基于钢结构模块化集成建筑的研究及应用

张勇1 赵宝军1 王琼2 谢飞2

东海龙建筑科技有限公司 广东珠海 519000； 2、深圳海龙建筑科技有限公司 广东深圳 518110；

摘要： 钢结构模块化集成建筑，它是一种集结构、建筑内装与外饰、机电、给排水与暖通等建筑全要素于一体、高度集成、新型高效的建筑形式。模块化集成建筑可以将90%以上的施工作业在工厂完成，现场只需完成吊装、处理模块拼接处的管线接驳及装饰等少量工作，是目前工厂完成率最高的一种建筑形式。与传统装配式建筑相比，在“标准化设计、工厂化生产、一 体化装修、便捷化施工和信息化管理”等方面都有显著的提升。模块化建筑绿色节能、低碳环保、可工厂预制，可实现快速建造，能进一步提高劳动生产率，更加契合装配式建筑实现建筑工业化的理念，因此可以说是装配式建筑一种更先进的形式，是未来的发展方向。 关键词：模块化集成建筑；工厂化生产，低碳环保 引言 近年来，我国建筑产业得到了蓬勃的发展，但是存在资源消耗高、劳动生产率低、建筑品质不高等问题；随着中国进入老龄化社会，传统的劳动密集型生产方式难以持续，亟需大力推动建造方式的改变。为节约资源能源、减少环境污染、提升劳动生产率和质量安全水平，促进建筑业与信息化、工业化深度融合以及培育新产业、新动能，国家明确提出大力发展装配式建筑，大力推进建筑产业化、住宅产业化。 模块化集成组合建筑作为装配式建筑建造的方式之一，其核心是标准化的预制装配式空间模块，以一个房间为基本单元的预制构件，在厂房中制造完成独立的集成模块（包括装饰、机电、固定装置及屋内设施），该模块运至工地后安装成建筑物，因此建筑物在模块运至工地现场前已经完成了大部分的工序。模块化集成组合建筑具有显著减少现场劳动力、节省现场施工工序、缩短施工时间，除此之外还具有改善工作环境及工地安全、提高建筑品质、有利于生产及项目进度管理、减少垃圾和污染的产生对环境更加友好的特点，符合我国建筑业未来的发展方向，发展前景广阔。因此，本工法主要通过香港竹篙湾项目的实践，对钢结构模块化集成组合建筑的模块制造技术进行总结，为未来模块化集成建筑的钢模块制作提供参考借鉴。 钢结构模块化集成建筑技术特点 概述 模块化集成建筑是基于一种新的建筑建造技术，该技术为将建筑事先拆分成若干模块，再将拆分的单个模块建筑进行工厂生产制作，再将由工厂生产完成的若干建筑模块运至现场组合安装成整体建筑。模块化集成建筑可完成钢结构模块的结构加工，设备管线的预埋安装和装饰装修的工厂化施工等，实现了钢模块建筑的高度集成化。 钢模块的高度集成化，使模块化组合安装建造新技术较传统的建造技术，大大减少了现场施工工序，如，现场基本不用施焊，不用搭设脚手架，减少现场砌筑和抹灰等，工序的减少可显著减少现场劳动力可改善工人工作环境和提高工地安全性；也可减少垃圾，扬尘和噪音污染等，有利于节能环保、绿色文明施工；尤其最为显著的特点是缩短工期，集成模块工厂化生产可与现场场地整理等同时进性，大大缩短了工期，综合经济效益显著。 钢结构模块化建筑的应用现状 为改变建筑业传统的劳动密集型生产方式，大力推进建筑产业化和工业化发展，模块化集成建筑应运而生，体现出蓬勃的发展势头，近年来模块建筑工业化发展技术在国内已得到了较快的发展与应用。 目前国内模块化建筑项目已涉及到住宅，公共建筑，酒店，病房等民用建筑项目。其中国内最常见的模块化建筑就是集装箱式建筑，像武汉紧急防疫医院雷神山和火神山医院均为模块化建筑。另外，模块化建筑在香港也得到了迅速的推广和应用，如香港紧急防疫观察中心 Site A 是香港首单已完工的模块化建筑项目。近年来模块化建筑技术在国外如新加坡、韩国、英国等国家也得到了推广，并成功应用于酒店、住宅、病房等多种建筑形式中。 钢结构模块化建筑的设计原理 模块化建筑仍要按照永久建筑进行设计，其结构设计要满足抗风要求，建筑设计要满足建筑防火条款要求，另外，消防、防水及使用功能等均应满足相关规范要求，其设计和建造包括建材的应用都要有严格的监管和验收程序。 钢结构模块化建筑与传统预制部件的差异 模块化建筑采用“先装后嵌”的概念，在建筑方案及施工图设计时，将建筑拆分成不同的模块，如客厅模块、卧室模块、厨房模块、卫生间模块等，再将拆分好的模块完成工厂化制作，再运至施工现场安装，主要以螺栓连接方式进行安装。模块化建筑的特点在于，集成化模块是独立的结构体，其内部已经完成了大部分机电、装修等，现场只需进行模块拼缝处的管线接驳和局部后装修，家私设置和安装电器等即可交付使用。因此 模块化建筑技术是集成了建筑、结构、机电、装修一体化的设计、生产和施工技术。 传统的预制部件只是建筑物的单一构件，如叠合楼板、外墙板、楼梯、阳台等。传统的预制部件以外的部分仍需用传统的建造方式去建造。综上而言，集成化模块与传统的预制部件均属于装配式建筑，只是集成化模块建筑 属于装配式的高级表现形式。 钢结构模块化建筑的优势 与传统的建筑建造方式比较，模块化建筑有诸多优点，主要有： (1) 模块化建筑通过标准化设计，可将建筑拆分成若干独立的模块，模块可集设备管线和装修一体化，且可实现完全工厂化生产，大大提高了建筑建造的质量品质。集成化模块在工厂的流水线生产不受天气的影响，也大大提高了效率，尤其是大数量模块项目，规模化生产效应明显，可显著提高综合经济效益。 (2) 集成模块工厂化生产可大大减少现场施工的工序，模块工厂完成后运至现场仅需进行模块拼缝处的管线接驳和局部后装修，即可完成建筑的建造，大大缩短了建造周期，同时也可本质上实现安全，文明施工。 (3) 模块化建筑可按永久建筑设计及生产建造，也更能满足临时建筑的使用要求，作为临时建筑，模块单元可拆卸、可重复利用，更能契合绿色节能建筑理念。 钢结构模块化集成建筑适用范围 钢结构模块化集成建筑适用于需要快速建设的住宅或公共建筑等民用建筑项目，特别适用于工期紧张且设计标准化、户型标准化、单元模块数量较多的大型低，多层建筑项目。 钢结构模块化建筑的工厂预制工艺研究 施工工艺流程图 Mi C模块制作工艺流程图 箱体检测项目表 M iC工厂预制 Mi C模块的生产制作就像造汽车一样在工厂流水线上进行规模化、批量化生产。 Mi C车间生产作业 室内装修 在结构体完成后会进行设备管线的安装，如强弱电管线，消防水管，给排水管，暖通管线等。集成化模块建筑在工厂完成设备管线的安装后，现场只需做模块拼缝处的管线接驳即可完成整栋楼的管线安装。内装主要包括以下几方面：1. 混凝土地面的建筑；2. 墙面及天花隔音棉、石膏板的铺设；3. 机电管线安装；4. 饰面层的装修；5. 洁具的安装 主受力结构件包防火石膏板 机电管线的安装 安装集成墙板、天花板，贴地胶 安装卫生间洁具

