鋼結構模塊化建筑在幼兒園項目中的應用

齊華偉，丁 桃，趙浩宇，丁 磊

(1.中建國際工程有限公司，安徽 合肥 230093； 2.深圳海龍建筑科技有限公司，廣東 深圳 518110； 3.中海建筑有限公司,安徽 合肥 230093； 4.安徽海龍建筑工業有限公司，安徽 合肥 230601)

1 項目概況

本項目位于深圳市福田區福強路深圳文化創意園內，占地面積4 290.73 m2，新建總建筑面積3 119.07 m2，其中計容建筑面積3 119.07 m2。幼兒園各層功能設置為：1層為架空活動、晨檢兼門廳、多功能廳、廚房及水泵房等，2層～3層為標準教室活動單元、辦公室、機動教室等，見圖1。

2 模塊化建筑介紹

鋼結構模塊化建筑發展雖然起步較晚，但隨著近年國家對模塊化建筑的重視及推廣，鋼結構模塊建筑行業也取得了一系列影響顯著的科研成果，相關的行業規范也陸續建立起來，行業類也涌現了多家實力雄厚的企業，為鋼結構模塊建筑在國內的后續發展打下了堅實的基礎，當前國內鋼結構模塊建筑體系主要由兩種結構形式，一種是集裝箱式的鋼結構模塊體系；一種是鋼結構框架式模塊體系，兩種體系各有優劣[1]。

2.1 集裝箱式模塊體系

結構組成：由鋼梁、柱、角件、波紋板組成。先將邊框梁、柱焊接在角件上，組成鋼框架，再焊接頂、底板以及端墻與側墻的波紋板，最后在地面澆筑混凝土。每個模塊為一個獨立建筑單元，自成體系。

優點：外側及頂部波紋板密封性能好，鋼性防水更可靠；抗沖擊性能好，適合長途運輸；采用角件，吊裝及運輸時的固定更為簡便。

缺點：制作工序上需先完成整體框架才能進行內部裝修作業，工藝比較復雜，需要配套專門的設備及生產線才能進行鋼結構模塊的批量生產。

適用范圍：適用于宿舍、酒店、模塊化的數據中心、軍隊移動營房、醫院病房等[2]。

2.2 鋼結構框架式模塊體系

結構組成：主體結構由鋼梁與鋼柱直接焊接而成，組成鋼框架。再焊接頂、底板，最后地面澆筑混凝土。外墻為防火石膏板，外覆蓋呼吸紙。

優點：框架焊接與墻體制作可同步進行，縮短工期；無角件及波紋板等構件，制作工藝簡單，利于快速生產。

缺點：外墻為脆性材料，抗沖擊性差，不適合長途運輸。

適用范圍：一般由多個MIC模塊組合成一個建筑單元，適用于教室、展廳、會議室等[3]。裝箱式的鋼結構模塊體系如圖2所示，鋼結構框架式模塊體系如圖3所示。

3 模塊化建筑的建造流程

3.1 鋼結構模塊建筑的運輸

鋼結構模塊建筑最大的特點就是模塊在工廠制作、裝修完成后再運輸到現場進行安裝，所以模塊的運輸也是一個比較關鍵的問題[4]。實際應用時必須了解相關運輸條件：能夠允許通過的最大、最重的模塊尺寸分別是多少，這對于我們選定運輸路線，制定合理的運輸方案都起著至關重要的作用。總的來說鋼結構MIC的運輸應遵循以下原則：

1)MIC單元模塊的運輸應選取具備相應資質和規模的物流運輸公司作為模塊的承運單位。

2)MIC單元模塊的場外運輸路線應根據道路、橋梁、當地交通的實際條件確定，提前與當地交通部門溝通協調。

3)MIC單元模塊在運輸當中應做好防水、防撞等成品保護措施。

3.2 鋼結構模塊的起吊

按照目前一般的情況下，一個完成裝修鋼結構模塊的重量從幾噸到幾十噸不等，應根據整個項目的模塊重量分布以及地盤現場施工條件選取適宜的起吊設備和設備操作點，制定合理模塊吊裝方案。模塊的吊裝應遵循以下幾點：

1)選擇適宜的起吊設備。2)制定合理的吊裝順序。3)采用安全的吊裝吊具。

具體如圖4所示。

3.3 鋼結構模塊的連接

1)鋼結構模塊MIC與基礎之間的連接。

鋼結構MIC與基礎的連接時通過基礎預埋板的方式與基礎連接，在基礎施工時，埋入高強拉爆螺栓，并在兩個高強拉爆螺栓間墊上基礎連接板，板中部位置設有M20高強螺桿連接套筒，鋼結構模塊底部留有貫穿模塊支撐柱的M20高強連接螺桿，將M20高強連接螺桿與M20高強螺桿連接套筒連接，實現模塊與基礎的連接，如圖5所示。

