裝配式模塊化箱型建筑在國家應(yīng)急管理體系中的應(yīng)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(dú)特的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，具有較高的預(yù)制率和裝配率，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性能等特點(diǎn)。本文通過介紹打包式輕鋼箱房在濟(jì)寧市公共衛(wèi)生應(yīng)急服務(wù)中心項(xiàng)目中的應(yīng)用，探索出裝配式模塊化建筑助力構(gòu)建國家應(yīng)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(guān)鍵詞】裝配式;模塊化;箱型建筑;應(yīng)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(chǔ)上，用資源換取效益，不僅在建造過程中要耗費(fèi)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(diǎn)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(shè)計(jì)師不斷進(jìn)行嘗試探索，增加其靈活多樣性，裝配式建筑應(yīng)用不斷成熟，達(dá)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(dú)特的一類，同時也是預(yù)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(yīng)急服務(wù)項(xiàng)目急需盡快投入使用、預(yù)期使用期較短的要求。

1.裝配式模塊化箱型建筑在國家應(yīng)急服務(wù)項(xiàng)目中應(yīng)用的必要性

應(yīng)急服務(wù)項(xiàng)目的建造要求高、設(shè)計(jì)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(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)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(jié)束后才可進(jìn)行后一項(xiàng)工序，這種建筑方式施工周期長且靈活性差，前期準(zhǔn)備工作復(fù)雜。而裝配式模塊化箱型建筑的設(shè)計(jì)建造方式則與之不同。它以一個房間為基本單元，在結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上相對獨(dú)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(yīng)急服務(wù)項(xiàng)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)保”的優(yōu)點(diǎn)。

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(jì)寧市新冠病毒感染肺炎疫情處置工作領(lǐng)導(dǎo)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(jì)寧市建設(shè)指揮部，緊急啟動市公共衛(wèi)生應(yīng)急服務(wù)中心項(xiàng)目建設(shè)。項(xiàng)目位于濟(jì)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(shè)面積約8700余平方米，設(shè)立臨時應(yīng)急救治隔離病區(qū)床位100張，配套建設(shè)發(fā)熱門診、輔助科室、消毒供應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)尺寸選型受到模塊運(yùn)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(shí)際情況允許可以適當(dāng)增加）;最大高度通常應(yīng)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(shè)計(jì)參數(shù)、材料的尺寸規(guī)格、交通運(yùn)輸?shù)淖罡呦拗坪褪┕すに嚨确矫娴囊蛩兀诒緫?yīng)急服務(wù)中心項(xiàng)目當(dāng)中，大多數(shù)建筑模塊采用統(tǒng)一的模數(shù)體系，參考《歐洲鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》選定整體尺寸為3000mm×3000mm×6000mm的特殊型鋼構(gòu)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(yùn)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(guān)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(jié)構(gòu)體系

本項(xiàng)目采用以鋼結(jié)構(gòu)作為受力結(jié)構(gòu)，角柱為主體承重構(gòu)件的結(jié)構(gòu)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(dān)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(jìn)行完全開放，從而創(chuàng)建出更大的開放式空間。

此外，本項(xiàng)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(yùn)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(yù)制生產(chǎn)，門窗等部件也在工廠與墻體復(fù)合為一體，在運(yùn)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(yùn)輸空間，提升了運(yùn)輸效率，節(jié)省了成本。在施工現(xiàn)場進(jìn)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(jìn)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(yùn)輸成本，受運(yùn)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(jìn)行組合設(shè)計(jì)可以擴(kuò)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(jìn)行組合[6]。

本項(xiàng)目主要采用的是重復(fù)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(fù)單元箱體的每個單元都是獨(dú)立的空間。串聯(lián)是指將多個箱體進(jìn)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(jìn)行由幾十上百個模塊組成的大規(guī)模建筑的組合設(shè)計(jì)時，還需要從宏觀的角度進(jìn)行空間組織。本項(xiàng)目采用了通過內(nèi)外走廊串聯(lián)重復(fù)單元箱體的方式，這是模塊建筑組合設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的方式，其特點(diǎn)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(dú)立，又聯(lián)系通暢。

3.裝配式模塊化箱型建筑的特點(diǎn)

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(yù)制構(gòu)件，每個盒子單元的外墻板和內(nèi)部裝修均在工廠預(yù)制后運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行安裝的一種建筑結(jié)構(gòu)[8]，與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相比非常適合作為臨建產(chǎn)品或醫(yī)院等領(lǐng)域的緊急用房，有如下優(yōu)點(diǎn)：

一是運(yùn)輸方便，直接在工廠預(yù)制生產(chǎn)好各個構(gòu)件，到現(xiàn)場即可直接拼裝，能靈活地運(yùn)用在一些緊急突發(fā)情況當(dāng)中;二是堅(jiān)固耐用，抗震、抗變形能力均較強(qiáng)，具有很強(qiáng)的保溫、防風(fēng)、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(yán)格的制造工藝使得其可以很好地應(yīng)用于傳染病醫(yī)院等領(lǐng)域;四是活動房基于標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(dāng)?shù)卮髣痈筛?六是較為環(huán)保，重量輕，房屋為整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)置框架，鋼板即為房屋墻體，可整體遷移，使用壽命可達(dá)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(jì)性，工廠大規(guī)模制造而成，減少了人力成本，材料浪費(fèi)更少。設(shè)計(jì)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(gòu)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(jìn)行拼接，拼接處防水性較差，需進(jìn)行維護(hù)。在隔聲方面，鋼材遠(yuǎn)沒有混凝土材質(zhì)的隔聲性能強(qiáng)。同樣，鋼材的耐火性能也比較差，溫度大于600℃時，鋼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生變形嚴(yán)重時甚至?xí)诨Ｔ谑芰Ψ矫妫b配式模塊化箱型建筑的整體抗側(cè)移剛度較差，無法應(yīng)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(shè)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(jìn)行慎重考慮。

4.裝配式模塊化箱型建筑在應(yīng)急管理體系中的應(yīng)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(yīng)用，出臺一系列的相關(guān)政策。引導(dǎo)企業(yè)開展應(yīng)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(yīng)急集成建筑需求和平時市場需求有機(jī)統(tǒng)一，使得開發(fā)商及消費(fèi)者對可重復(fù)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(zāi)害、疫情災(zāi)害等的發(fā)生，需要為災(zāi)民迅速重建庇護(hù)場所以及快速修建應(yīng)急服務(wù)項(xiàng)目，均對模塊化建筑具有強(qiáng)烈的需求;一些生態(tài)環(huán)境保護(hù)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(chǔ)。裝配式建筑行業(yè)應(yīng)該圍繞國家應(yīng)急管理體系建設(shè)需求，調(diào)整自身產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，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(gòu)建國家應(yīng)急管理體系。

5.總結(jié)

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(dú)特的建筑結(jié)構(gòu)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(yù)制率和裝配率均較高等特點(diǎn)。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(yīng)急管理體系建設(shè)提供了一條新的途徑。在我國當(dāng)前大力推廣裝配式建筑及相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步加強(qiáng)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(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)

[1]石磊.模塊化集裝箱式鋼結(jié)構(gòu)建筑在軍營建設(shè)中的應(yīng)用研究探討[D].太原：太原理工大學(xué)，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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法的研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2017.

[5]李垚.鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑建造技術(shù)和空間設(shè)計(jì)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，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(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)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(shè)計(jì)研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2016.

[8]趙紅瑞，張正宇.淺析集裝箱建筑的特點(diǎn)以及未來的發(fā)展展望[J].建筑科學(xué)，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.