1. 5. 完成装修，准予交付

MiC单元在工厂生产主要经历了钢箱制作、现浇地板、防火防水材料安装、机电天花安装、墙身饰面及地板安装、门窗安装、外墙铝板安装、电气系统安装、卫生间洁具安装、清洁消毒等 10 余项步骤，每一步都通过炎严格的质量检查后，最后颁发出场合格证书，并做好成品保护，准予出厂。

成品保护（防雨水，放轻微碰撞）

5. 现场装配化快速施工

2020年疫情期间，中央援港的香港临时医院项目，建筑面积约15000m2，通过采用MiC建造技术，原本需要4年才能完成的项目，仅用了4个月就完成整个项目得交付。成为全球首家全MIC负压隔离病房传染医院，获境外工程鲁班奖。

模块现场装配式快速施工

5. 效益分析

MiC单元通过标准化设计，将整体建筑拆分成若干个模块，并将管线集成化，室内精装一体化，完全实现工厂化生产，大幅提高了建筑建造的品质与速度。MiC单元工厂完成后运送至现场，只需进行拼缝处理与管线接驳等工序即可完成整栋建筑，极大地减少了现场施工工序，节约现场施工人手，压缩了现场作业工期及整体建设工期，从而提高建造效率和资源利用率，提升建筑品质及施工安全，MiC单元使用年限可按照永久建筑设计及建造，具有可拆卸、重复利用等优势，契合绿色节能建筑理念，促进可持续发展。

经统计，相比同一工程量的钢筋混凝土结构，采用MiC方式在建设工期方面可压缩67%以上。另外，通过标准化设计、工厂化生产、装配式施工，一方面减少了人力资源的投入：有效提高了厂内工人的工作效率，大大减少了现场工序；另一方面，成品质量稳定，避免因不合格而造成的工期和经济损失因现场基本无需开展湿作业，可减少80%以上的建筑垃圾、噪声、废水等污染。

