近二十年，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，建造技術不斷突破。2020年7月3日，住房和城鄉(xiāng)建設部、國家發(fā)展改革委、科技部等13部門聯(lián)合印發(fā)了《關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》，提出大力發(fā)展裝配式建筑，推動建立以標準部品為基礎的專業(yè)化、規(guī)?；?、信息化生產(chǎn)體系。
基于市場和發(fā)展的雙重需求，裝配式模塊建筑建設技術獲得了越來越多的關注和認可。大部分建筑生產(chǎn)工作從傳統(tǒng)的現(xiàn)場作業(yè)轉變?yōu)楫惖刂圃焐a(chǎn)，實現(xiàn)了建筑業(yè)與制造業(yè)的初步融合，給未來的建造技術的發(fā)展帶來了新的轉型機遇和創(chuàng)新空間。結合當下裝配式模塊的發(fā)展，中國院國家住宅工程中心主任、國住人居公司總經(jīng)理婁霓，對裝配式模塊技術進行了詳細的解讀。
2020年7月3日，住房和城鄉(xiāng)建設部、國家發(fā)展改革委、科技部等13部門聯(lián)合印發(fā)了《關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》（以下簡稱《指導意見》），指出要以大力發(fā)展建筑工業(yè)化為載體，以數(shù)字化、智能化升級為動力，創(chuàng)新突破相關核心技術，加大智能建造在工程建設各環(huán)節(jié)應用，形成涵蓋科研、設計、生產(chǎn)加工、施工裝配、運營等全產(chǎn)業(yè)鏈融合一體的智能建造產(chǎn)業(yè)體系。
近二十年，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，建造技術不斷突破，但其每年的科技研發(fā)投入占比卻處于各領域的末端，生產(chǎn)技術與先進制造業(yè)的距離還相差甚遠，迫切需要加快推進建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化升級，推動建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展?！吨笇б庖姟诽岢觯罅Πl(fā)展裝配式建筑，推動建立以標準部品為基礎的專業(yè)化、規(guī)?；?、信息化生產(chǎn)體系。推動智能建造和建筑工業(yè)化基礎共性技術和關鍵核心技術研發(fā)、轉移擴散和商業(yè)化應用，加快突破部品部件現(xiàn)代工藝制造、智能控制和優(yōu)化等一批核心技術。
▲ 中國院設計的雄安市民服務中心，采用裝配式模塊技術
基于市場和發(fā)展的雙重需求，裝配式模塊建筑建設技術獲得了越來越多的關注和認可。模塊建筑并不是一個新概念，其在國外已有近20年的應用和發(fā)展，建成建筑中有的超過百米。大部分的建筑生產(chǎn)工作從傳統(tǒng)的現(xiàn)場作業(yè)轉變?yōu)楫惖刂圃焐a(chǎn)，實現(xiàn)了建筑業(yè)與制造業(yè)的初步融合，給未來的建造技術的發(fā)展帶來了新的轉型機遇和創(chuàng)新空間。
01 什么是模塊建筑？
模塊建筑的定義
模塊建筑是指采用工廠預制的集成模塊在施工現(xiàn)場組合而成的裝配式建筑。其中集成模塊是指具有建筑使用功能的三維空間集成建筑單元。該建筑單元在工廠預制完成，是由主體結構、樓板、吊頂、設備管線、內(nèi)裝部品組合而成的具有集成功能的三維空間體，并滿足各項建筑性能要求和吊裝運輸?shù)男阅芤蟆?/span>
