裝配式模塊化箱型建筑在國家應急管理體系中的應用

劉鋒

【摘要】裝配式模塊化箱型建筑作為裝配式建筑中比較獨特的建筑結構形式之一，具有較高的預制率和裝配率，且具有良好的經(jīng)濟性能和環(huán)保性能等特點。本文通過介紹打包式輕鋼箱房在濟寧市公共衛(wèi)生應急服務中心項目中的應用，探索出裝配式模塊化建筑助力構建國家應急管理體系的發(fā)展前景，并指明裝配式模塊化箱型建筑是我國建筑業(yè)未來的發(fā)展趨勢之一。

【關鍵詞】裝配式;模塊化;箱型建筑;應急管理

我國目前正處于城鎮(zhèn)化、城市化快速發(fā)展的歷史時期，傳統(tǒng)建筑業(yè)的發(fā)展都是建立在對資源大量消耗的基礎上，用資源換取效益，不僅在建造過程中要耗費大量的人力物力，而且造成環(huán)境污染[1]。隨著我國綠色環(huán)保節(jié)能要求不斷提高，裝配式建筑因其綠色環(huán)保、施工速度快等優(yōu)點成為我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型的方向。裝配式建筑發(fā)展初期，形式較為單一，隨著設計師不斷進行嘗試探索，增加其靈活多樣性，裝配式建筑應用不斷成熟，達到批量建造和形式多樣的要求。在現(xiàn)有裝配式建筑模式中，裝配式模塊化箱型建筑是其中較為獨特的一類，同時也是預制化和裝配化程度較高的一類裝配式建筑[2]，非常符合國家應急服務項目急需盡快投入使用、預期使用期較短的要求。

1.裝配式模塊化箱型建筑在國家應急服務項目中應用的必要性

應急服務項目的建造要求高、設計和建造周期短，常規(guī)的土建施工流程難以滿足要求。常規(guī)的土建施工程序通常由上至下逐層施工，封頂后再進行圍護結構、設備管線等的施工，待屋頂和外墻封閉后方可展開室內(nèi)裝修工作。在這種情況下往往需要前一步工序完全結束后才可進行后一項工序，這種建筑方式施工周期長且靈活性差，前期準備工作復雜。而裝配式模塊化箱型建筑的設計建造方式則與之不同。它以一個房間為基本單元，在結構和構造上相對獨立，不同系統(tǒng)之間的尺寸誤差不會影響建筑施工的完成度和整體使用，同時也可以在現(xiàn)場并行施工，將常規(guī)串聯(lián)式的工序流程變?yōu)椴⒙?lián)式，大大縮短建造時間[3]。

綜合考慮國家應急服務項目的用途和緊迫工期要求，采用裝配式模塊化箱型建筑可以最大程度地滿足需求，并充分體現(xiàn)裝配式建筑“輕、好、快、省、節(jié)能環(huán)?！钡膬?yōu)點。

2.工程案例

2.1工程概況

新型冠狀病毒疫情來勢洶洶，為緩解醫(yī)療資源緊缺問題，濟寧市新冠病毒感染肺炎疫情處置工作領導小組（指揮部）成立了由住建、衛(wèi)健和任城區(qū)等部門組成的濟寧市建設指揮部，緊急啟動市公共衛(wèi)生應急服務中心項目建設。項目位于濟寧市任城區(qū)二十里鋪街道后屯村附近，占地約120畝，一期建設面積約8700余平方米，設立臨時應急救治隔離病區(qū)床位100張，配套建設發(fā)熱門診、輔助科室、消毒供應室、污水處理站、工作人員生活區(qū)等。

2.2裝配式模塊化箱型建筑體系

2.2.1箱體的尺寸選型

工業(yè)化生產(chǎn)裝配式模塊化建筑時，建筑模塊的類型和尺寸種類應盡可能少，通過基本模塊的相互組合創(chuàng)造出所需的建筑空間，這有利于提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。箱型模塊化建筑的結構尺寸選型受到模塊運輸車輛的限制，對模塊單元尺寸的一般要求為：允許最大寬度為2.5m至4.5m（實際情況允許可以適當增加）;最大高度通常應小于4.2m[4]。同時，型材的定尺長度通常為 6m、9m、12m，最省料的方式是選擇滿足型材長度倍數(shù)的尺寸，充分利用長度分割型材。