综上，本技术与传统建造方式相比具有高效、高质、安全、环保、可持续等特点，能够巨大的实现经济效益。

5. 应用实例

2020 年初，新冠疫情肆虐全国，作为全国人口密度最高的城市之一，香港的疫情防控面临严峻的挑战。为此，香港政府陆续开展检疫隔离中心建设。为实现快速建造完成以应对疫情的防控，所有新建的防疫隔离中心均以组装合成建造技术进行。我司很荣幸能够参与香港鲤鱼门防疫隔离中心项目（Site A）、香港鲤鱼门防疫隔离中心项目（Site B）、竹篙湾防疫隔离中心项目的建设；在极短时间内，高质量、高标准、高效率地完成了MiC单元的制造，共提供近 2000 个隔离单元及 4 间 MiC 医疗站、1 间 MiC 后勤中心及 1 间 MiC 设施管理中心，占香港已完工及在建检疫中心隔离单元总量的 50%。香港鲤鱼门防疫隔离中心项目（Site A）是香港首个新建检疫中心及首个完工的组装合成建造技术项目，填补了香港检疫中心的设计空白，树立了香港快速建造的标杆； 竹篙湾防疫隔离中心项目是目前装配率最高的检疫中心，这些检疫中心为香港抗疫提供了巨大的帮助。

4. 2. 工程概况

设计及制造香港鲤鱼门防疫隔离中心项目（Site A）占地面积超5000m2，建筑面积超2000m2，建筑高度3.3m，共提供118个单层隔离单位；

设计及制造香港鲤鱼门防疫隔离中心项目（Site B）占地面积约10000m2，建筑面积超4200m2，共建234个MiC单元（包括74个单层单位及160个双层单位）。

设计及制造竹篙湾检疫中心项目IB期占地面积约53000m2，建筑面积逾13000m2，主要建造内容包括兴建700间双层MiC隔离单位、2间MiC医疗站及附属设施，以及周边景观工程。

设计及制造竹篙湾防疫隔离中心项目IIIB期占地面积近60000m2，建筑面积逾15000m2，主要兴建内容包括场地平整、850间双层MiC隔离单位、2间MiC医疗站、1间MiC后勤中心、1间MiC设施管理中心及附属设施，以及周边景观工程。

4. 3. 实施情况

设计及制造香港鲤鱼门防疫隔离中心项目（Site A）于2020年2月3日正式开工，正值春节期间，工厂生产及各大材料供应商均面临人力和材料不同程度短缺的挑战；同时，大量的物料跨境运输涉及到多个政府部门的协调；但“时间就是生命、疫情就是命令”，工厂内分为白班与夜班24小时不间断生产，公司领导以及项目团队集中办公、高效沟通、日夜奋战，于2月6日发运第一个MiC单元，2月17日发运完成所有MiC单元，比合约工期提前3天完成MiC单元的运送，并且实现项目期间零感染。

设计及制造香港鲤鱼门防疫隔离中心项目（Site B）于2月14日开工，从设计到发货完成共耗时50多天，比合约工期提前7天。

设计及制造竹篙湾检疫中心项目IB期于5月4日正式开工，生产期间遇到台风、暴雨等恶劣天气，此时便体现出MiC单元于工厂生产不会受到恶劣天气影响的优势。最终较合约工期提前2天于7月初完成送货。

设计及制造竹篙湾检疫中心项目IIIB期于8月28日正式开工，提前2天于11月初完成送货。

得益于MiC的设计优化及整体预制化率的提升——香港防疫隔离中心项目的整体预制率约90%，而经过优化后竹篙湾检疫中心项目的整体预制率已提升至95%——MiC的出货效率从最初的10个/天提高到30个/天。

总结而言，采用MiC工法大大压缩了建设工期且减少了现场施工人手需求，随着项目规模的提升，MiC在缩短工期、减少人手等方面的优势将更加显著

5. 结语

2020年年初疫情爆发开始，我司为香港提供了共计近2000个（占香港近50%）采用MiC建造的检疫隔离单位，完成了香港首个新建检疫中心及MiC项目，填补了香港检疫中心的设计空白，树立了香港快速建造的标杆，在香港抗疫中发挥了重大的作用。这也是模块化集成建筑（MiC）技术的首次大规模商业应用，并获得了巨大的成功。由于速度快，质量优，该项目也被誉为香港版的火神山医院，受到香港中联办和特区政府的高度赞扬。该项目的顺利完成，不仅展现出我司爱国企业的使命担当，也标志着我司MiC研究团队研究的MiC技术得到了社会的认可，开始正式走入大众视野。

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