1.模块建筑的概念内涵
(1)模块建筑概念。模块建筑是指在住宅构件工业化生产的基础上,采用模块化组装的方式来建造的住宅,是在工厂制造,再运输至项目现场进行安装的。模块建筑是由一系列形状为正方体、长方体及多边形体经组合叠加形成的建筑,其中每个模块,都具有自身完善的、设定的分项建筑功能,它可以是仅有门窗的空旷单元,也可以是厨房单元、卫生间单元、楼梯单元、阳台单元等,经在平面上和竖向上组合形成建筑师要求的总体完备的建筑功能,一经安装完毕,即可投入使用。
(2)模块建筑的4个涵义。住宅建筑的标准化;住宅建筑的工业化;住宅生产、经营的一体化;住宅协作服务的社会化。
本文所述模块建筑主要为钢结构体系,模块工厂化整体预制现场装配,相比于上世纪苏联、东欧等国家建筑企业采用梁、柱、板等构件在工厂预制、工地装配的建筑,其工业化、产业化水平及质量水平均得到更大提高。
2.模块建筑的优势与推进难点
(1)模块建筑的优势。
第一,可持续性生态优势。可持续性是模块化住宅与传统建筑方式相比最明显的优势之一。建造过程中的集中生产也使得建造能耗低于传统手工方式,工业化生产改变了混凝土构件的养护方式,实现养护用水的循环使用;工厂化集中生产的方式,降低了建筑主材的损耗;装配化施工的方式,降低了建筑辅材的损耗;现场装配施工相较传统的施工方式,极大程度地减少了建筑垃圾的产生、建筑污水的排放、建筑噪音的干扰、有害气体及粉尘的排放。
第二,节能优势。模块建筑设计采用合理的窗墙比例,围护结构采用高质量的保温隔热复合墙板,隔绝了热桥,比现有同类钢筋混凝土建筑结构的能耗得到了较大幅度的降低。由于复合墙板具有较高的密度,热惰性指标高,隔热、隔声性能也好,其节能指标达到三步节能65%以上的要求,并向四步节能要求发展。同时,模块建筑可以组合成各种建筑平面和立面形式,美观大方,为人类居住、办公等提供了十分舒适的人文环境。
第三,抗震性能的优势。钢结构模块住宅建筑结构一般采用钢框架或钢框架——支撑结构体系。对于超高层建筑,则采用消能减震支撑结构体系,钢结构承载力高,延性好,且连接节点可靠,即使在大地震作用下,也可达到经一般维修仍可继续使用的性能目标,其抗震性能远高于现浇或装配式钢筋混凝土结构,确保了人们的生命和财产的安全。
第四,防渗漏以及隔声等建筑物理性能的优势。由于采用了高质量的复合墙板并具有较好的延性性能,能很好地适应总体结构因各种不同荷载作用产生的变形,确保外墙不开裂;对于接缝处,除采用密封胶封闭外,在里侧设置诱导水孔,以使接缝处可能发生的渗水诱导至水孔泄出,确保围护结构的水密性要求,卫生间采用隔水性能良好的柔性材料,杜绝了渗漏现象,营造了舒适干净的卫生间。
第五,施工效率及施工质量的优势。由于模块建筑95%以上的工作在工厂完成,不受季节或环境的影响,且模块元素的制作和组装都在生产流水线上完成,机械化程度高、效率高,在工地采用机械吊装,安装速度快。根据英国、美国相关经验,一幢1万平方米的高层钢结构住宅建筑楼在现场仅需1台吊车和10余个工人4个月内即能完成安装;而普通现浇钢筋混凝土结构的施工周期一般要在1年半以上,即使采用梁、柱、板构件装配式建筑或大板楼建筑等也需要1年以上。相比之下,钢结构模块建筑的施工速度比上述两种施工方法分别提高了两倍到3倍,由此可见,施工效率的提高是前所未有的。
此外,模块单元均在工厂建造,包括钢材加工、焊接框架、组装墙板和电气水暖设备都在工厂车间生产流水线上进行,精密程度高,并进行有效的质量检控,因此,模块建筑的施工质量远高于普通现场露天施工的建筑工程。