▲ 集成模塊工廠化制作
▲ 集成模塊室內(nèi)完成效果
由于模塊建筑建造技術的運用，每個模塊從起吊到安裝僅需要8-10個技術工作人員，且每個模塊都由同一批技術人員安裝完成，建筑施工現(xiàn)場所需工人數(shù)量較傳統(tǒng)施工大幅減少，施工建造質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。模塊建筑可以實現(xiàn)80%-90%的建筑建造和部品安裝工序在工廠完成，在建筑整體質(zhì)量和工業(yè)化程度方面實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，是一種資源消耗少，環(huán)境影響小的建筑體系。
▲ 模塊建筑現(xiàn)場裝配式施工
模塊建筑的分類
模塊建筑的分類方式有很多種。
1）按層數(shù)分類，可以分為低層、多層和高層。因為不同的層數(shù)對應的模塊建筑的制作精度、建筑防火、結構抗震等都有不同的標準，由此帶來的設計條件和體系構造也有所不同。
2）按建筑性質(zhì)分類，可以分為臨時建筑和永久建筑。比如一些周轉房、營地房等都是臨時建筑，這類建筑對建設速度和可拆除再利用等都有更高的需求，非常適合采用模塊建筑的建造形式。
3）按模塊單元的箱體構造分類，可以分為鋼密柱體系、鋼框架體系、集裝箱體系、鋼-木體系、混凝土體系等。目前世界范圍內(nèi)在應用的模塊種類非常多，并不是所有模塊的箱體都是一樣的，有的箱體是由按照一定的間距（比如600mm）排列的鋼柱組成墻體，有的是按集裝箱的箱體構造演變來的，有的則是采用的框架斜撐的箱體構造，還有的是鋼木組合的箱體，甚至有的是采用的混凝土作為箱體的主要結構材料。
4）按模塊建筑的結構體系分類，可以分為疊箱體系，箱-框體系，箱-筒（剪力墻）體系，框架-填箱體系等。比如全部采用模塊搭接而成的建筑，可以稱之為疊箱體系。而由箱體與傳統(tǒng)的框架結構、剪力墻、筒體等組合而成的體系，又可以稱之為箱-框體系，箱-筒體系等。還有將箱體嵌入到框架中的可以稱之為框架-填箱體系。
模塊建筑的特點
模塊建筑的特點歸納起來有三個主要的特征。
1）建筑空間模塊化。建筑設計中，可以將建筑物按照模塊的特點進行空間模塊化的拆分，相比于預制混凝土結構里的預制構件拆分，模塊建筑的模塊化拆分需要考慮的問題更多，或者說進行建筑一體化和集成化設計的需求更高。在做空間模塊化拆分時，不僅要考慮建筑功能，還要考慮設備系統(tǒng)設置、運輸條件限值、現(xiàn)場吊裝的場地限制、吊裝順序、吊裝裝置、防水抗?jié)B措施等多種因素?？臻g模塊化在設計中是非常重要的環(huán)節(jié)，對后期的建造速度、成本節(jié)約都有著較大的影響。
2）生產(chǎn)工藝的標準化。模塊建筑大部分的構件和部品都是在生產(chǎn)線上生產(chǎn)的，所以工藝的標準化對成本和效率都有較大的影響。同時，因為大部分的主體結構加工、裝修和部品安裝等都是在流水線上采用工業(yè)制造的手段生產(chǎn)出來的，建筑質(zhì)量的均好性就能得到充分的保證。
3）建筑施工的裝配化。模塊建筑的優(yōu)勢就在于速度，因此現(xiàn)場的裝配化施工是非常重要的，其中最核心的就是連接。模塊建筑的連接涉及兩個方面。一個是模塊與現(xiàn)場工程之間的連接，因為一般情況模塊建筑的地下室和交通核是在現(xiàn)場完成的，所以模塊如何與現(xiàn)場的結構體系進行連接，現(xiàn)場的精度如何滿足模塊的安裝精度，這個是需要整體考慮和解決的。另一方面就是模塊與模塊之間的連接，這個連接的受力性能對結構體系的抗震性能有較大的影響，同時其便捷性與精度要求又對建筑體系的建造速度和建造質(zhì)量有較大的影響，另外連接構造還需要考慮后期的維修檢查的便捷性甚至是可更換、拆除的問題。
