模块化建筑与传统装配式建筑的对比

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摘要：装配式建筑是我国倡导绿色建筑以来的热门话题，模块化建筑是装配式建筑发展过程中的新模式。日常生活中，人们往往会把模块化建筑和传统装配式建筑混淆，将模块化建筑误认为是传统的零散建筑物部件安装的装配式结构体系，所以对模块化建筑结构体系和传统装配式建筑结构体系的结构和应用特点进行区分是必要的，模块化建筑又称为“盒子建筑”，其预制单元可以是一个厨房、一个卫生间，甚至是一个房间，整体都在工厂预制完成，然后运输至现场采用搭积木的方式进行拼装，工业化程度高，重复利用率高，可以进一步缩短施工现场作业时间，减少污染，降低成本，更加绿色，环保，更加经济。

关键词：建筑工业化；传统装配式建筑；模块化建筑；绿色建筑；部品化

1我国装配式建筑发展的必要性

20世纪80年代，钢筋混凝土现浇体系，逐渐发展成熟并开始广泛应用，为我国城乡建设快速发展做出了巨大贡献，但是钢筋混凝土现浇体系在施工中也暴露出很多弊端，由于管理过于粗放，水、建筑材料浪费严重，施工场地杂物混乱，卫生难以全面控制，环境污染严重，施工周期较长，劳动力成本较高；另外由于混凝土易开裂，结构容易渗漏，维修成本较高。所以，这种建筑方式既不经济，又不满足节能减排的要求。随着我国经济的突飞猛进的发展和人民的生活水平逐渐提高，城镇化率越来越高，城镇住宅每年兴建面积达到8亿m2以上［1］。如果我国建筑业未来的发展，依旧依赖传统建筑技术，势必会给城市的建设和经济的发展带来约束。目前我国正在全面倡导节能、节水、节地和节材绿色建筑，提倡既发展建筑业，又不破坏生态，为人们提供舒适、安全、高效的使用空间的同时做到与大自然和谐共处。装配式建筑属于绿色环保建筑，既可以缩短建设周期，又可以减少施工污染，从而减少施工场地的脏乱差。2012年4月27日，财政部、住房和城乡建设部印发了《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》（财建［2012］167号）；2013年1月1日，国务院办公厅转发了《关于转发发展改革委住房城乡建设部绿色建筑行动方案的通知》（国办发［2013］1号）；2016年2月6日中共中央、国务院提出《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》。这几项政策都提出发展装配式建筑，要求要大力推广装配式建筑，制定装配式建筑设计、施工、验收规范，制定部品部件标准，提高技术集成水平；鼓励建筑企业发展装配式建筑项目，加快建设工程预制和装配式技术的发展，推动住宅工业化。

2传统装配式建筑的应用

装配式建筑从结构材料上一般可分为：预制装配式混凝土结构体系、装配式混合结构体系和装配式钢结构体系［2］。预制装配式混凝土结构体系的代表单位主要有万科和远大住工，这种结构体系适合于工程量大，建筑面广的非高层办公以及住宅建筑，在钢筋混凝土框架和框剪基础上，对建筑物外墙板、内墙板、楼板等建筑部件进行工厂预制，运输到施工现场与已建澳大利亚墨尔本中建钢构全钢结构装配式框架进行拼装，建筑物部件预制的比例为40%～50%。装配式混合结构体系的适合于高层、超高层办公和宾馆建筑及少部分高档住宅，在传统混凝土核心筒的基础上，对围绕核心筒的钢框架结构在工厂进行预制，在现场进行拼装，建筑物部件的预制比例为30%～40%。全钢结构预制装配式建筑的代表单位有中建钢构，适合于高层、超高层办公、宾馆和高档公寓建筑。该结构体系利用钢结构质量轻、易加工、刚度大、延性好，抗震性能优越，构件易拼装，可用螺栓连接得特点，工厂生产标准化程度高，更加符合装配式结构未来发展的方向。建筑物大部分部件在工厂预制，并可在工厂内进行装修，预制比例可达80%～90%，全钢结构体系连接方便，现场安装简单快捷，高度标准化、集成化，易保证质量，拼装速度快，每天可建1～2层，降低成本，减少污染，可以大幅消耗钢材，化解目前我国钢材产能过剩的困境，真正实现了节能、节地、节水、节材、节时、经济与环保。