第六,节约材料及降低成本的优势。钢结构模块建筑标准化程度高,减少了材料的消耗,边角料在车间易回收再利用,可避免普通现浇钢筋混凝土建筑现场施工的浪费现象。同时考虑了工业废料的利用,如发电厂的粉煤灰,废弃的聚苯乙烯材料等经过加工制成各种墙板构件的部品,可以达到节约材料的目的。
钢结构模块建筑虽然用钢量略高于普通钢筋混凝土建筑,机械施工费用也较高,但结构重量轻,降低了地基处理费用,且可回收的材料应用较多,减少了原材料的浪费,特别是缩短了施工周期,减少了现场施工人员,降低了施工成本,资金回笼速度快。经综合对比,其建造成本可与普通钢筋混凝土建筑结构持平,是经济合理的。
(2)钢结构模块化住宅建筑的推进难点。目前,我国模块化建筑推进并不理想,钢结构模块化住宅也是如此。影响模块化住宅推广的主要原因有5点:
一是建造模块的预制工厂投资太大,运输、安装需要大型设备,建筑的单方面造价也较贵。
二是建筑形式。我国现在新开发的房屋建筑主要是高层建筑,在高层建筑的建设过程中,承重体系的计算非常重要,用模块化的形式去生产,面临不少困难。美国、日本的房屋大部分是独立住宅,与高层建筑相比,独立住宅用工业化的形式生产更有利。
三是劳动力成本。我国的建筑行业是劳动密集型的产业,吸纳了大量的剩余劳动力,劳动力成本便宜。住宅工业化生产与农民工现场生产相比,在生产成本上没有优势,这是影响住宅产业化的一个重要障碍。
四是运输成本和技术的问题。如何把在工厂生产的住宅运送到施工现场,也是一个必须面对的问题。笔者认为,影响我国住宅产业化快速发展的重要原因是我国的工业化水平总体上较低。
(1)模块建筑概念。模块建筑是指在住宅构件工业化生产的基础上,采用模块化组装的方式来建造的住宅,是在工厂制造,再运输至项目现场进行安装的。模块建筑是由一系列形状为正方体、长方体及多边形体经组合叠加形成的建筑,其中每个模块,都具有自身完善的、设定的分项建筑功能,它可以是仅有门窗的空旷单元,也可以是厨房单元、卫生间单元、楼梯单元、阳台单元等,经在平面上和竖向上组合形成建筑师要求的总体完备的建筑功能,一经安装完毕,即可投入使用。
(2)模块建筑的4个涵义。住宅建筑的标准化;住宅建筑的工业化;住宅生产、经营的一体化;住宅协作服务的社会化。
本文所述模块建筑主要为钢结构体系,模块工厂化整体预制现场装配,相比于上世纪苏联、东欧等国家建筑企业采用梁、柱、板等构件在工厂预制、工地装配的建筑,其工业化、产业化水平及质量水平均得到更大提高。
2.模块建筑的优势与推进难点
(1)模块建筑的优势。
第一,可持续性生态优势。可持续性是模块化住宅与传统建筑方式相比最明显的优势之一。建造过程中的集中生产也使得建造能耗低于传统手工方式,工业化生产改变了混凝土构件的养护方式,实现养护用水的循环使用;工厂化集中生产的方式,降低了建筑主材的损耗;装配化施工的方式,降低了建筑辅材的损耗;现场装配施工相较传统的施工方式,极大程度地减少了建筑垃圾的产生、建筑污水的排放、建筑噪音的干扰、有害气体及粉尘的排放。
第二,节能优势。模块建筑设计采用合理的窗墙比例,围护结构采用高质量的保温隔热复合墙板,隔绝了热桥,比现有同类钢筋混凝土建筑结构的能耗得到了较大幅度的降低。由于复合墙板具有较高的密度,热惰性指标高,隔热、隔声性能也好,其节能指标达到三步节能65%以上的要求,并向四步节能要求发展。同时,模块建筑可以组合成各种建筑平面和立面形式,美观大方,为人类居住、办公等提供了十分舒适的人文环境。
