模塊化集裝箱住宅的研究

謝瑞云，孫曉麗，劉瀟睿

（新疆北新建材工業集團有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 前言

按照常規流程，3 萬多平米建筑量的項目，至少要2 年。而火神山醫院作為一座設計施工難度大的傳染病醫院，又適逢大量工人春節假期返鄉，即使這樣，火神山醫院還是像從地里躥出來一樣：一天內平整好5 萬m2場地；三天內拿到施工圖，并建起第一間樣板房；第五天集裝箱板房陸續到場，并建起1 棟雙層病房區鋼結構；第八天則完成了基礎混凝土澆筑、住院樓數百套集裝箱板房吊裝，配套設施也搭建過半；又用了一天完成室內基礎設施、醫療配套設施的安裝。第十天，一個容納1000 張床位的醫院交付了。

速度的背后，是我國建造技術的創新。火神山和雷神山兩座醫院的建設，均采用了行業最前沿的模塊化集裝箱建筑技術，最大限度采用拼裝式工業化成品，同時，在外部拼接后進行整體吊裝，將現場施工和整體吊裝穿插進行，大幅減少現場作業的工作量和時間，實現效率最大化。

1 模塊化建筑空間的基本理論

模塊化房屋是以標準集裝箱為基本模塊，采用制造模式，在工廠完成各模塊的結構建造和內部裝修，并能按不同的用途和功能在工程現場快速組合成各種風格的房屋建筑。這些模塊在工廠以工業化流水線制造，完成模塊結構和內部的所有裝修，再運輸到建造當地搭建成完整的建筑。

模塊化房屋可以大量縮短建造時間，更具靈活性和移動性。比傳統建造方式更安全、更安靜、更環保，有效地保證了質量的穩定性和連續性。同時給建筑設計提供了更大的發揮空間，新模塊化房屋采用標準集裝箱尺寸為主要單元模塊，充分考慮到運輸的可行性，可以用傳統的運輸方式完成海運和陸運。由于模塊化房屋的可移動性，提高了住宅和土地的使用效率，節約資源。

模塊化建筑旨在組合，以經由工廠提前定制模塊構件的形式，通過現場組裝，構造成形狀各異的建筑物。相比傳統建筑，模塊化房屋在節約勞力、周期和提高建筑質量上有以下優點：建造時間可以節約60%，大大節約了時間和成本。建造工地的勞力最少節約70%，從而使現場的管理、材料堆存和保管以及施工安全性得到更好的保障。

2 模塊化集裝箱住宅特點

2.1 安全性

作為結構主要材料的鋼材，內部結構組織均勻，比較接近于勻質和各向同性體，在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的，實際受力情況和工程力學計算結果接近，設計更準確，無徐變和收縮現象。

鋼結構作為目前抗震性能最優的結構體系，自身重量輕，在地震作用下承受的地震力更小，同時自重比傳統混凝土低20%左右，可以有效縮小基礎截面，特別適合在地基承載力不良的地域使用。

鋼結構本身的設計、施工、驗收規范齊全，能夠較好地指導項目推進和竣工，同時鋼結構節點連接采用全螺栓連接，減少了現場的焊接工作量，同時鋼結構梁柱的螺栓孔均在工廠預留，現場直接連接，減少了現場沖孔的工作量，提高了作業效率。

2.2 節能性

新型輕質圍護板材，不助燃，不霉變，不蟲蛀，裝修一次到位，少維修，管線可暗埋在墻體及樓層結構中，墻體為輕鋼結構符合夾心墻板和輕質復合墻板，增加使用面積5%～8%，空間跨度大，可重新分隔空間改變使用功能，更好地滿足住戶的要求；鋼材可回收利用，輕鋼結構符合夾心墻板、輕質復合樓板等新型材料，符合建筑節能和環保的要求。

2.3 時效性

模塊化集裝箱住宅50%以上的作業量由工廠加工，剩余的少量工作需在施工現場進行安裝。現場施工內容除了基礎及屋頂等較大構件的施工和裝配外，還包括管線等的安裝和施工，因此可在1—3d 內結束全部工程，提高時間利用率；施工周期短，投資回報快，資金風險低，投資效益高，制作、運輸、安裝、維護方便。

2.4 穩定性安全性

集裝箱住宅主要以鋼結構為主，通過焊接及螺栓連接的方式形成一個組合體空間結構，每一個箱體房屋都是獨立的、堅實的結構單元，具有堅固、安全、耐用性和實用性高的特點，并具備防水、防火、防震、保溫的性能。鋼結構住宅輕質高強，減輕結構自重約30%，使基礎設計簡單化，減少基礎造價，尤其適用于地質條件較差的地區。

模塊化集裝箱房屋的結構主體所采用的鋼結構噴涂非膨脹型防火涂料保護，防火等級二級，設計耐火極限鋼柱大于2.5h，鋼梁大于1.5h，梁柱節點處防火圖層厚度等于相鄰構件的防火涂料厚度，所選的鋼結構防火涂料與防銹蝕油漆之間應進行相容性試驗。