綜合考慮建筑設計參數(shù)、材料的尺寸規(guī)格、交通運輸?shù)淖罡呦拗坪褪┕すに嚨确矫娴囊蛩?，在本應急服務中心項目當中，大多?shù)建筑模塊采用統(tǒng)一的模數(shù)體系，參考《歐洲鋼結構設計指南》選定整體尺寸為3000mm×3000mm×6000mm的特殊型鋼構件通過焊接制作而成的柱承重式輕鋼模塊化箱體，箱與箱之間通過螺栓連接而成。此模塊尺寸符合物流運輸?shù)囊?guī)定，經(jīng)過拼箱也可以滿足各種使用空間的要求，且箱體的長寬尺寸具有模數(shù)關系，利于拼接組合成各種需要的功能空間。

2.2.2模塊單元結構體系

本項目采用以鋼結構作為受力結構，角柱為主體承重構件的結構體系，在模塊的頂梁框架與底梁框架中間用立柱支撐，模塊的四根角柱用于承擔建筑的全部豎向荷載，如圖2所示。其優(yōu)勢在于可以根據(jù)空間功能將模塊單元一個或多個面進行完全開放，從而創(chuàng)建出更大的開放式空間。

此外，本項目采用的是打包式輕鋼箱房，即可將箱體內(nèi)部空間壓縮打包運輸，是一種可拆卸角柱承重體系。箱體的頂板和底板均是在工廠整體預制生產(chǎn)，門窗等部件也在工廠與墻體復合為一體，在運輸時，頂板與底板由四角的四根小短柱連接，中間的空間用來放置箱體的墻板[5]，大大節(jié)省了運輸空間，提升了運輸效率，節(jié)省了成本。在施工現(xiàn)場進行安裝時，先拼裝成箱體之后再與其他箱體拼接組合，如圖3所示。箱體的角柱與頂板底板間通過螺栓進行連接，安裝方便快捷，對位后將配套的螺栓擰上即可。打包式輕鋼箱體可以縮減運輸成本，受運輸條件制約較少，常被用于臨建產(chǎn)品或緊急用房，也是我國模塊化建筑的發(fā)展方向。

2.2.3箱體的組合形式

模塊建筑通常不是以模塊單元個體的形式存在的，通過多個箱體進行組合設計可以擴展使用空間，滿足不同的功能需求。一般可以將箱體模塊化組合分為串聯(lián)、并聯(lián)、錯位、相交、懸挑等方式進行組合[6]。

本項目主要采用的是重復箱體并聯(lián)和串聯(lián)組合形式，并聯(lián)是指多個同模數(shù)或者同類型的箱體在水平或垂直方向上并列排布，使得多個箱體單元組合成整齊劃一的建筑體，重復單元箱體的每個單元都是獨立的空間。串聯(lián)是指將多個箱體進行空間組合，以獲得不同形狀、不同大小的建筑空間。要求箱體之間緊密接觸，通過側(cè)墻開洞、移除整面或部分側(cè)墻等方式打通接觸面，使空間聯(lián)通，解決空間局限的問題[7]。

在進行由幾十上百個模塊組成的大規(guī)模建筑的組合設計時，還需要從宏觀的角度進行空間組織。本項目采用了通過內(nèi)外走廊串聯(lián)重復單元箱體的方式，這是模塊建筑組合設計中經(jīng)常采用的方式，其特點是用一條長走道串聯(lián)一系列并列排布的箱體，而箱體間一般無直接的聯(lián)系，用走廊串聯(lián)模塊箱體，使各功能區(qū)既相對獨立，又聯(lián)系通暢。

3.裝配式模塊化箱型建筑的特點

3.1優(yōu)勢分析

裝配式模塊化箱型建筑又稱為盒子建筑，是一種把單個房間作為預制構件，每個盒子單元的外墻板和內(nèi)部裝修均在工廠預制后運到現(xiàn)場進行安裝的一種建筑結構[8]，與傳統(tǒng)建筑結構相比非常適合作為臨建產(chǎn)品或醫(yī)院等領域的緊急用房，有如下優(yōu)點：

一是運輸方便，直接在工廠預制生產(chǎn)好各個構件，到現(xiàn)場即可直接拼裝，能靈活地運用在一些緊急突發(fā)情況當中;二是堅固耐用，抗震、抗變形能力均較強，具有很強的保溫、防風、防雪、防火、抗震、抗壓等性能;三是具備隔熱、防潮、防水等性能，且密封性能好，嚴格的制造工藝使得其可以很好地應用于傳染病醫(yī)院等領域;四是活動房基于標準鋼材底盤之上，穩(wěn)定且牢固，可衍生出許多組合空間;五是具有較強的便捷性，通體由鋼制材料組成，布局靈活、拆裝方便、移動便捷，作為臨時住所不用在當?shù)卮髣痈筛?六是較為環(huán)保，重量輕，房屋為整體結構，內(nèi)置框架，鋼板即為房屋墻體，可整體遷移，使用壽命可達20年以上[9]。能有效地回收和再利用，對周邊的環(huán)境污染少;七是具有良好的經(jīng)濟性，工廠大規(guī)模制造而成，減少了人力成本，材料浪費更少。設計施工的時間縮短，這也意味著更快的資金回流。