第三,抗震性能的优势。钢结构模块住宅建筑结构一般采用钢框架或钢框架——支撑结构体系。对于超高层建筑,则采用消能减震支撑结构体系,钢结构承载力高,延性好,且连接节点可靠,即使在大地震作用下,也可达到经一般维修仍可继续使用的性能目标,其抗震性能远高于现浇或装配式钢筋混凝土结构,确保了人们的生命和财产的安全。
第四,防渗漏以及隔声等建筑物理性能的优势。由于采用了高质量的复合墙板并具有较好的延性性能,能很好地适应总体结构因各种不同荷载作用产生的变形,确保外墙不开裂;对于接缝处,除采用密封胶封闭外,在里侧设置诱导水孔,以使接缝处可能发生的渗水诱导至水孔泄出,确保围护结构的水密性要求,卫生间采用隔水性能良好的柔性材料,杜绝了渗漏现象,营造了舒适干净的卫生间。
第五,施工效率及施工质量的优势。由于模块建筑95%以上的工作在工厂完成,不受季节或环境的影响,且模块元素的制作和组装都在生产流水线上完成,机械化程度高、效率高,在工地采用机械吊装,安装速度快。根据英国、美国相关经验,一幢1万平方米的高层钢结构住宅建筑楼在现场仅需1台吊车和10余个工人4个月内即能完成安装;而普通现浇钢筋混凝土结构的施工周期一般要在1年半以上,即使采用梁、柱、板构件装配式建筑或大板楼建筑等也需要1年以上。相比之下,钢结构模块建筑的施工速度比上述两种施工方法分别提高了两倍到3倍,由此可见,施工效率的提高是前所未有的。
此外,模块单元均在工厂建造,包括钢材加工、焊接框架、组装墙板和电气水暖设备都在工厂车间生产流水线上进行,精密程度高,并进行有效的质量检控,因此,模块建筑的施工质量远高于普通现场露天施工的建筑工程。
第六,节约材料及降低成本的优势。钢结构模块建筑标准化程度高,减少了材料的消耗,边角料在车间易回收再利用,可避免普通现浇钢筋混凝土建筑现场施工的浪费现象。同时考虑了工业废料的利用,如发电厂的粉煤灰,废弃的聚苯乙烯材料等经过加工制成各种墙板构件的部品,可以达到节约材料的目的。
钢结构模块建筑虽然用钢量略高于普通钢筋混凝土建筑,机械施工费用也较高,但结构重量轻,降低了地基处理费用,且可回收的材料应用较多,减少了原材料的浪费,特别是缩短了施工周期,减少了现场施工人员,降低了施工成本,资金回笼速度快。经综合对比,其建造成本可与普通钢筋混凝土建筑结构持平,是经济合理的。
(2)钢结构模块化住宅建筑的推进难点。目前,我国模块化建筑推进并不理想,钢结构模块化住宅也是如此。影响模块化住宅推广的主要原因有5点:
一是建造模块的预制工厂投资太大,运输、安装需要大型设备,建筑的单方面造价也较贵。
二是建筑形式。我国现在新开发的房屋建筑主要是高层建筑,在高层建筑的建设过程中,承重体系的计算非常重要,用模块化的形式去生产,面临不少困难。美国、日本的房屋大部分是独立住宅,与高层建筑相比,独立住宅用工业化的形式生产更有利。
三是劳动力成本。我国的建筑行业是劳动密集型的产业,吸纳了大量的剩余劳动力,劳动力成本便宜。住宅工业化生产与农民工现场生产相比,在生产成本上没有优势,这是影响住宅产业化的一个重要障碍。
四是运输成本和技术的问题。如何把在工厂生产的住宅运送到施工现场,也是一个必须面对的问题。笔者认为,影响我国住宅产业化快速发展的重要原因是我国的工业化水平总体上较低。