模塊化建筑與傳統裝配式建筑的對比
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摘要：裝配式建筑是我國倡導綠色建筑以來的熱門話題，模塊化建筑是裝配式建筑發展過程中的新模式。日常生活中，人們往往會把模塊化建筑和傳統裝配式建筑混淆，將模塊化建筑誤認為是傳統的零散建筑物部件安裝的裝配式結構體系，所以對模塊化建筑結構體系和傳統裝配式建筑結構體系的結構和應用特點進行區分是必要的，模塊化建筑又稱為“盒子建筑”，其預制單元可以是一個廚房、一個衛生間，甚至是一個房間，整體都在工廠預制完成，然后運輸至現場采用搭積木的方式進行拼裝，工業化程度高，重復利用率高，可以進一步縮短施工現場作業時間，減少污染，降低成本，更加綠色，環保，更加經濟。
關鍵詞：建筑工業化；傳統裝配式建筑；模塊化建筑；綠色建筑；部品化
1我國裝配式建筑發展的必要性
20世紀80年代，鋼筋混凝土現澆體系，逐漸發展成熟并開始廣泛應用，為我國城鄉建設快速發展做出了巨大貢獻，但是鋼筋混凝土現澆體系在施工中也暴露出很多弊端，由于管理過于粗放，水、建筑材料浪費嚴重，施工場地雜物混亂，衛生難以全面控制，環境污染嚴重，施工周期較長，勞動力成本較高；另外由于混凝土易開裂，結構容易滲漏，維修成本較高。所以，這種建筑方式既不經濟，又不滿足節能減排的要求。隨著我國經濟的突飛猛進的發展和人民的生活水平逐漸提高，城鎮化率越來越高，城鎮住宅每年興建面積達到8億m2以上［1］。如果我國建筑業未來的發展，依舊依賴傳統建筑技術，勢必會給城市的建設和經濟的發展帶來約束。目前我國正在全面倡導節能、節水、節地和節材綠色建筑，提倡既發展建筑業，又不破壞生態，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保建筑，既可以縮短建設周期，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、住房和城鄉建設部印發了《關于加快推動我國綠色建筑發展的實施意見》（財建［2012］167號）；2013年1月1日，國務院辦公廳轉發了《關于轉發發展改革委住房城鄉建設部綠色建筑行動方案的通知》（國辦發［2013］1號）；2016年2月6日中共中央、國務院提出《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》。這幾項政策都提出發展裝配式建筑，要求要大力推廣裝配式建筑，制定裝配式建筑設計、施工、驗收規范，制定部品部件標準，提高技術集成水平；鼓勵建筑企業發展裝配式建筑項目，加快建設工程預制和裝配式技術的發展，推動住宅工業化。
2傳統裝配式建筑的應用
裝配式建筑從結構材料上一般可分為：預制裝配式混凝土結構體系、裝配式混合結構體系和裝配式鋼結構體系［2］。預制裝配式混凝土結構體系的代表單位主要有萬科和遠大住工，這種結構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上，對建筑物外墻板、內墻板、樓板等建筑部件進行工廠預制，運輸到施工現場與已建澳大利亞墨爾本中建鋼構全鋼結構裝配式框架進行拼裝，建筑物部件預制的比例為40%～50%。裝配式混合結構體系的適合于高層、超高層辦公和賓館建筑及少部分高檔住宅，在傳統混凝土核心筒的基礎上，對圍繞核心筒的鋼框架結構在工廠進行預制，在現場進行拼裝，建筑物部件的預制比例為30%～40%。全鋼結構預制裝配式建筑的代表單位有中建鋼構，適合于高層、超高層辦公、賓館和高檔公寓建筑。該結構體系利用鋼結構質量輕、易加工、剛度大、延性好，抗震性能優越，構件易拼裝，可用螺栓連接得特點，工廠生產標準化程度高，更加符合裝配式結構未來發展的方向。建筑物大部分部件在工廠預制，并可在工廠內進行裝修，預制比例可達80%～90%，全鋼結構體系連接方便，現場安裝簡單快捷，高度標準化、集成化，易保證質量，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能過剩的困境，真正實現了節能、節地、節水、節材、節時、經濟與環保。
3新型裝配式建筑項目--模塊化建筑的應用
近年來，我國又出現一種新型的裝配式建筑形式———模塊化建筑，也稱“盒子建筑”。模塊化建筑技術是一種設計標準化、生產工業化、供應配套化、施工裝配化的新型建筑技術，整個建設過程中施工安裝方便，周期較短，質量易于保證，使用壽命長，成本低，而且基本可以做到無濕作業，改善作業環境，減少污染，節約勞動力。相對于傳統的裝配式結構體系，模塊化建筑結構體系整體性好、連接可靠、穩定性好，可以有效改善工人的工作條件，把建筑工人轉變為工廠藍領，提高工人的行業認可程度。模塊化結構的發展經歷了由傳統裝配式建筑的工廠預制，現場拼裝的建筑模式，逐漸發展成了由波形板墻承受豎向力的集裝箱式建筑，之后又發展成了由柱承受豎向力的新型框架結構模塊化建筑。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定性特性。集裝箱式結構由波形板式墻體承受豎向荷載，穩定性較好，集裝箱之間可用螺栓進行鎖扣，連接方便，大大減少了建筑時間和成本，得到了很快的發展。結合建筑物框架結構體系的受力特征又發展出新型框架模塊化結構，豎向荷載由柱承擔，根據用途需要安裝墻體，大大減少材料的用量，更加經濟。