3新型装配式建筑项目--模块化建筑的应用

近年来，我国又出现一种新型的装配式建筑形式———模块化建筑，也称“盒子建筑”。模块化建筑技术是一种设计标准化、生产工业化、供应配套化、施工装配化的新型建筑技术，整个建设过程中施工安装方便，周期较短，质量易于保证，使用寿命长，成本低，而且基本可以做到无湿作业，改善作业环境，减少污染，节约劳动力。相对于传统的装配式结构体系，模块化建筑结构体系整体性好、连接可靠、稳定性好，可以有效改善工人的工作条件，把建筑工人转变为工厂蓝领，提高工人的行业认可程度。模块化结构的发展经历了由传统装配式建筑的工厂预制，现场拼装的建筑模式，逐渐发展成了由波形板墙承受竖向力的集装箱式建筑，之后又发展成了由柱承受竖向力的新型框架结构模块化建筑。集装箱模块化建筑理念来源于生活利用，集装箱内部空间大，与人类生活建筑空间相类似，且在货物运输时特别是在海运时，集装箱的堆叠，颠簸之后仍然具有较好的稳定性特性。集装箱式结构由波形板式墙体承受竖向荷载，稳定性较好，集装箱之间可用螺栓进行锁扣，连接方便，大大减少了建筑时间和成本，得到了很快的发展。结合建筑物框架结构体系的受力特征又发展出新型框架模块化结构，竖向荷载由柱承担，根据用途需要安装墙体，大大减少材料的用量，更加经济。

4模块化建筑与传统装配式建筑的对比

模块化建筑与传统装配式建筑，都是绿色环保建筑的建筑方法，可以降低建筑耗材、减少耗力、耗时、减少施工污染。它们都是在工厂预制，然后在现场进行拼装的住宅体系。装配式建筑的预制单元一般可分为：杆件单元，板体单元和模块单元多种，对应的建筑结构体系分别为：直接装配式结构体系，预制板体单元结构体系和模块化建筑结构体系［4］。直接装配式结构体系和预制板体单元结构体系，则属于传统的装配式结构体系。传统装配式结构体系与模块化建筑主要有以下几个方面的不同：

4.1预制单元

直接装配式结构体系是将建筑的每个杆件单元按照设计尺寸在工厂预制，比如桁架结构的钢结构厂房的支撑杆件，由于杆件数量大，比较散乱，制作时需要准确编号放置，需要一定人员看管，保证分门别类排列有序，不出差错，否则，拼装时在有限的场地从巨大的构件数量中找出合适的构件会增加很大的工作量。预制板体单元结构体系是将建筑物分为带骨架的墙板、屋面板及屋架等板件，分别在工厂预制。相对于直接装配式结构体系，预制板体单元结构体系的建筑部件预制比例有所提高，构件整体性好，工序简单化，数量大幅度减少，类型容易区分，便于存放与看管，还大大减少了工作量，降低了成本。模块化结构体系是将整个房间作为单个空间模块单元在工厂进行预制，并可对该模块单元的内部空间进行布置与装修，模块化结构体系所有设备、管线、装修、固定家具均在模块制作时安装完毕，外立面装修也可以同时完成，模块化结构体系在工厂预制比例最高，模块化结构使用的构件，梁、柱、钢节点在工厂预制完毕，然后进行单个模块的拼装。由于构件尺寸统一、工艺流程标准，可做流水线式生产，减少人员投入，速度快，更加经济。2014年11月21日，王铁宏在小谷围科学讲坛提出了建筑部品化的概念［5］。建筑部品是整个建筑结构的基础，它是对建筑材料、单项产品部件或构件的集成，可以是建筑物的柱、梁、墙、板或屋盖，还可以是整体房间，具有相对独立的功能。建筑部件在工厂的预制比例可称为部品化率，体现了建筑工业化的程度。据统计，直接装配式结构体系部品化率40%~50%，预制板体单元结构体系部品化率最大可为60%，而模块化结构体系的部品化率一般会超过85%，若完全在工厂进行预制并内部装修的模块化建筑的部品化率可达95%，而剩余的5%工作量为模块安装的连接工作［6］。