2)鋼結構模塊之間的相互連接。

通過鋼結構模塊支撐柱中預留的M20高強螺栓，上下貫通部位的M20高強螺栓間墊入M20高強連接螺桿，通過M20高強螺桿連接套筒連接，若該模塊為頂層模塊，則在相鄰模塊頂部的M20高強連接螺桿間墊入連接板，并采用M20高強螺母固定，如圖6所示。

具體安裝步驟：

1)完成首層鋼結構平臺施工。

2)將BM連接件按照BM連接件布置圖焊接到鋼平臺上，并調平，將連接套筒擰緊到BM板上的螺桿上。

3)按照模塊布局以及BM板連接件布局，將二層模塊吊裝到相應的位置，并落入到相應的連接板上，注意模塊落位時的水平與豎直方向對正，并落實到連接板上。

4)將連接螺桿順著支撐柱內的導槽擰入到BM連接板上的套筒里，直至與BM板上的螺桿接觸。

5)將套筒及箱體與箱體之間的連接板(MM連接件)以及中間段螺桿用長螺桿連接起來，為安裝上層模塊做準備。

6)將第三層模塊吊裝到相應的位置，并落入到相應的連接板上，注意模塊落位時的水平與豎直方向對正，并落實到連接板上，后將屋面連接板按照屋面連接板布局放到相應的位置上并調平，最后用螺母預緊，完成模塊的安裝。

4 模塊化建筑優勢

4.1 空間個性化

通過單元模塊的排列組合不但能適應不同的場地條件，還能組成個性化的總圖形式。本項目在模塊拆分中根據建筑平面功能主要分為功能模塊與交通模塊。功能模塊主要由教室模塊和衛生間模塊組成，組合形成功能空間。交通模塊主要由走廊模塊和樓梯模塊組成，組合形成完整的交通空間[5]。

4.2 工藝高效能

現場施工部分基本為模塊單元拼接部分及整體屋面，大大的減少了現場施工的作業量、施工周期等。具體優勢如下：

1)管線分離：電氣管線主要利用建筑墻體與內裝飾面之間的縫隙及天花吊頂內敷設，從而省去了在建筑結構體內預留預埋電氣配管的過程，降低了建筑構造對各專業的配合度要求，且方便后期管道檢修管道模塊化設計：標準箱體噴淋管道、消火栓管道、消火栓箱模塊化設計，工廠完成施工，僅在現場進行噴淋主管與模塊中噴淋支管的連接，集成化程度高，施工速度快。

2)整體衛生間集成設計：衛生間衛生器具、給水管、排水管隨箱體在工廠中完成安裝，僅在地盤進行豎向管道與衛生間給排水管道連接，集成化程度高，工廠施工質量能得到保證，現場施工便捷。墻面機電點位部分：墻面機電點位選擇與背景墻同色開關面板，密拼并列安裝，融洽而不突兀；電視背景墻位于鋼結構MIC內側，可在工廠提前制作安裝，節約現場施工時間。

4.3 施工安全低風險

項目在模塊單元中將機電、外裝飾、內裝飾等各部分由設計到加工高度集中，將工廠生產部分最大化。大大減少高空作業，減少施工現場人員擁擠、交叉作業所導致的施工風險。現場污染少，通過設計生產的工廠高度集中化，徹底減少現場的施工作業面，保證施工環境的干凈整潔，施工工藝的有序，減少對周圍環境的破壞性污染。

所有的MIC裝配式模塊，通過工廠制作完成后進行現場快速拼裝吊裝，僅僅三個月的時間便已基本完成結構、內外裝修、機電的工藝，展現出八所社區幼兒園的基本面貌。對于一般教育類建筑而言，一所同類型高品質學校要達到相同完成程度，通常也需要10個～12個月的時間。在整個社區幼兒園學校項目里，約70%的建筑面積是以MIC裝配式模塊建設的，對比傳統項目現場減少了近70%建筑垃圾生成，現場勞動力投入對比傳統項目更是減少至1/10，且所用工期僅為常規施工的1/3，大大節省了時間[6]。

5 結語

隨著建筑行業環保綠色要求，同時結合國家碳中和理念，鋼結構模塊化建筑市場占有率逐漸提升，其主要有以下優勢：

1)模塊化設計，根據現場數據設計，工廠組裝，提升構件精確度。

2)標準化制作，提高施工效率，保證施工質量。

3)批量化生產，提升勞動效率，節省勞動成本。

4)整體化安裝，降低現場濕作業，安全環保。