新兴的模块化建筑应用与研究

1、新兴的模块化建筑应用与研究1. 湖北省英山县住房和城乡建设局 湖北英山438700；2. 陕西省建筑设计研究院有限责任公司陕西西安710000摘要：模块化建筑是一种新兴的建筑结构体系，该体系是以每个房间 作为一个模块单元，均在工厂中进行预制生产，完成后运输至现场并通过可靠的 连接方式组装成建筑整体。它是具有鲜明时代特点的建筑思想与建筑技术的结合。 与传统建筑的建造方式相比，其具有可缩短工期、节约人力物力、绿色环保、品 质精良等优点。结合工程实例对模块化建筑的概念、结构特点、设计要求以及施 工方法等多方面内容进行介绍与讨论。关键词：远大工程实例；特点；学习；建议刖s据统计，预制大板结构体系的预制

2、比例可打60%左右，而模块化建筑 结构体系的预制比例一般可达85%以上，其中完全工厂制造的模块化建筑的预制 比例可高达95%,仅剩余的5%工作为现场基础施工与模块安装的连接工作。一、模块化建筑的概述模块化建筑结构体系：结构以单个房间作为一个模块均在工厂进行预 制，并可在工厂对模块内部空间进行布置与装修。然后运输至现场通过吊装将模 块可靠的连接为建筑整体。模块化建筑结构体系预制化比例高，可节约人力、物 力，减少工期、绿色环保。二、模块化建筑的工程实例2015年3月，长沙远大集团用一则重磅新闻吸引了人们的眼球，19 天，57层，总建筑面积达18万平方米的小天城建设项目拔地而起。准确来讲19 天不能

3、说是建筑时间，应该是安装时间。还不包扌舌地基施工的半年时间。大量的 材料是在工厂提前预制的，项目施工场地上只进行最后的吊装和拼接。整座建筑 都采用纯钢结构、模块化建造技术。模块化建造技术如同搭积木，先把建筑划分 成若干个尺寸适宜运输的空间模块，继而在工厂完成安装甚至做完室内精装修, 最后运至工程现场吊装。这种在工厂生产的建筑被称为可持续建筑。笔者看来, 用模块化建筑来称呼可能更为恰当。三模块化建筑设计特点模块化是解决复杂问题的有效手段。使用模块化的方法进行设计可以 将复杂问题简单化，从而扩大对复杂问题的“可控”范围。建筑设计是个复杂的 过程，运用模块化的方法进行设计，可以将这种复杂性降低，有利

4、于建筑师对整 个设计过程更好的掌控，并提高设计效率。远人可持续建筑由远人低碳建筑公司 开发并建筑，其主要特点如下：(1) 安全一通过了国家建科院地震研究所9度抗震试验。(2) 省材一采用模块化设计和工厂制作，材料利用率99%,只相当 于常规建筑1/6耗材。(3) 节能一通过外墙，屋顶厚保温，三玻塑窗，外遮阳，新热风回 收等技术集成。年空调能耗(折合一次能源)平均约50kwh/m2相当于传统建 筑1/5能耗。(4) 省力快捷一10层以下一天可安装完成，且现场无灰尘。(5) 环保耐用一98%的工厂化生产，现场组装，材料使用率达98% 以上，现场装配只有相当于常规建筑1%的垃圾，大幅度减少建设施工中

5、的垃圾 排放，减少噪音等污染。并且可以方便的改动墙体和门窗的位置，容易变更房间 功能。当需要吋，可拆卸，多次使用。尤其适用于短期需要的低层利多层项目。 设计寿命为200年，所有钢构件在油漆之前先进行抛丸处理，所有钢构件预留维 护空间，只要做好防腐和维护，可超过设计寿命。四.学习与建议(-)笔者认为这种模块化建筑和另一个行业有点类似：造船。现在大型船舶建造技术中有一个很关键的词语：巨型总段造船法。首 先是分别制造重达数千吨的船舶分段，再进行分段组装，形成巨型总段，最后在船坞内总装为成品。其中有两项很值得建筑业学习，计算机模拟和激光三维精密快速测量 技术。该技术主要是通过专用的激光经纬仪将总段上测