▲ 集成模塊陸運與海運
模塊建筑的優(yōu)勢通過上述內(nèi)容的介紹，可以總結出模塊建筑的優(yōu)勢——質(zhì)量優(yōu)、速度快、綠色環(huán)保。1）質(zhì)量優(yōu)。因為建筑體系的大部分工序是在工廠完成的，因此質(zhì)量可以有很好的保證。而且因為在工廠，可以把很多在現(xiàn)場施工難度很大的工作轉變成簡單的工作流程，比如現(xiàn)場的人工焊接可以變成工廠的機器人焊接，現(xiàn)場的吊頂設備安裝可以變成工廠的平面作業(yè)等等，既方便了施工，又提高了質(zhì)量。2）速度快。在速度方面，因為模塊部分可以在工廠與現(xiàn)場施工同步開展制造，將傳統(tǒng)的現(xiàn)場交叉作業(yè)轉變?yōu)橥健ⅹ毩⑦M行，一般情況模塊的吊裝可以實現(xiàn)1-2天一層的速度。3）綠色環(huán)保。模塊建筑在綠色環(huán)保方面的優(yōu)勢，不僅僅體現(xiàn)在材料的節(jié)約和現(xiàn)場的干凈整潔上。由于質(zhì)量可控，模塊建筑可以很容易的實現(xiàn)各種低能耗、密閉性、環(huán)保性等綠色性能指標。同時模塊建筑還可以實現(xiàn)模塊單元的可拆除、異地重建、重復再利用等。
模塊建筑的國內(nèi)發(fā)展與應用
2008年，中國建筑設計研究院在國內(nèi)最早開始針對高層模塊建筑在國內(nèi)的應用開展可行性研究以及試驗研發(fā)工作，并相繼與威信廣廈模塊住宅工業(yè)有限公司、中集模塊化建筑投資有限公司、上海迅鑄建筑科技有限公司等企業(yè)合作，已完成 鎮(zhèn)江港南路公租房項目，雄安市民服務中心企業(yè)臨時辦公區(qū)、景德鎮(zhèn)圣莫妮卡國際學校、深圳市第三人民醫(yī)院二期工程應急院區(qū)醫(yī)護人員公寓等項目，并完成 《鋼骨架集成模塊建筑技術規(guī)程》（T/CECS 535-2018）、《箱式鋼結構集成模塊建筑技術規(guī)程》（T/CECS 641-2019）等技術標準的編制工作，進一步促進了模塊建筑在國內(nèi)的應用推廣。
▲ 鎮(zhèn)江港南路公租房項目
02
由模塊建筑設計帶來的理念轉變與創(chuàng)新
建筑的產(chǎn)品概念
提到建筑設計與建筑工業(yè)化，我們首先需要厘清一個認識，即在建筑工業(yè)化的概念基礎之上，建筑是否應該被視作一個工業(yè)產(chǎn)品。中國正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的高峰期，一方面我們的生活充滿工業(yè)制品，另一方面我們?nèi)匀痪幼≡谫|(zhì)量與性能不盡如人意的建筑中。我們在關注建筑形態(tài)的時候，極少關注部品間的邏輯關系與系統(tǒng)性能的關聯(lián)；我們在關注建設成本的時候，極少關注子系統(tǒng)的匹配與全周期的成本關系；我們在關注建設量的時候，極少關注使用效果與精神層面的滿足感。而模塊建筑由于具有極高的工廠化生產(chǎn)和集成度，使得我們很自然地就可以將建筑視作為產(chǎn)品來思考，來建立與工業(yè)制造領域融合的建筑產(chǎn)業(yè)邏輯，同時更加深入地挖掘建筑智能制造的可行性與潛力。
▲ 深圳市第三人民醫(yī)院二期工程應急院區(qū)醫(yī)護人員公寓樓
建筑設計的產(chǎn)業(yè)統(tǒng)籌作用