3 模塊化集裝箱房屋的施工工藝

模塊化集裝箱房屋的集成程度和安裝速度取決于其模塊和工程內容設計的標準化程度。各個模塊之間通過螺栓連接，操作簡單便捷。

模塊化集裝箱房屋工程內容主要包括地面工程、屋面工程和墻面工程，地面工程從下至上依次為6mm 鍍鋁鋅鋼板、厚度為100mm 的帶鋁箔的玻璃絲棉卷氈、厚度為25mm 的水泥纖維壓力板、厚度為2mm 的聚氯乙烯地板革及厚度為11mm 的木地板；屋面工程從下至上依次為金屬條形吊頂板或硅酸鈣吊頂板、帶鋁箔的厚度為100mm 的玻璃絲棉卷氈、360°咬口無釘型或明釘型6mm 厚鍍鋁鋅鋼板；節點連接使用10.9 級M20 高強螺栓施加摩擦力，以減小結構構件之間的間隙，并在箱角間安裝厚度為10mm 的橡膠片，用以緊縮箱角間隙，并使用改性硅烷膠填充拼縫，從而達到防雨和保溫的目的。彩鋼板的各項指標均應符合現行國家規范及規程，對于暴露在露天的螺栓、墊片、螺帽等采用鍍鋅材料，對于有防水要求的自攻自鉆螺絲，均有橡膠密封墊圈，所有墻面板外露螺桿頭的顏色、除銹、防腐能力要與墻板相匹配。

管線的吊掛要求，主消防管必須就近于鋼柱或鋼梁設置，平行于鋼梁的主消防管吊點不得大于2.5m，垂直于鋼梁的主消防管在每個鋼梁節點處加設槽鋼，并從槽鋼上設置吊點。對于無鋼梁的小噴淋管，于檁條上設置吊點，檁條采用螺栓連接，檁條使用電鉆開10mm 的圓孔。檁條懸掛管道時，避開檁條中部位置，每道檁條設置一處掛鉤，掛鉤在一條直線上。懸掛在檁條上的構件掛點間距不得超過2.5m，同一根檁條只允許最多四個掛點，且掛點間距不得少于2m。

模塊化集裝箱房屋在鋼柱內設防雷通長縱筋，而且與基礎焊接聯網，所有外露鐵件均涂刷防銹漆二底二面。

4 模塊化集裝箱住宅的發展現狀及存在問題

4.1 國外模塊化集裝箱住宅的發展現狀

國外的模塊化集裝箱房屋建筑體系有著專業成熟的建筑市場環境支持，及成熟的設計和應用領域。國外已經產生專業化的集裝箱建筑設計事務所，例如美國LOT-EK 設計事務所便是集裝箱建筑設計市場具有較高知名度的設計事務所之一，它專注利用集裝箱進行建筑設計創作和研究，并且制作了第一個獨立的集裝箱建筑居住空間。世界各國推行建筑工業化做法和要求不盡相同，但各國的建筑工業化的基本內容和發展方向一般概括為：標準化：求設計標準化與多樣化相結合，構配件設計要在標準化的基礎上做到模塊化、系列化、通用化。

4.2 國內模塊化集裝箱住宅的發展現狀

在國內，模塊式集裝箱住宅由于其造價低、周期快、易拆卸易運輸等諸多優勢，應用于各類建設項目，如“火神山醫院”、災區過渡性用房、風景區季節性用房、施工拆遷周轉性用房以及軍事營房等。近幾年來，國內的模塊化住宅創新設計成為裝配飾住宅的后起之秀。

4.3 模塊化集裝箱住宅存在的問題

我國在裝配式集裝箱住宅研究方面關注度不高，在近幾年才有了突破性的發展與研究，總體設計水平較低，沒有形成系統的產業結構，同樣缺少系統性的設計標準及專業建筑法規。國內建筑行業及工程師大部分關注點在設計方面，對模塊化住宅集成性的研究較淺。同時模塊化住宅多集中使用臨時建筑以及工地臨舍等，后續要逐漸向景區建筑、高端定制衛生間等標準化程度高的建筑方向發展。

除此之外，模塊化集裝箱住宅結構本身存在著的防火性能較差的問題，溫度過高的情況下鋼結構會發生融化情況，另一方面，鋼結構易發生銹蝕，需做好較高要求的防銹工作。

5 結語

模塊化建筑的產生是適應市場經濟需要及產業多樣化的時代產物，遵循可持續發展的建筑設計理念，施工方便，運輸便捷，節能環保，實現模塊化住宅的工業化發展，推進以住宅為重點的建筑產業現代化的改革，在傳統建造方式的基礎上，不斷提高工業化生產水平，逐步探索出適應地域的產業化發展之路。