6、量的基点数据输入到现场 配置的计算机内，对测量数据进行计算、分析，快速确定定位偏差利修正数据。 采用这一技术可使船舶的实际重量与设计重量之间的误差控制在0.5%以内，推 进了巨型总段实现无余量对接；大大缩短了总段吊装定位吋间；有效保证总段的 尺寸和精度，进一步推进预硒装和涂装工作；压缩搭载合拢吋间，有效地缩短造 船周期。前者现在已经在建筑设计行业内开始应用，但是，还不是很广泛，也 就是在一些大型建筑设计院和大型建筑设计上开始使用，而口主要是建筑设计和 结构设计，设备方面使用的不多。在船舶设计中，bim技术已经相当成熟，从设 备制造商到船舶总装厂，都已经能做到图纸的无纸化。工业设备中还有一项是模

7、块化建筑值得学习的，那就是橇块。广泛应用于采矿等 野外作业中，一个撬块就相当于电子产品中的一个集成电路板，撬就是把一小步 工艺（比如实现换热或调压功能）所需的所有的管道，阀门和其它的设备一起安 装到一个统一的底座上做为一个整体零件，可以方便的拼接，以完成生产任务。 高层建筑中往往需要设置设备层，这些设备层同吋兼有避难层的作用，搭一个大 的系统就是把这些模块互连起来（有点象电路里pcb制板哈）好处是一个模块 岀问题了需要更换或者需要整体搬家的吋候会很方便。如果采用撬块模式，很容 易进行检修维护，统一规格的撬块生产和安装的成本也会降低。（二）考虑模块化建筑与传统建筑结构体系的不同之处，模块化建筑

8、的结构设计还需要考虑以下几点：4.1高层建筑中会有大量的管网，这些管网相互交错，模块化建筑应 该将他们在吊顶内部做成一个综合模块，预留开口，在使用吋候迅速开启，并预 留维修和更换管道的空间。同时要设计一定数量的冗余管道，以备将来系统改造 和升级。管道安装前应了解建筑物的结构和平立面构成，熟悉给水系统的设计图 纸和施工方案及与土建工程的配合措施，配管时应结合图纸及卫生器具的规格型 号，确定甩口的坐标及标高，严格控制甩口误差，管道配制后应固定牢靠，以免 造成位移。各支管长度应根据实测值，结合卫生器具及连接管件的尺寸确定，截 制工具应使用专用较刀，断口应平齐，且垂直于轴线，并用扩口器扩口、整圆。 管

9、道需要穿越金属构件、墙体、楼板和屋面吋，应在管道穿越部位设置金属材料 制的保护套管。管道不得穿越门窗、壁橱、木装修。管道穿越沉降缝时应采用膨 胀节补偿。4.2模块化建筑的安全性，暂吋还是未知，但是和传统的钢筋混凝土 结构建筑比起来，其主要承重部件都是钢结构，而钢结构在高温下的力学性能会 大幅降低。2000年美国9.11事件中，世贸大厦倒塌的一个重要原因就是其钢结 构承重部分在高温下软化，导致上部建筑坍塌。般的建筑物钢结构部分表面是 耐高温涂料和绝热材料层，有些还在钢结构内部设置有降温措施，这些方法还有 待进一步验证。4.3高层钢结构建筑一般会采用 人型空心型钢结构，空心结构型钢不 易于扭弯，增

10、强了抗扭和抗多向轴向力的能力，也提高了材料强度与重量之比。 同吋，也可以利用其中的空心部分作为管道井或风井。4.4钢筋混凝土结构建筑主体基本可以视为一个力学整体，而钢结构 建筑大量采用焊接，钏接，螺栓等，按层制造，现场靠螺栓搭接的建筑，在荷载 下螺栓反复受力产生疲劳和松动的可能性是很大的。任何一个螺栓的破坏，都会 给结构带来致命的整体破坏。因此，人多数情况下，建筑构件的设计和建造可以 标准化，但是当它形成一个体系后，很难做到标准化。4.5建筑设计吋，为了消除材料本身的应力，一般都要设置伸缩缝， 有时候用后浇带施工来克服，模块化建筑的伸缩缝如何设置，也是值得关心的一 个问题。五总结从某种意义上说，以巨型总段造船法为代表的造船模式的创新和变革 推动了建筑业的变化。加快建立现代建筑模式是中国建筑业赶超日、美，实现富 民强国目标的关键举措。由于受生产设施的限制，特别是设备方面的差距，我国 在推行“巨型总段造法”在建筑业上的运用与其它国家相比有很大差距。我们应 该积极学习和借鉴一些模式，通过梳理技术，制定目标、路线和方案，综合应用 总段组装