【摘要】為研究模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)的應(yīng)用，文章以某園藝體驗(yàn)中心項(xiàng)目為例，分析了模塊化施工分區(qū)、施工加固支撐選擇和BIM技術(shù)應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，并對(duì)基礎(chǔ)施工流程、模塊吊裝、模塊連接等方法進(jìn)行了深入探討。研究結(jié)果表明，模塊化裝配式建筑不僅提高了施工效率，縮短了工期，還有效降低了勞動(dòng)力和時(shí)間成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的建筑效果和生態(tài)性能。

【關(guān)鍵詞】模塊化建筑；鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)；BIM技術(shù)；裝配式建筑

【中圖分類號(hào)】TU758.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2025）01-0010-03

0 引言

近年來，模塊化裝配式建筑因其高效、快速的特性而在建筑行業(yè)中獲得了廣泛關(guān)注。鋼結(jié)構(gòu)也以其優(yōu)越的強(qiáng)度和靈活設(shè)計(jì)能力成為模塊化建筑的核心。目前，如何通過優(yōu)化施工技術(shù)來提升模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工效率和質(zhì)量成為業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)。本文通過某園藝體驗(yàn)中心的實(shí)際工程，探討了模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，以期為相關(guān)工程項(xiàng)目提供借鑒。

1 工程概況

某園藝體驗(yàn)中心項(xiàng)目旨在構(gòu)建國(guó)家4A級(jí)園藝藝術(shù)休閑景區(qū)，建筑風(fēng)格結(jié)合了工業(yè)建筑與園林景觀的獨(dú)特特征。該項(xiàng)目建筑總面積為550 m2，采用全鋼結(jié)構(gòu)，并通過模塊化裝配的方式進(jìn)行建造。設(shè)計(jì)上采用了17個(gè)相同尺寸模塊，通過“十字形”對(duì)稱正交疊置的設(shè)計(jì)手法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代雕塑感的建筑形體。模塊化建筑體現(xiàn)了高效、經(jīng)濟(jì)、快速、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，符合當(dāng)前建筑業(yè)的發(fā)展方向。建筑模塊在工廠預(yù)制后，通過公路運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，這種模式不僅提高了施工效率，也保證了現(xiàn)場(chǎng)施工的精確性和安全性。該項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)三維效果，如圖1所示。

2 模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)

2.1 模塊化的施工分區(qū)

模塊化施工以鋼結(jié)構(gòu)為核心單元，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化生產(chǎn)。根據(jù)GB/T 50100—2001《住宅建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》，建筑基本模數(shù)為100 mm，以模數(shù)M表示，通過擴(kuò)大模數(shù)3M來滿足設(shè)計(jì)與施工的需求[1]。每個(gè)模塊單元的尺寸為長(zhǎng)12 m、寬2.4 m、高3 m，共17個(gè)模塊，搭建成2層，最頂層用于設(shè)置豎向樓梯和標(biāo)志模塊。

模塊化設(shè)計(jì)不僅減少了構(gòu)件規(guī)格，還便于現(xiàn)場(chǎng)快速裝配。在具體的施工過程中，模塊的功能劃分十分明確，包括社交、休息、購(gòu)物、備餐、衛(wèi)浴、圖書、觀光及儲(chǔ)藏等功能模塊，詳細(xì)的功能劃分確保了每個(gè)模塊的用途和操作流程的高效。因此，在進(jìn)行模塊化裝配時(shí)，可以大大提高施工的精確性和效率。

2.2 施工加固支撐的選擇

在模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，選擇合適的支撐體系至關(guān)重要，這直接影響了模塊吊裝的整體穩(wěn)定性和平衡性。為了增加模塊的抗側(cè)能力和整體剛度，結(jié)構(gòu)的變形能力被作為關(guān)鍵考核指標(biāo)?？紤]到結(jié)構(gòu)的側(cè)移特性，選用合適的支撐形式是保證施工質(zhì)量的重要因素。表1比較了4種常見支撐體系在變形位移和抗側(cè)變形能力方面的表現(xiàn)。

根據(jù)數(shù)值分析和對(duì)比研究，采用單斜桿和X形支撐組成的結(jié)構(gòu)體系在層間位移方面表現(xiàn)出最小化，這表明其在相似條件下具備較強(qiáng)的抵抗側(cè)向變形的能力，結(jié)構(gòu)效率也顯著提高。相對(duì)而言，使用人字形支撐和K形支撐的結(jié)構(gòu)體系，其層間位移較大，抵抗變形的能力相對(duì)較弱。從這些分析可以推斷，在懸挑結(jié)構(gòu)和開口門窗的部位，選擇斜桿支撐其抗側(cè)能力更強(qiáng)，施工操作更加簡(jiǎn)便，同時(shí)相比X形支撐更能節(jié)省鋼材。因此，在施工過程中，應(yīng)在懸挑模塊和窗戶位置優(yōu)先選擇斜桿支撐進(jìn)行加固，設(shè)計(jì)見圖2[2]。

