模塊化建筑與傳統(tǒng)裝配式建筑的對比
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摘要：裝配式建筑是我國倡導(dǎo)綠色建筑以來的熱門話題，模塊化建筑是裝配式建筑發(fā)展過程中的新模式。日常生活中，人們往往會把模塊化建筑和傳統(tǒng)裝配式建筑混淆，將模塊化建筑誤認(rèn)為是傳統(tǒng)的零散建筑物部件安裝的裝配式結(jié)構(gòu)體系，所以對模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系和傳統(tǒng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點進(jìn)行區(qū)分是必要的，模塊化建筑又稱為“盒子建筑”，其預(yù)制單元可以是一個廚房、一個衛(wèi)生間，甚至是一個房間，整體都在工廠預(yù)制完成，然后運輸至現(xiàn)場采用搭積木的方式進(jìn)行拼裝，工業(yè)化程度高，重復(fù)利用率高，可以進(jìn)一步縮短施工現(xiàn)場作業(yè)時間，減少污染，降低成本，更加綠色，環(huán)保，更加經(jīng)濟(jì)。
關(guān)鍵詞：建筑工業(yè)化；傳統(tǒng)裝配式建筑；模塊化建筑；綠色建筑；部品化
1我國裝配式建筑發(fā)展的必要性
20世紀(jì)80年代，鋼筋混凝土現(xiàn)澆體系，逐漸發(fā)展成熟并開始廣泛應(yīng)用，為我國城鄉(xiāng)建設(shè)快速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，但是鋼筋混凝土現(xiàn)澆體系在施工中也暴露出很多弊端，由于管理過于粗放，水、建筑材料浪費嚴(yán)重，施工場地雜物混亂，衛(wèi)生難以全面控制，環(huán)境污染嚴(yán)重，施工周期較長，勞動力成本較高；另外由于混凝土易開裂，結(jié)構(gòu)容易滲漏，維修成本較高。所以，這種建筑方式既不經(jīng)濟(jì)，又不滿足節(jié)能減排的要求。隨著我國經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展和人民的生活水平逐漸提高，城鎮(zhèn)化率越來越高，城鎮(zhèn)住宅每年興建面積達(dá)到8億m2以上［1］。如果我國建筑業(yè)未來的發(fā)展，依舊依賴傳統(tǒng)建筑技術(shù)，勢必會給城市的建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來約束。目前我國正在全面倡導(dǎo)節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地和節(jié)材綠色建筑，提倡既發(fā)展建筑業(yè)，又不破壞生態(tài)，為人們提供舒適、安全、高效的使用空間的同時做到與大自然和諧共處。裝配式建筑屬于綠色環(huán)保建筑，既可以縮短建設(shè)周期，又可以減少施工污染，從而減少施工場地的臟亂差。2012年4月27日，財政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)了《關(guān)于加快推動我國綠色建筑發(fā)展的實施意見》（財建［2012］167號）；2013年1月1日，國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委住房城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色建筑行動方案的通知》（國辦發(fā)［2013］1號）；2016年2月6日中共中央、國務(wù)院提出《關(guān)于進(jìn)一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》。這幾項政策都提出發(fā)展裝配式建筑，要求要大力推廣裝配式建筑，制定裝配式建筑設(shè)計、施工、驗收規(guī)范，制定部品部件標(biāo)準(zhǔn)，提高技術(shù)集成水平；鼓勵建筑企業(yè)發(fā)展裝配式建筑項目，加快建設(shè)工程預(yù)制和裝配式技術(shù)的發(fā)展，推動住宅工業(yè)化。
2傳統(tǒng)裝配式建筑的應(yīng)用
裝配式建筑從結(jié)構(gòu)材料上一般可分為：預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系、裝配式混合結(jié)構(gòu)體系和裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系［2］。預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系的代表單位主要有萬科和遠(yuǎn)大住工，這種結(jié)構(gòu)體系適合于工程量大，建筑面廣的非高層辦公以及住宅建筑，在鋼筋混凝土框架和框剪基礎(chǔ)上，對建筑物外墻板、內(nèi)墻板、樓板等建筑部件進(jìn)行工廠預(yù)制，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場與已建澳大利亞墨爾本中建鋼構(gòu)全鋼結(jié)構(gòu)裝配式框架進(jìn)行拼裝，建筑物部件預(yù)制的比例為40%～50%。裝配式混合結(jié)構(gòu)體系的適合于高層、超高層辦公和賓館建筑及少部分高檔住宅，在傳統(tǒng)混凝土核心筒的基礎(chǔ)上，對圍繞核心筒的鋼框架結(jié)構(gòu)在工廠進(jìn)行預(yù)制，在現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，建筑物部件的預(yù)制比例為30%～40%。全鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配式建筑的代表單位有中建鋼構(gòu)，適合于高層、超高層辦公、賓館和高檔公寓建筑。