4.2运输过程

传统装配式结构体系中的杆件单元与预制板体单元均可通过拖车运输到现场，但是由于直接装配式结构体系杆件尺寸相对较小，数量多而散乱，装卸时比较耗时，在构件运输时，杆件接触面较大，杆件间的相对滑动容易造成构件破坏，需要加强防护措施，不适于长距离运输；而预制板体单元结构体系的板体单元运输相对于直接装配式结构体系的杆件，整体性和承载力有所提高，增加了安全性，缩短了装卸时间，可减少运输成本；而模块化建筑结构体系，单个模块已经在工厂按照设计规范拼装完成，梁、柱、节点间通过高强螺栓或焊接方式连接稳固，整体性最好，不易损坏，运输时将模块进行叠放，提高空间利用率，整体装卸节约时间，便于转运，模块化单元既可以通过拖车进行短途运输，也可以通过集装箱成品运输方式长距离运输。

4.3拼装方式

直接装配式结构体系在拼装时，严格按照设计图纸，对应杆件拼装位置进行拼装，要求的拼装精度高，需配备较高标准的技术人员，才能保证工序的质量和下一步的正常进行；由于杆件单元类型多，数量大，拼装时吊次多，比较费时，人力物力投入比较大；杆件单元拼装节点较多，要求的建筑技术标准高，增加建筑的安全可靠性；预制板体单元结构体系拼装时只需将板体单元连接件扣接稳固即可保证质量，与直接装配式结构体系的杆件单元的装配相比，是屋架与墙体，屋架与屋板等之间板体单元的连接，连接方式简单，速度快，这大大减少了工作量，加快了进度，同时连接工作普通工人就可完成，减少了现场装配技术人员的劳动力投入，可有效控制成本。模块化建筑结构体系的施工现场拼装采用“搭积木”的方式，模块单元节点间使用高强螺栓连接，使模块可靠的连接成为建筑整体。其连接方式简单，节省时间，速度快，施工质量高，省时省力又经济。

5结语

相对于传统装配式建筑体系，模块化建筑可以实现90%以上的部品化率，工厂化水平较高，即建筑工业化程度较高；模块化建筑模块的拼装，更加简单方便，吊装次数少，用时更短，可以有效缩短工期，降低建设成本，更加经济。模块之间拼装可采用高强螺栓连接，拼装步骤简单，更容易保证质量，使整个建筑更加安全可靠；相对于传统装配式建筑，建筑物部件工厂预制比例大，现场施工周期短，无湿作业，可减少对环境的污染，更加环保，更符合绿色建筑的主题，还可以节约材料，防止浪费。另外，相对于传统装配式建筑，模块化建筑运输可采用集装箱成品运输的方法，大大改变了运输条件，安全风险小，装卸效率高，劳动力成本低，且有利于开展多式联运，货物转运时间较短，提高运输效率，便于跨境运输。模块化建筑是传统装配式建筑体系的升级，是装配式建筑未来发展的必由之路。

参考文献

［1］陈敖宜，张肇毅，王卉，等.建筑工业化与绿色模块建筑［J］.建筑结构，2013，43（S2）：334-336.

［2］郝际平，孙晓岭，薛强，等.绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用［J］.工程力学，2017，34（1）：1-13.

［3］王宁，葛一兵.超高层模块化建筑技术践行绿色建筑新常态［J］.建筑，2015（12）：6.

［4］曲可鑫.钢结构模块化建筑结构体系研究［D］.天津：天津大学，2014.

［5］王铁宏.建筑产业现代化有关内涵的研究与思考［J］.建筑设计管理，2016，33（8）：11-14，18.

作者：于宏 叶景荣 单位：广州大学