模塊化建筑與傳統裝配式建筑，都是綠色環保建筑的建筑方法，可以降低建筑耗材、減少耗力、耗時、減少施工污染。它們都是在工廠預制，然后在現場進行拼裝的住宅體系。裝配式建筑的預制單元一般可分為：桿件單元，板體單元和模塊單元多種，對應的建筑結構體系分別為：直接裝配式結構體系，預制板體單元結構體系和模塊化建筑結構體系［4］。直接裝配式結構體系和預制板體單元結構體系，則屬于傳統的裝配式結構體系。傳統裝配式結構體系與模塊化建筑主要有以下幾個方面的不同：
4.1預制單元
直接裝配式結構體系是將建筑的每個桿件單元按照設計尺寸在工廠預制，比如桁架結構的鋼結構廠房的支撐桿件，由于桿件數量大，比較散亂，制作時需要準確編號放置，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件數量中找出合適的構件會增加很大的工作量。預制板體單元結構體系是將建筑物分為帶骨架的墻板、屋面板及屋架等板件，分別在工廠預制。相對于直接裝配式結構體系，預制板體單元結構體系的建筑部件預制比例有所提高，構件整體性好，工序簡單化，數量大幅度減少，類型容易區分，便于存放與看管，還大大減少了工作量，降低了成本。模塊化結構體系是將整個房間作為單個空間模塊單元在工廠進行預制，并可對該模塊單元的內部空間進行布置與裝修，模塊化結構體系所有設備、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，模塊化結構體系在工廠預制比例最高，模塊化結構使用的構件，梁、柱、鋼節點在工廠預制完畢，然后進行單個模塊的拼裝。由于構件尺寸統一、工藝流程標準，可做流水線式生產，減少人員投入，速度快，更加經濟。2014年11月21日，王鐵宏在小谷圍科學講壇提出了建筑部品化的概念［5］。建筑部品是整個建筑結構的基礎，它是對建筑材料、單項產品部件或構件的集成，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制比例可稱為部品化率，體現了建筑工業化的程度。據統計，直接裝配式結構體系部品化率40%~50%，預制板體單元結構體系部品化率最大可為60%，而模塊化結構體系的部品化率一般會超過85%，若完全在工廠進行預制并內部裝修的模塊化建筑的部品化率可達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
傳統裝配式結構體系中的桿件單元與預制板體單元均可通過拖車運輸到現場，但是由于直接裝配式結構體系桿件尺寸相對較小，數量多而散亂，裝卸時比較耗時，在構件運輸時，桿件接觸面較大，桿件間的相對滑動容易造成構件破壞，需要加強防護措施，不適于長距離運輸；而預制板體單元結構體系的板體單元運輸相對于直接裝配式結構體系的桿件，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；而模塊化建筑結構體系，單個模塊已經在工廠按照設計規范拼裝完成，梁、柱、節點間通過高強螺栓或焊接方式連接穩固，整體性最好，不易損壞，運輸時將模塊進行疊放，提高空間利用率，整體裝卸節約時間，便于轉運，模塊化單元既可以通過拖車進行短途運輸，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
直接裝配式結構體系在拼裝時，嚴格按照設計圖紙，對應桿件拼裝位置進行拼裝，要求的拼裝精度高，需配備較高標準的技術人員，才能保證工序的質量和下一步的正常進行；由于桿件單元類型多，數量大，拼裝時吊次多，比較費時，人力物力投入比較大；桿件單元拼裝節點較多，要求的建筑技術標準高，增加建筑的安全可靠性；預制板體單元結構體系拼裝時只需將板體單元連接件扣接穩固即可保證質量，與直接裝配式結構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，加快了進度，同時連接工作普通工人就可完成，減少了現場裝配技術人員的勞動力投入，可有效控制成本。模塊化建筑結構體系的施工現場拼裝采用“搭積木”的方式，模塊單元節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，節省時間，速度快，施工質量高，省時省力又經濟。
5結語
相對于傳統裝配式建筑體系，模塊化建筑可以實現90%以上的部品化率，工廠化水平較高，即建筑工業化程度較高；模塊化建筑模塊的拼裝，更加簡單方便，吊裝次數少，用時更短，可以有效縮短工期，降低建設成本，更加經濟。模塊之間拼裝可采用高強螺栓連接，拼裝步驟簡單，更容易保證質量，使整個建筑更加安全可靠；相對于傳統裝配式建筑，建筑物部件工廠預制比例大，現場施工周期短，無濕作業，可減少對環境的污染，更加環保，更符合綠色建筑的主題，還可以節約材料，防止浪費。另外，相對于傳統裝配式建筑，模塊化建筑運輸可采用集裝箱成品運輸的方法，大大改變了運輸條件，安全風險小，裝卸效率高，勞動力成本低，且有利于開展多式聯運，貨物轉運時間較短，提高運輸效率，便于跨境運輸。模塊化建筑是傳統裝配式建筑體系的升級，是裝配式建筑未來發展的必由之路。
參考文獻
［1］陳敖宜，張肇毅，王卉，等.建筑工業化與綠色模塊建筑［J］.建筑結構，2013，43（S2）：334-336.
［2］郝際平，孫曉嶺，薛強，等.綠色裝配式鋼結構建筑體系研究與應用［J］.工程力學，2017，34（1）：1-13.
［3］王寧，葛一兵.超高層模塊化建筑技術踐行綠色建筑新常態［J］.建筑，2015（12）：6.
［4］曲可鑫.鋼結構模塊化建筑結構體系研究［D］.天津：天津大學，2014.
［5］王鐵宏.建筑產業現代化有關內涵的研究與思考［J］.建筑設計管理，2016，33（8）：11-14，18.
作者：于宏 葉景榮 單位：廣州大學