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模塊化建筑與傳統(tǒng)裝配式建筑的對(duì)比

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模塊化建筑與傳統(tǒng)裝配式建筑的對(duì)比

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(huì)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(duì)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(diǎn)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(gè)廚房、一個(gè)衛(wèi)生間,甚至是一個(gè)房間,整體都在工廠預(yù)制完成,然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)作業(yè)時(shí)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(fèi)嚴(yán)重,施工場(chǎng)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(dòng)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(shì)必會(huì)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(shí)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(chǎng)地的臟亂差。2012年4月27日,財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)了《關(guān)于加快推動(dòng)我國綠色建筑發(fā)展的實(shí)施意見》(財(cái)建[2012]167號(hào));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(dòng)方案的通知》(國辦發(fā)[2013]1號(hào));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(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》。這幾項(xiàng)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(jì)、施工、驗(yàn)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(lì)建筑企業(yè)發(fā)展裝配式建筑項(xiàng)目,加快建設(shè)工程預(yù)制和裝配式技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)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(duì)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(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(diǎn),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(chǎng)安裝簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)時(shí)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保。

3新型裝配式建筑項(xiàng)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(jì)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(gè)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(dòng)力。相對(duì)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(chǎng)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(yùn)輸時(shí)特別是在海運(yùn)時(shí),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(shí)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)。

4模塊化建筑與傳統(tǒng)裝配式建筑對(duì)比

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(shí)、減少施工污染。它們都是在工廠預(yù)制,然后在現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(gè)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(gè)桿件單元按照設(shè)計(jì)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(shí)需要準(zhǔn)確編號(hào)放置,需要一定人員看管,保證分門別類排列有序,不出差錯(cuò),否則,拼裝時(shí)在有限的場(chǎng)地從巨大的構(gòu)件數(shù)量中找出合適的構(gòu)件會(huì)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(duì)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(jiǎn)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(gè)房間作為單個(gè)空間模塊單元在工廠進(jìn)行預(yù)制,并可對(duì)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(shí)安裝完畢,外立面裝修也可以同時(shí)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(diǎn)在工廠預(yù)制完畢,然后進(jìn)行單個(gè)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(gè)建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),它是對(duì)建筑材料、單項(xiàng)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(duì)獨(dú)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(jì),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(huì)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(yùn)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(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng),但是由于直接裝配式結(jié)構(gòu)體系桿件尺寸相對(duì)較小,數(shù)量多而散亂,裝卸時(shí)比較耗時(shí),在構(gòu)件運(yùn)輸時(shí),桿件接觸面較大,桿件間的相對(duì)滑動(dòng)容易造成構(gòu)件破壞,需要加強(qiáng)防護(hù)措施,不適于長距離運(yùn)輸;而預(yù)制板體單元結(jié)構(gòu)體系的板體單元運(yùn)輸相對(duì)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(shí)間,可減少運(yùn)輸成本;而模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系,單個(gè)模塊已經(jīng)在工廠按照設(shè)計(jì)規(guī)范拼裝完成,梁、柱、節(jié)點(diǎn)間通過高強(qiáng)螺栓或焊接方式連接穩(wěn)固,整體性最好,不易損壞,運(yùn)輸時(shí)將模塊進(jìn)行疊放,提高空間利用率,整體裝卸節(jié)約時(shí)間,便于轉(zhuǎn)運(yùn),模塊化單元既可以通過拖車進(jìn)行短途運(yùn)輸,也可以通過集裝箱成品運(yùn)輸方式長距離運(yùn)輸。

4.3拼裝方式

直接裝配式結(jié)構(gòu)體系在拼裝時(shí),嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙,對(duì)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(shí)吊次多,比較費(fèi)時(shí),人力物力投入比較大;桿件單元拼裝節(jié)點(diǎn)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(shí)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(jiǎn)單,速度快,這大大減少了工作量,加快了進(jìn)度,同時(shí)連接工作普通工人就可完成,減少了現(xiàn)場(chǎng)裝配技術(shù)人員的勞動(dòng)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(chǎng)拼裝采用“搭積木”的方式,模塊單元節(jié)點(diǎn)間使用高強(qiáng)螺栓連接,使模塊可靠的連接成為建筑整體。其連接方式簡(jiǎn)單,節(jié)省時(shí)間,速度快,施工質(zhì)量高,省時(shí)省力又經(jīng)濟(jì)。

5結(jié)語

相對(duì)于傳統(tǒng)裝配式建筑體系,模塊化建筑可以實(shí)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(jiǎn)單方便,吊裝次數(shù)少,用時(shí)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(qiáng)螺栓連接,拼裝步驟簡(jiǎn)單,更容易保證質(zhì)量,使整個(gè)建筑更加安全可靠;相對(duì)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(chǎng)施工周期短,無濕作業(yè),可減少對(duì)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(fèi)。另外,相對(duì)于傳統(tǒng)裝配式建筑,模塊化建筑運(yùn)輸可采用集裝箱成品運(yùn)輸?shù)姆椒?,大大改變了運(yùn)輸條件,安全風(fēng)險(xiǎn)小,裝卸效率高,勞動(dòng)力成本低,且有利于開展多式聯(lián)運(yùn),貨物轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間較短,提高運(yùn)輸效率,便于跨境運(yùn)輸。模塊化建筑是傳統(tǒng)裝配式建筑體系的升級(jí),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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作者:于宏 葉景榮 單位:廣州大學(xué)

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