2.3 應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)

在模塊化建筑的設(shè)計(jì)和施工過程中，BIM技術(shù)發(fā)揮了極其重要的作用。通過BIM技術(shù)可以優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)并進(jìn)行施工模擬，確保每個(gè)模塊在工廠預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)裝配環(huán)節(jié)的無縫銜接。BIM技術(shù)的應(yīng)用使得17個(gè)模塊能夠按編號(hào)順序合理拼裝，并通過模擬確定最佳的連接件位置及穿孔預(yù)留位置，從而提高了模塊安裝的準(zhǔn)確性和效率。

在設(shè)計(jì)過程中，通過BIM技術(shù)可以精確計(jì)算和展現(xiàn)每個(gè)模塊的空間占用和結(jié)構(gòu)連接，避免了現(xiàn)場(chǎng)施工的盲目性。通過合理利用BIM三維建模和信息化管理能力，施工人員可以在虛擬環(huán)境中驗(yàn)證和調(diào)整每一個(gè)細(xì)節(jié)，確保實(shí)際施工中無誤差，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的建筑效果。整體來看，BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅節(jié)省了工期，也降低了項(xiàng)目成本，極具實(shí)踐意義。

3 模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 基礎(chǔ)施工流程與要點(diǎn)

基礎(chǔ)施工作為模塊化裝配建筑最初的重要步驟，通常涵蓋多項(xiàng)精細(xì)操作以確保建筑的穩(wěn)固性和長(zhǎng)壽命?；A(chǔ)施工流程包括定位放線、基礎(chǔ)開挖、基礎(chǔ)修整、基礎(chǔ)驗(yàn)收、混凝土墊層澆筑、軸線引設(shè)、鋼筋制作與安裝、預(yù)埋鋼板、模板和鋼筋驗(yàn)收、基礎(chǔ)混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)和土體回填。

開挖過程中，施工人員根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告準(zhǔn)確挖掘，并利用經(jīng)緯儀確認(rèn)基坑尺寸和深度是否符合設(shè)計(jì)要求。基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)設(shè)定為C30，通常會(huì)通過28 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)期測(cè)試來驗(yàn)證其抗壓強(qiáng)度，同時(shí)還需要使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的100 mm厚C15素混凝土來作為基礎(chǔ)墊層材料。當(dāng)使用磚模時(shí)，采用實(shí)心磚以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

在預(yù)埋鋼板部分，具體需要通過全站儀精確安裝，特別是雙拼模塊和單獨(dú)角件的鋼板規(guī)格分別為382 mm×218 mm×16 mm和218 mm×202 mm×16 mm，以確保后續(xù)裝配的精度。在施工現(xiàn)場(chǎng)，各種材料的運(yùn)輸和堆放安排應(yīng)有序進(jìn)行，避免交叉污染，并做好氣象影響預(yù)防措施，確保基礎(chǔ)施工環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行。工程基礎(chǔ)施工材料參數(shù)及用量計(jì)算，如表2所示[3]。

3.2 施工前準(zhǔn)備

施工前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)會(huì)直接影響到項(xiàng)目的總體效率與質(zhì)量。在模塊化裝配建筑中，準(zhǔn)備過程包括全面的運(yùn)輸和吊裝計(jì)劃，為此應(yīng)根據(jù)模塊尺寸和重心計(jì)算出最經(jīng)濟(jì)和適宜的運(yùn)輸路線。模塊通常通過公路貨車運(yùn)輸，在此過程中需預(yù)先進(jìn)行包裝保護(hù)，一般使用厚塑料膜進(jìn)行外部覆蓋以避免碰撞損傷。出廠前，精細(xì)的質(zhì)量驗(yàn)收與預(yù)組裝是必不可少的步驟，能夠有效保證模塊在現(xiàn)場(chǎng)連接的兼容性，減少返工概率和成本支出。

針對(duì)可能出現(xiàn)的天氣、交通等不確定因素需要制定應(yīng)對(duì)策略。在運(yùn)輸和吊裝方案中，具體細(xì)化到車輛的選用型號(hào)、運(yùn)輸途徑、裝卸時(shí)間、臨時(shí)交通管制等，確保模塊在途的安全和快捷。施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)提前在現(xiàn)場(chǎng)建立起必要的基礎(chǔ)設(shè)施，以便模塊到達(dá)后快速進(jìn)行裝卸和定位。所有這些準(zhǔn)備措施為后續(xù)的模塊吊裝和連接提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 模塊吊裝技術(shù)