該結(jié)構(gòu)體系利用鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、易加工、剛度大、延性好，抗震性能優(yōu)越，構(gòu)件易拼裝，可用螺栓連接得特點，工廠生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，更加符合裝配式結(jié)構(gòu)未來發(fā)展的方向。建筑物大部分部件在工廠預(yù)制，并可在工廠內(nèi)進(jìn)行裝修，預(yù)制比例可達(dá)80%～90%，全鋼結(jié)構(gòu)體系連接方便，現(xiàn)場安裝簡單快捷，高度標(biāo)準(zhǔn)化、集成化，易保證質(zhì)量，拼裝速度快，每天可建1～2層，降低成本，減少污染，可以大幅消耗鋼材，化解目前我國鋼材產(chǎn)能過剩的困境，真正實現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)時、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保。
3新型裝配式建筑項目--模塊化建筑的應(yīng)用
近年來，我國又出現(xiàn)一種新型的裝配式建筑形式———模塊化建筑，也稱“盒子建筑”。模塊化建筑技術(shù)是一種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工業(yè)化、供應(yīng)配套化、施工裝配化的新型建筑技術(shù)，整個建設(shè)過程中施工安裝方便，周期較短，質(zhì)量易于保證，使用壽命長，成本低，而且基本可以做到無濕作業(yè)，改善作業(yè)環(huán)境，減少污染，節(jié)約勞動力。相對于傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)體系，模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系整體性好、連接可靠、穩(wěn)定性好，可以有效改善工人的工作條件，把建筑工人轉(zhuǎn)變?yōu)楣S藍(lán)領(lǐng)，提高工人的行業(yè)認(rèn)可程度。模塊化結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了由傳統(tǒng)裝配式建筑的工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼裝的建筑模式，逐漸發(fā)展成了由波形板墻承受豎向力的集裝箱式建筑，之后又發(fā)展成了由柱承受豎向力的新型框架結(jié)構(gòu)模塊化建筑。集裝箱模塊化建筑理念來源于生活利用，集裝箱內(nèi)部空間大，與人類生活建筑空間相類似，且在貨物運輸時特別是在海運時，集裝箱的堆疊，顛簸之后仍然具有較好的穩(wěn)定性特性。集裝箱式結(jié)構(gòu)由波形板式墻體承受豎向荷載，穩(wěn)定性較好，集裝箱之間可用螺栓進(jìn)行鎖扣，連接方便，大大減少了建筑時間和成本，得到了很快的發(fā)展。結(jié)合建筑物框架結(jié)構(gòu)體系的受力特征又發(fā)展出新型框架模塊化結(jié)構(gòu)，豎向荷載由柱承擔(dān)，根據(jù)用途需要安裝墻體，大大減少材料的用量，更加經(jīng)濟(jì)。
模塊化建筑與傳統(tǒng)裝配式建筑，都是綠色環(huán)保建筑的建筑方法，可以降低建筑耗材、減少耗力、耗時、減少施工污染。它們都是在工廠預(yù)制，然后在現(xiàn)場進(jìn)行拼裝的住宅體系。裝配式建筑的預(yù)制單元一般可分為：桿件單元，板體單元和模塊單元多種，對應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)體系分別為：直接裝配式結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系和模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系［4］。直接裝配式結(jié)構(gòu)體系和預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系，則屬于傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)體系。傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)體系與模塊化建筑主要有以下幾個方面的不同：
4.1預(yù)制單元
直接裝配式結(jié)構(gòu)體系是將建筑的每個桿件單元按照設(shè)計尺寸在工廠預(yù)制，比如桁架結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)廠房的支撐桿件，由于桿件數(shù)量大，比較散亂，制作時需要準(zhǔn)確編號放置，需要一定人員看管，保證分門別類排列有序，不出差錯，否則，拼裝時在有限的場地從巨大的構(gòu)件數(shù)量中找出合適的構(gòu)件會增加很大的工作量。預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系是將建筑物分為帶骨架的墻板、屋面板及屋架等板件，分別在工廠預(yù)制。相對于直接裝配式結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系的建筑部件預(yù)制比例有所提高，構(gòu)件整體性好，工序簡單化，數(shù)量大幅度減少，類型容易區(qū)分，便于存放與看管，還大大減少了工作量，降低了成本。