在工業(yè)設計中，產(chǎn)品設計涵蓋了企業(yè)形象、用戶需求挖掘、用戶體驗分析、未來流行趨勢等幾個重要方面，以及制造生產(chǎn)、包裝運輸、品牌推廣等各個環(huán)節(jié)。汽車設計、服裝設計、家具設計都屬于工業(yè)產(chǎn)品設計。但是作為經(jīng)濟體系中重要的支柱產(chǎn)業(yè)的建筑業(yè)，其建筑設計與工業(yè)設計在理念范疇與工作流程方面卻存在較大的差異和距離。
現(xiàn)象一：業(yè)主主導的建筑設計。有很多建筑行業(yè)的產(chǎn)品設計往往是業(yè)主主導的，所謂的設計師僅僅是制圖者。這樣一種狀態(tài)帶來的是一種惡性循環(huán)，業(yè)主的逐利思維、設計師的能力缺失、實施者的低價中標，無一不使得我們越來越遠離產(chǎn)品設計的概念。
現(xiàn)象二：設計師的主導能力缺失。現(xiàn)有的市場模式、管理體制、教育體制產(chǎn)生的建筑師，往往在建設過程中缺乏主導權，進而導致在理念確立、技術創(chuàng)新、體系優(yōu)化、產(chǎn)品升級、成本與性能控制等方面的能力缺失。很多新技術的推進過程中，都缺乏設計師的身影。因此，我們急需在建筑行業(yè)建立設計的產(chǎn)業(yè)統(tǒng)籌概念，而模塊建筑由于其高集成度和工廠化的特點，進一步加速了我們這種思維轉型的速度。在建筑設計中，設計師需要建立系統(tǒng)化的頂層設計理念，將建筑看作一個系統(tǒng)工程，考慮實施的邏輯和技術體系的關聯(lián)；在關注技術體系的同時，尤其重視接口技術實施的可行性，并確保制造理念在設計與管理中貫穿始終；在設計的方案之初，開展產(chǎn)業(yè)化技術選型的工作，將產(chǎn)業(yè)鏈條中的設計、制造、施工、運維等環(huán)節(jié)的技術體系在前期統(tǒng)一進行頂層設計，制定技術方案。良好的系統(tǒng)化思維和頂層設計可以為后期的項目實施節(jié)約大量的成本，避免不必要的工作反復帶來的資源浪費和時間浪費。
▲ 景德鎮(zhèn)圣莫妮卡國際學校
智能建造的可能隨著技術的發(fā)展、市場的需求、以及政策的指引，智能建造已經(jīng)成為建筑領域開始探索和嘗試的熱點。智能建造指在建造過程中充分利用智能技術和相關技術，通過應用智能化系統(tǒng)，提高建造過程的智能化水平，減少對人的依賴，達到安全建造的目的，提高建筑的性價比和可靠性。其包含的智能測繪、智能設計，智能施工、智能運維管理等內(nèi)容也已經(jīng)在眾多企業(yè)中開展不同層面的研發(fā)創(chuàng)新工作。模塊建筑也在此背景下得到更多跨領域從業(yè)者和投資者的青睞。模塊建筑相比其他建筑體系，具有更高效的制造型生產(chǎn)系統(tǒng)，將在智能建造領域的實踐探索中帶來更早的實現(xiàn)可能以及更多的創(chuàng)造空間。據(jù)國外資料，模塊建筑比傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工系統(tǒng)快20-50％，通過使用模塊化庫可節(jié)省近15％的設計時間。同時，由于大部分的建筑體是在封閉和可控的工廠環(huán)境中實現(xiàn)的，使得通過優(yōu)化建筑體系的構造和工藝來提高生產(chǎn)線自動化水平，進而提高建筑質(zhì)量降低建造成本，變得更具有可行性。因此，以建筑產(chǎn)業(yè)的設計統(tǒng)籌為前提，基于制造業(yè)的自動化生產(chǎn)條件，結合智能設計的技術發(fā)展與應用，模塊建筑在未來的智能建造發(fā)展中將發(fā)揮更積極的引領作用，給使用者和建設者帶來更多的驚喜。
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