3.2劣勢分析

由于裝配式模塊化箱型建筑的各構件均為工廠化生產(chǎn)，故其尺寸大小具有局限性，如果工程中需要稍大尺度的空間就需要進行拼接，拼接處防水性較差，需進行維護。在隔聲方面，鋼材遠沒有混凝土材質(zhì)的隔聲性能強。同樣，鋼材的耐火性能也比較差，溫度大于600℃時，鋼結構會產(chǎn)生變形嚴重時甚至會融化。在受力方面，裝配式模塊化箱型建筑的整體抗側(cè)移剛度較差，無法應用于高層建筑，故其容積率較低[4]。此類箱體工業(yè)化程度很高，對廠家的設備要求也較高，前期投入成本較高。

綜合以上因素，在選擇裝配式模塊化箱型建筑時也需要進行慎重考慮。

4.裝配式模塊化箱型建筑在應急管理體系中的應用展望

裝配式模塊化建筑在我國仍處于萌芽發(fā)展階段，但是呈現(xiàn)出興起的趨勢。一方面國家推動裝配式建筑的發(fā)展應用，出臺一系列的相關政策。引導企業(yè)開展應急和特殊需求產(chǎn)品研發(fā)，在稅收、定向采購儲備和研發(fā)支持等方面采用多種手段鼓勵企業(yè)將應急集成建筑需求和平時市場需求有機統(tǒng)一，使得開發(fā)商及消費者對可重復利用的裝配式模塊化建筑產(chǎn)生了濃厚的興趣;另一方面，地震災害、疫情災害等的發(fā)生，需要為災民迅速重建庇護場所以及快速修建應急服務項目，均對模塊化建筑具有強烈的需求;一些生態(tài)環(huán)境保護區(qū)也期待提供一種對生態(tài)破壞力小的建造方式修建質(zhì)量較高的居住場所[5]。以上需求均為裝配式模塊化建筑在我國的發(fā)展奠定了良好的基礎。裝配式建筑行業(yè)應該圍繞國家應急管理體系建設需求，調(diào)整自身產(chǎn)業(yè)結構，深挖市場和政府需求，推動產(chǎn)業(yè)鏈集群式發(fā)展，助力構建國家應急管理體系。

5.總結

裝配式建筑目前正在我國大力推廣之中，但仍處于探索起步階段。裝配式模塊化箱型建筑作為裝配式建筑中比較獨特的建筑結構形式之一，以一個房間為基本單元，具有施工簡便、連接可靠、綠色環(huán)保、成本較低、周轉(zhuǎn)方便、預制率和裝配率均較高等特點。其作為營造管理空間的新型手段，為低碳建筑的發(fā)展打開了一扇新的窗戶，為國家應急管理體系建設提供了一條新的途徑。在我國當前大力推廣裝配式建筑及相關政策、標準越來越完善的背景下，裝配式模塊化箱型建筑符合我國建筑業(yè)未來的發(fā)展方向，只需要進一步加強研究，裝配式模塊化箱型建筑便能夠在中國取得更好的發(fā)展，擁有更加廣闊的應用空間。

參考文獻

[1]石磊.模塊化集裝箱式鋼結構建筑在軍營建設中的應用研究探討[D].太原：太原理工大學，2017.

[2]高增俊.裝配式模塊化箱型建筑綜述[J].城市住宅，2019（01）：12-16.

[3]孫菁芬，陳曉娟，解丹，等.模塊化裝配式設計建造可持續(xù)建筑[J].生態(tài)城市與綠色建筑，2015（02）：48-53.

[4]王煒.多層箱式模塊化建筑受力性能和設計方法的研究[D].西安：西安建筑科技大學，2017.

[5]李垚.鋼結構模塊建筑建造技術和空間設計研究[D].重慶：重慶大學，2017.

[6]滿疏桐，李盛偉，邵榮輝，等.基于綠色建筑背景下的集裝箱建筑的應用研究[J].建筑技術開發(fā)，2020，47（03）：45-46.

[7]方珍珍.基于綠色理念下的集裝箱住宅改造設計研究[D].蘇州：蘇州大學，2016.

[8]趙紅瑞，張正宇.淺析集裝箱建筑的特點以及未來的發(fā)展展望[J].建筑科學，2014，（13）：205-206.

[9]蘇錳，高敏.基于集裝箱模塊化建筑的舊廠房改造和再利用[J].工業(yè)建筑，2020，50（01）：75-79.