裝配式模塊化建筑的生產技術研究與應用

任 剛

(安徽海龍建筑工業有限公司，安徽 合肥 230601)

模塊化建筑即在工廠預制成適合運輸和安裝的集成建筑，并對其進行精裝修，后運輸至現場進行安裝、拼接工作，最終形成建筑整體[1]；雖與傳統臨時建筑相似，但在質量、結構和性能方面較傳統臨時建筑有突出表現，主要為：建造周期短；工廠可控環境下質量有嚴格保證；規模效益顯著；受氣候條件影響小；模塊隔聲、保溫、防火性能優良；優化建材利用率，減少建筑垃圾；減少對現場周邊地區的侵擾；可拆卸并能夠重復利用[2]。因此在市場中的份額逐漸提高，2020年因新冠疫情的影響，武漢市在一周時間內新建了雷神山、火神山兩座防疫醫院，其中均為裝配式建筑中的模塊化建筑，體現了模塊化建筑在救急工程中的應用。

1 項目概況

竹篙灣項目位于我國香港新界大嶼山的東北部，2020年3月開工，同年6月交付使用，該項目由43棟單體、預制樓梯及相應的配電房等輔助設施構成，每棟單體上下兩層，每層由8個箱體構成，共計700個箱體，每個箱體精裝修后運至現場進行安裝，該項目作為香港應對新冠病毒的重要檢疫設施，配有醫療等基本功能單位，主要用來隔離和觀察。如圖1所示為竹篙灣項目效果圖。

2 生產流程

2.1 箱體基本參數

該項目通過鋼箱體經有效的構造連接組裝而成，鋼框架箱體如圖2所示，每個鋼箱體尺寸為5 900 mm(長)×2 980 mm(寬)×3 020 mm(高)，箱體由200 mm×150 mm×10 mm的矩形鋼管角柱、200 mm×100 mm×6.3 mm的矩形鋼管中柱、150×100×10的矩形鋼管梁(頂部和底部)、100 mm×50 mm×50 mm×6.3 mm的頂部槽鋼次梁、90 mm×90 mm×4 mm的底部矩形鋼管次梁和2 mm的波紋板焊接組成，鋼箱體由鋼構件廠統一加工制造運輸至生產車間，經過精裝修后運至施工現場。

2.2 箱體具體裝修流程

箱體的生產裝修流程如圖3所示。

2.3 主要流程操作及要點

1)箱體調平。箱體進廠后，通過水平儀對箱體表面進行平整度檢查，誤差為±3 mm，防止箱體因平整度偏差過大，無法進行后期裝修。

2)衛生間底座調平、焊接。在箱體安置衛生間位置設置凹槽，在凹槽的四個拐角處設計角鐵，在保證四個角鐵處于同一水平面后進行焊接，后將衛生間底座與角鐵焊接，見圖4。

3)鋼筋綁扎、澆筑混凝土。鋼筋為φ10@200 mm，因箱體底部有波紋板和矩形鋼梁，導致箱體底部凹凸不平，故凹槽內鋼筋為雙層，其余部位為單層，完成鋼筋綁扎后，經驗收合格，澆筑C30混凝土，波紋板最低處至混凝土找平面為80 mm，抹平，養護，如圖5所示。

4)龍骨、巖棉和石膏板安裝。安裝過程中根據箱體的尺寸對應下料，先用25 mm厚的防火石膏板進行箱體斜撐的包裹，后安裝箱體頂部龍骨；通過焊接的形式，在箱體頂部安裝5 500 mm長×100 mm寬×1.0 mm厚鋼帶，用以鑲嵌巖棉，如圖6所示，完成后進行天花板和墻體的石膏板安裝，天花板為2層15 mm厚的防火石膏板，墻體為3層15 mm厚的防火石膏板，整體效果如圖7所示。

5)衛生間+管線安裝。衛生間通過已安置的底座進行固定，先安裝墻體，后安裝洗浴設施等，其中箱體預留孔洞處設置鍍鋅鋼管，供衛生間管道穿過，完成后，孔洞周圍進行灌結構密封膠處理，衛生間底部進門處設置20 mm的門檻石，用結構膠固定，如圖8所示。完成衛生間的安裝后進行箱體線管的預留，采用機電線路穿PVC管的方式固定在防火石膏板上，如圖9所示。

6)天花板和墻體膠合板+集成板安裝。墻體和天花板先用9 mm厚膠合板打底，后安裝9 mm厚集成板作為飾面層，如圖10，圖11所示。

7)箱體外立面石膏板和鋁扣板的安裝。箱體外立面梁柱封25 mm厚防火石膏板，正面封鋁扣板，如圖12所示。

3 質量檢查

箱體的質量檢查包括每步工序完工后質檢人員檢查合格后簽字，詳見表1。

表1 箱體檢查部位及要求

4 與傳統建筑對比

建筑模塊化作為裝配式建筑的重要趨勢，其技術先進性和前景廣闊性不言而喻。目前在我國，其應用較少，多用于臨時建筑，竹篙灣檢疫醫院項目的成功應用，標志著裝配式模塊化建筑越來越被人們所認可，其通過建筑設計標準化、部品生產工廠化、結構裝修一體化，與傳統建筑相比具有如下優勢：

1)質量方面。模塊化構件在工廠生產，相比于傳統建筑的露天生產，克服了因天氣因素影響施工進度的問題，另一方面，工廠生產采用鋼模臺，機械化程度高，實現了構件的高精度，極大的節約了勞動力投入。以竹篙灣項目為例，工廠采用整體流水線生產，速度快，質量高[4]。

2)技術方面。模塊化建筑在生產過程中，將多個復雜實施技術拆分為多個簡單步驟，每個步驟由專門的技術工人負責，大大降低了生產技術難度，減輕技術工人的工作量，有利于模塊化建筑的大面積推廣。

3)成本方面。a.人工成本。模塊化建筑在工廠生產，重復性及大部分體力勞動由機械代替，在工作量和工作強度上減少了人力的投入，節約了成本。b.工期成本。各單體構件可同時進行，不受限于建筑本身空間順序，極大地節約了工期，以竹篙灣項目為例，正常情況下可做到1 d完成20個模塊化單體，如需趕工期，每天可完成30個模塊化單體。c.材料成本。生產前利用BIM技術進行瓷磚、管線、板材的預排布，最大程度的切割板材并充分利用邊角料。

但也存在如下不足之處，如：1)建筑形態單一，很難實現具有個性造型的建筑，不能滿足市場需求；

2)由于運輸和吊裝限制了單個箱體的尺寸和重量，使其無法達到構造多樣化，產品多元化;

3)因其本身連接構造原因，多用于低層建筑，在高層建筑領域應用較少。

5 結語

模塊化建筑因其具有快速施工等特點，現已逐漸推廣，但在推廣的同時，我們需要考慮如下問題：

1)標準化；目前模塊化建筑的設計、生產、施工或驗收階段等暫無一個系統的、針對性的執行標準，亟需解決。

2)多元化：不僅需要在鋼結構中推廣模塊化，更需要在混凝土結構中推廣模塊化，多采用少類型、多組裝的形式，使模塊化建筑多元化，適用范圍更廣。

3)自動化：模塊化建筑作為裝配式建筑的一部分，生產、安裝自動化關系到裝配式建筑能否實現工業化。