裝配式模塊化鋼結構建筑在學校建造體系中的應用研究

樊興偉，高寶虎，肖斌，曹璐

（中建集成建筑有限公司）

1 引言

裝配式建筑是一種綠色建筑[1]，它具有“五化”特征：設計標準化、生產工業化、施工裝配化、裝修一體化和管理信息化。而模塊化鋼結構建筑[2]是一種新型裝配式建筑，裝配整體能力強，模塊在工廠進行預制并完成內裝，在施工現場通過連接件將各模塊裝配成完整的建筑物，可實現快速建造、智能建造和綠色建造的新型建造模式。其特殊建造形式，既符合國家政策及發展趨勢，又可滿足全預制學校快速建造模式的需求。

曲可鑫[3]通過研究模塊化建筑的結構體系，對多種建筑的模塊類型、結構體系、模塊單元節點連接以及模塊化建筑基于BIM系統的現代化施工方式進行了介紹。王文靜等人[4]對模塊化鋼結構建筑的集成設計方法進行了研究，發現可通過模塊連接、組合，實現建筑功能，提高建造效率，充分體現建筑工業化的特點和優勢。張明詳等[5]對集成建筑在國家應急管理體系建設中的應用進行了研究，發現地方關鍵物資生產能力不夠、平戰結合設計欠缺及區域布局不夠合理。張強[6]對模塊化建筑在應急醫療中的應用建設進行了分析，認為模塊化建筑的特點契合應急醫療的需求。樊驊、韓建忠[7]對模塊化建筑在應急建設中的應用進行了分析，認為基于標準化模塊的生產和建造邏輯，無論模塊是什么材質，都應符合快速批量化生產、便于運輸以及快速組裝的特征。

針對裝配式模塊化建筑在應急領域建設的應用特點，闡述了新冠病毒疫情之下，應急建筑使用模塊化建筑技術的優勢，并對未來學校智能建造模式進行探索，給現階段國內外裝配式模塊化建筑領域的從業人員以思考和啟示，為工程實踐提供參考依據。

2 裝配式模塊化鋼結構建筑體系

2.1 裝配式模塊化建筑的特點

模塊化建筑根據其壽命可分為兩種類型：永久性模塊化建筑（PMC）和非永久性模塊化建筑（NPMC）。PMC建筑體系是一種類似于傳統房地產項目的永久性建筑。NPMC是一種利用模塊化技術建造可移動的、臨時使用的建筑結構體系。PMC和NPMC都在可控的工廠環境下預制功能性建筑單元，然后將獨立的“模塊”運送到現場，經吊裝到合適位置后，進行拼接等細部處理。

2.2 裝配式模塊化建筑的應用優勢

2019年末，新型冠狀病毒突襲而來，為打贏這場戰“疫”，達到快速提供醫療資源、加速收治患者的應急處置目的，建設了“雷神山”、“火神山”和各地“小湯山”等醫院。這種快速高效的建造效果產生了積極的社會效應和綠色生態效應，發揮出集成建筑的制造和建造優勢。模塊化建筑應用并不僅限于應急醫院的使用，酒店、學校、學生公寓、軍用營地等均可。

模塊化鋼結構建筑建造技術具有高效生產、固定組裝和快捷施工等優勢，打破了傳統建筑施工形式，這種新型先進的模塊化施工理念，不僅可極大縮短工期，也能產生良好的經濟效益。

3 裝配式模塊化學校項目概況

近年來，城市快速發展導致學位壓力嚴峻，羅湖區作為深圳市最早建設的區域，土地資源極為緊張，城市更新面臨許多問題，需要以創新的思維解決。羅湖區利用新的建筑技術和土地使用策略，高效建設過渡安置學校，提供品質校園，增辦學位，解決城市更新中的民生熱點問題。

泰寧學校位于深圳市羅湖區東湖街道太安路南側，規劃占地面積約4027.01㎡，計劃建筑面積約6538.65㎡，結構形式為模塊化鋼結構，從設計到竣工交付使用僅95天，共提供24個班級1080個小學學位，如圖1-2所示。裝配式模塊化鋼結構建筑具有可工廠化生產、現場拼裝施工期短、施工和裝修垃圾少、建筑模塊拆除簡單、材料可重復利用等諸多優點，是一種新興的具有可持續性的建造體系。因此，采用裝配式模塊化鋼結構建筑體系作為未來學校智能建造模式，與綠色、環保、可持續理念完全契合，符合學校學位緊張、急需盡快投入使用、預期使用期較短的要求。

圖1 原有場地情況（建成前）

圖2 泰寧學校（建成后）效果

4 裝配式模塊化建筑設計

在學校建筑模塊化設計中，充分利用模塊化鋼結構建筑的標準化程度高、設計與裝配效率高等特點和優勢。模塊化建筑尺度適中、組合靈活，可滿足教學建筑中教室、辦公室、會議室和多媒體功能室等空間標準化需求。為了使模塊工廠化快速生產和制造，節約成本、提高效率，應盡量使用基本參數相同的模塊。但這就可能會造成模塊化建筑造型的單調和平淡，可通過巧妙、富有創造性的模塊化組合形式及多樣、美觀的外立面進行改觀。

泰寧學校建筑中的模塊體系尺寸規格：11390mm（L）×4480mm（W）×3600mm（H）、8080mm（L）×4480mm（W）×3600mm（H）和8980mm（L）×4030mm（W）×3600mm（H）。單體模塊高度為3600mm，模塊由主體框架結構、波紋板墻板、吊頂板、門窗、設備管線、內部裝修等組合而成三維空間體，運輸可采用整體運輸，也可拆卸為零件運輸，箱體六面保溫，保溫材料采用環保玻璃絲棉，最大抗震設防烈度為8度。根據設計造型及平面布置，可創造出頗為豐富的建筑空間。

5 裝配式模塊化建筑標準構件設計

泰寧學校采用裝配式預制鋼結構模塊化建筑體系，建筑構件梁、柱、墻板、疊合板、裝配式彩色欄桿、樓梯等采用流水線標準化生產，預制裝配率高達100%，經組裝連接后運輸到施工現場，吊裝拼接完成后進行裝配式裝修作業，見圖3-4所示。

圖3 全預制標準構件分解圖

圖4 工廠全預制標準教室模塊

6 裝配式模塊化建筑標準施工設計

和傳統施工模式相比，裝配式模塊化鋼結構建筑施工工期受天氣影響較小，因大部分時間在工廠內部完成，工廠預制和現場基礎等施工可同步進行，不僅可減少現場施工機械的使用，還可實現交叉作業，減少工序銜接時間，提高整體工作效率，實現綠色施工。相較于傳統結構施工可節約工期80%，節約勞動力75%，減少建筑垃圾90%，并且減少了噪音污染和粉塵污染。裝配式模塊化建筑施工現場統一采用吊裝組合、拼接安裝。先將工廠預制好的模塊產品及構件運輸到施工現場進行組合，對不同標準預制構件拼接安裝，最后在結構外立面吊裝鋁板，見圖5。

圖5 預制標準模塊產品吊裝

7 結語

泰寧學校采用裝配式模塊化鋼結構建筑模式，通過高度技術集成，實現建筑、結構、設備及內裝高度融合，僅用95d就順利完成建造并交付使用，建造速度快、建筑產品優質、整體效果美觀。深圳市羅湖區泰寧學校成功實現多種創新技術的應用，這充分說明裝配式模塊化鋼結構建筑體系的應用價值和發展空間可觀。