量和服務質量，加快建立完善全面的產業(yè)鏈體系。

3.3.2 加大推廣力度，增加試點項目，加強人才建設，提升居民可接受程度

目前，西藏地區(qū)模塊化建筑工程實例十分稀少，市場應用實例嚴重稀缺，同時相關企業(yè)單位數量較少，相應人才隊伍也十分稀缺。因此，自治區(qū)政府可增加試點工程項目，積極開展示范項目建設，同時積極引進高層次技術、管理人才，提升從業(yè)人員整體素質。在當地加大模塊化建筑宣傳，開展多渠道多形式的宣傳方式，廣泛宣傳模塊化建筑基本知識及其在工業(yè)化程度高、施工周期短、綠色環(huán)保以及提升社會經濟效益等方面的優(yōu)越性，提高社會認知度，提升居民可接受程度。

3.3.3 大力研究適合西藏高原地區(qū)的新型模塊化建筑體系

目前，主流的模塊化建筑體系與西藏高原地區(qū)并不能完全適配：西藏自治區(qū)位于青藏高原西南部,平均海拔在4000m 以上，素有“世界屋脊”之稱[13]，其地理環(huán)境特征、人文氣候條件等都十分特殊。而自然環(huán)境對建筑起著最基本的限定作用，同時也對建筑形態(tài)構成要素的發(fā)展起著主導的作用[12]。因此，在西藏高原地區(qū)發(fā)展模塊化建筑，必須考慮其特殊的自然環(huán)境特征以及當地建筑行業(yè)的特殊性，研究出與之適配的新型模塊化建筑結構體系。

3.4 西藏高原地區(qū)新型模塊化建筑結構體系發(fā)展方向探討

3.4.1 提升結構性能，增加抗震效能，降低建造成本

西藏地區(qū)處于歐亞地震帶及喜馬拉雅-地中海地震帶中，是地殼運動強烈的地帶，經常發(fā)生破壞性地震及中、深源地震[9]。西藏地區(qū)經濟發(fā)展與內地發(fā)達省份仍有一定差距，目前傳統(tǒng)模塊化建筑耗鋼量較大，建造成本較高。因此，新型模塊化結構體系的材料選擇方面必須兼顧“輕質”“高強”的特性，不僅要擁有較強的抗震性能，同時也要擁有一定的經濟性能?；谶@兩方面的基礎，冷彎型鋼作為一種經濟的截面輕型薄壁鋼材，具有截面經濟合理，節(jié)省材料、品種繁多、利用率高以及生產中還可與沖孔等工序相配合等優(yōu)點，是一種經濟斷面鋼材。在研究與西藏高原地區(qū)適配的新型模塊化結構體系方面具有極大的研究價值以及開發(fā)應用前景。

3.4.2 充分利用高原地區(qū)太陽能資源，開展光伏與模塊化建筑一體化研究

西藏高原地區(qū)有著得天獨厚的太陽能資源，太陽能作為一種綠色可再生能源，符合當今綠色節(jié)能的發(fā)展趨勢。藏西北大部分地區(qū)年平均日照時間為3000h左右；藏東南部分地區(qū)年平均日照時間也多達2000h左右，個別地方還高達5000h以上，冬季雖然嚴寒，但太陽輻射強，平均日照時數一般也都在1500h～3400h[13]，因此，在西藏高原地區(qū)發(fā)展太陽能資源有著廣闊的前景。

若將太陽能資源與新型模塊化結構體系研究相結合，開展光伏與模塊化建筑一體化設計，基于零能耗理念的光伏建筑一體性能優(yōu)化，以實現新型模塊化結構建筑電力能源的自給自足，同時具有很好的節(jié)能保溫特性以適應高原氣候環(huán)境為發(fā)展目標，不僅積極響應了國家綠色建筑行動計劃，也極大地保護了西藏地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，為西藏自治區(qū)實現碳達峰碳中和目標提供了有力支持。同時，可以對西藏高原無電、缺電的偏遠地區(qū)礦產資源開采、地質勘探調研等相關人員提供良好的居住設施，發(fā)展前景巨大。

4 結語

模塊化建筑具有廣泛深遠的發(fā)展前景，將成為未來綠色建筑及評價標準向前發(fā)展的重要推動力，西藏高原地區(qū)因其特殊的自然環(huán)境與氣候特征，目前與主流的模塊化建筑體系并不能完美適配，但若能以此為基礎，開發(fā)研究出能克服自身環(huán)境不足，并與自身條件相結合的新型模塊化建筑結構體系，必將推動西藏高原地區(qū)建筑行業(yè)的歷史性變革。