模塊的吊裝是施工中一項(xiàng)十分具有技術(shù)性的工作，將直接影響到建筑物的整體穩(wěn)固和安全性。在選擇吊點(diǎn)時(shí)，基于吊裝穩(wěn)定性和受力均衡的原則，通常選擇模塊單元長(zhǎng)度方向兩端的20%位置作為吊點(diǎn)。此設(shè)計(jì)能夠有效減少結(jié)構(gòu)在吊裝過程中的應(yīng)力集中問題，使得吊裝的穩(wěn)定性達(dá)到最佳。此外，模塊吊裝需要使用包括QY50在內(nèi)的重型起重機(jī)，配合φ22.5 mm的高強(qiáng)度鋼絲繩保證模塊重心合適。吊裝前應(yīng)對(duì)起重機(jī)和協(xié)助框架的位置進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和標(biāo)定，使鋼絲繩與模塊之間的夾角始終保持在60°左右，以確保受力的安全穩(wěn)定性。在操作時(shí)，確保四點(diǎn)吊裝均勻受力，避免鋼絲繩在起吊后對(duì)模塊造成的變形損傷。在就位過程中，通過全站儀校正模塊的尺寸和位置偏差，確保模塊安裝符合設(shè)計(jì)規(guī)范。吊裝的每一步都需嚴(yán)格按照方案進(jìn)行，確保每個(gè)步驟都無誤差地實(shí)現(xiàn)。模塊化建筑吊裝數(shù)據(jù)及計(jì)算如表3所示[4]。

3.4 模塊連接技術(shù)

模塊之間的連接技術(shù)直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性。采用高強(qiáng)度M24螺栓與焊接相結(jié)合的方法來進(jìn)行模塊固定，確保結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪強(qiáng)度達(dá)到建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。雙拼模式下，通過螺栓對(duì)拉實(shí)現(xiàn)模塊的緊密結(jié)合，在受力孔位置增加5 mm鍍鋅扁鐵通過焊接形成防水層，內(nèi)部使用橡塑保溫板填充，外用硅酮耐候密封膠密封。上下模塊之間的節(jié)點(diǎn)通過角鋼焊接和螺栓緊固來實(shí)現(xiàn)牢固連接。尤其在交界節(jié)點(diǎn)處，應(yīng)采用加厚鋼板（如400 mm×200 mm×20 mm）以增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的受力穩(wěn)定性，減少節(jié)點(diǎn)變形的可能性[5]。

在處理連接時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注各接口的對(duì)接精度，通過數(shù)控設(shè)備精確切割和鉆孔，保證各部分的嚴(yán)密配合。在現(xiàn)場(chǎng)施工中嚴(yán)格監(jiān)控模塊連接的規(guī)范執(zhí)行，并使用專業(yè)檢測(cè)設(shè)備在連接后進(jìn)行麥克風(fēng)測(cè)試來檢測(cè)接縫處的密封性。

4 應(yīng)用成效分析

在該游客服務(wù)中心的建設(shè)項(xiàng)目中，模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的成功實(shí)踐提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。全程使用BIM技術(shù)對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，幫助優(yōu)化安裝順序和位置調(diào)整，確保模塊的準(zhǔn)備、安裝和后續(xù)連接環(huán)節(jié)保持高效運(yùn)作。通過精細(xì)化管理和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)控制，施工工期得以縮短約30%，現(xiàn)場(chǎng)工人減少約20%，體現(xiàn)了勞動(dòng)力和時(shí)間成本的雙重節(jié)約。該建筑依托模塊化的靈活性和可重復(fù)利用性，在施工后期可以快速進(jìn)行模塊拆卸和重組，展現(xiàn)出高度的結(jié)構(gòu)可調(diào)整性和經(jīng)濟(jì)適用性。

由于采用雙拼模塊和“十字形”組合結(jié)構(gòu)，不僅提高了建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，更在造型上達(dá)到了預(yù)期的立體效果目標(biāo)。此外，該項(xiàng)目通過在模塊周圍安裝適宜的綠植和遮陽(yáng)設(shè)施，進(jìn)一步增強(qiáng)了建筑的生態(tài)性能和用戶體驗(yàn)。此研究的實(shí)踐成果為進(jìn)一步推廣模塊化建筑提供了有力的技術(shù)支持和范例。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過分析模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在某園藝體驗(yàn)中心項(xiàng)目中的應(yīng)用，證明了該施工技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)。模塊化設(shè)計(jì)與裝配提高了施工效率，縮短了工期，同時(shí)降低了成本。BIM技術(shù)的集成應(yīng)用則確保了施工的精確性和無縫銜接，為未來模塊化建筑的發(fā)展提供了參考和創(chuàng)新思路。此項(xiàng)目的成功為其他類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步推動(dòng)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在行業(yè)中的普及與實(shí)踐應(yīng)用。

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[作者簡(jiǎn)介]張曉明（1986—），男，吉林人，本科，工程師，研究方向：裝配式建筑施工技術(shù)與管理。