模塊化結(jié)構(gòu)體系是將整個房間作為單個空間模塊單元在工廠進(jìn)行預(yù)制，并可對該模塊單元的內(nèi)部空間進(jìn)行布置與裝修，模塊化結(jié)構(gòu)體系所有設(shè)備、管線、裝修、固定家具均在模塊制作時安裝完畢，外立面裝修也可以同時完成，模塊化結(jié)構(gòu)體系在工廠預(yù)制比例最高，模塊化結(jié)構(gòu)使用的構(gòu)件，梁、柱、鋼節(jié)點在工廠預(yù)制完畢，然后進(jìn)行單個模塊的拼裝。由于構(gòu)件尺寸統(tǒng)一、工藝流程標(biāo)準(zhǔn)，可做流水線式生產(chǎn)，減少人員投入，速度快，更加經(jīng)濟(jì)。2014年11月21日，王鐵宏在小谷圍科學(xué)講壇提出了建筑部品化的概念［5］。建筑部品是整個建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它是對建筑材料、單項產(chǎn)品部件或構(gòu)件的集成，可以是建筑物的柱、梁、墻、板或屋蓋，還可以是整體房間，具有相對獨立的功能。建筑部件在工廠的預(yù)制比例可稱為部品化率，體現(xiàn)了建筑工業(yè)化的程度。據(jù)統(tǒng)計，直接裝配式結(jié)構(gòu)體系部品化率40%~50%，預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系部品化率最大可為60%，而模塊化結(jié)構(gòu)體系的部品化率一般會超過85%，若完全在工廠進(jìn)行預(yù)制并內(nèi)部裝修的模塊化建筑的部品化率可達(dá)95%，而剩余的5%工作量為模塊安裝的連接工作［6］。
4.2運輸過程
傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)體系中的桿件單元與預(yù)制板體單元均可通過拖車運輸?shù)浆F(xiàn)場，但是由于直接裝配式結(jié)構(gòu)體系桿件尺寸相對較小，數(shù)量多而散亂，裝卸時比較耗時，在構(gòu)件運輸時，桿件接觸面較大，桿件間的相對滑動容易造成構(gòu)件破壞，需要加強防護(hù)措施，不適于長距離運輸；而預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系的板體單元運輸相對于直接裝配式結(jié)構(gòu)體系的桿件，整體性和承載力有所提高，增加了安全性，縮短了裝卸時間，可減少運輸成本；而模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系，單個模塊已經(jīng)在工廠按照設(shè)計規(guī)范拼裝完成，梁、柱、節(jié)點間通過高強螺栓或焊接方式連接穩(wěn)固，整體性最好，不易損壞，運輸時將模塊進(jìn)行疊放，提高空間利用率，整體裝卸節(jié)約時間，便于轉(zhuǎn)運，模塊化單元既可以通過拖車進(jìn)行短途運輸，也可以通過集裝箱成品運輸方式長距離運輸。
4.3拼裝方式
直接裝配式結(jié)構(gòu)體系在拼裝時，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙，對應(yīng)桿件拼裝位置進(jìn)行拼裝，要求的拼裝精度高，需配備較高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)人員，才能保證工序的質(zhì)量和下一步的正常進(jìn)行；由于桿件單元類型多，數(shù)量大，拼裝時吊次多，比較費時，人力物力投入比較大；桿件單元拼裝節(jié)點較多，要求的建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，增加建筑的安全可靠性；預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系拼裝時只需將板體單元連接件扣接穩(wěn)固即可保證質(zhì)量，與直接裝配式結(jié)構(gòu)體系的桿件單元的裝配相比，是屋架與墻體，屋架與屋板等之間板體單元的連接，連接方式簡單，速度快，這大大減少了工作量，加快了進(jìn)度，同時連接工作普通工人就可完成，減少了現(xiàn)場裝配技術(shù)人員的勞動力投入，可有效控制成本。模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系的施工現(xiàn)場拼裝采用“搭積木”的方式，模塊單元節(jié)點間使用高強螺栓連接，使模塊可靠的連接成為建筑整體。其連接方式簡單，節(jié)省時間，速度快，施工質(zhì)量高，省時省力又經(jīng)濟(jì)。
5結(jié)語
相對于傳統(tǒng)裝配式建筑體系，模塊化建筑可以實現(xiàn)90%以上的部品化率，工廠化水平較高，即建筑工業(yè)化程度較高；模塊化建筑模塊的拼裝，更加簡單方便，吊裝次數(shù)少，用時更短，可以有效縮短工期，降低建設(shè)成本，更加經(jīng)濟(jì)。模塊之間拼裝可采用高強螺栓連接，拼裝步驟簡單，更容易保證質(zhì)量，使整個建筑更加安全可靠；相對于傳統(tǒng)裝配式建筑，建筑物部件工廠預(yù)制比例大，現(xiàn)場施工周期短，無濕作業(yè)，可減少對環(huán)境的污染，更加環(huán)保，更符合綠色建筑的主題，還可以節(jié)約材料，防止浪費。另外，相對于傳統(tǒng)裝配式建筑，模塊化建筑運輸可采用集裝箱成品運輸?shù)姆椒?，大大改變了運輸條件，安全風(fēng)險小，裝卸效率高，勞動力成本低，且有利于開展多式聯(lián)運，貨物轉(zhuǎn)運時間較短，提高運輸效率，便于跨境運輸。模塊化建筑是傳統(tǒng)裝配式建筑體系的升級，是裝配式建筑未來發(fā)展的必由之路。
參考文獻(xiàn)
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［5］王鐵宏.建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化有關(guān)內(nèi)涵的研究與思考［J］.建筑設(shè)計管理，2016，33（8）：11-14，18.
作者：于宏 葉景榮 單位：廣州大學(xué)