模塊化建筑應(yīng)急運(yùn)用研究

蔡一睿，戚景韜，陳瑩，田雨欣，王慜，韓穎，梁獻(xiàn)超

（金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 211169）

0 前言

近些年裝配式建筑迎來了高速發(fā)展期。2017年發(fā)布的《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出到2020年，城鎮(zhèn)裝配式建筑應(yīng)占新建建筑比例超過15%。與國外相比，我國的模塊化建筑還處于起步階段，僅在臨時(shí)建筑、小品和住宅建筑等方面應(yīng)用。

但是2020年的新冠疫情，使得模塊化建筑登上舞臺，廣泛應(yīng)用于應(yīng)急救災(zāi)領(lǐng)域并大放異彩。最為突出的是武漢的“雷神山醫(yī)院”，其耗時(shí)之短，質(zhì)量之高，充分向國人展現(xiàn)了模塊化建筑“輕，快，好，省”的優(yōu)點(diǎn)。

本文從模塊化建筑的分類入手并分析其特點(diǎn)，通過對不同案例的研究總結(jié)歸納，并針對現(xiàn)在的災(zāi)害情況自主設(shè)計(jì)一種單元體“蜂宅”作為方案儲備，分析其可行性、適用性。

1 模塊化建筑的分類與特征

根據(jù)模塊化建筑集成度的不同，可分為板裝箱式、集裝箱式、板拼式、墻骨結(jié)合式。墻骨結(jié)合式運(yùn)用較多，安裝速度快。板拼式是運(yùn)用形如“L”“T”與“十”的高集成墻板進(jìn)行組裝，多應(yīng)用于別墅建筑。集裝箱式是對箱體進(jìn)行改造，通過開門開窗和裝修，將其改造成集裝箱建筑，廣泛應(yīng)用于住宅、餐廳、售樓處等建筑。板裝箱式集成度最高，安裝拆卸方便，運(yùn)輸快捷，多運(yùn)用于小型住宅。

根據(jù)使用壽命的長短不同模塊化建筑可分為永久性模塊化建筑與非永久性模塊化建筑。非永久性（NPMC）是指使用模塊化技術(shù)來創(chuàng)建可移動(dòng)的建筑物和結(jié)構(gòu)，例如移動(dòng)教室，展示廳或臨時(shí)醫(yī)療診所。

2 我國模塊化建筑案例分析

模塊化建筑因其組裝靈活、施工簡便、安裝快速，因此常用于應(yīng)急醫(yī)院、臨時(shí)學(xué)校等應(yīng)急建筑。國內(nèi)諸多院校及大型設(shè)計(jì)院都對其有相對成熟的研究，技術(shù)儲備相對完善。因此筆者選取了疫情期間搭建的“雷神山醫(yī)院”和“南京江心洲臨時(shí)集裝箱校園”兩個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行分析。

2.1 應(yīng)急醫(yī)院——“雷神山醫(yī)院”

為應(yīng)對突如其來的新冠疫情，國務(wù)院在武漢市緊急搭建了“雷神山醫(yī)院”，項(xiàng)目占地面積7.9萬㎡，醫(yī)療隔離區(qū)約5.1萬㎡，設(shè)置病床1600張，可同時(shí)容納醫(yī)護(hù)人員2000人。

2.1.1 規(guī)劃構(gòu)架

與傳統(tǒng)醫(yī)院不同，雷神山醫(yī)院在整體上采用了魚骨式布局，以醫(yī)護(hù)人員的通道為主軸串聯(lián)左右不同的分支，兩側(cè)間隔布置了病房、藥庫等。項(xiàng)目采用了37個(gè)功能模塊，分設(shè)南北兩區(qū)。南區(qū)為隔離區(qū)，北區(qū)為病房區(qū)，通過這種布局方式，使得各模塊分區(qū)規(guī)劃明確，邊界清楚。

2.1.2 功能布局

傳染病通常會從病原、宿主、環(huán)境三方面進(jìn)行傳播。因此，傳染病醫(yī)院需依據(jù)“三區(qū)兩通道”原則將功能區(qū)分為三類：清潔區(qū)、污染區(qū)、半污染區(qū)。由病房、緩沖前室組成污染區(qū)；由污染通道、護(hù)士站、配藥室、辦公室以及醫(yī)護(hù)工作區(qū)組成半污染區(qū)；由值班室、衛(wèi)生間、儀器藥品庫房組成清潔區(qū)（圖1）。

圖1 功能布局

功能區(qū)的劃分不僅是為了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)組裝，更是為了將傳播風(fēng)險(xiǎn)控制在最低，將病原局限于污染區(qū)。

2.1.3 流線分析

雷神山醫(yī)院的流線分為醫(yī)護(hù)通道與病患通道。醫(yī)護(hù)走道在“魚骨”位置，患者走道在“魚刺”位置，在流線上避免交集。同時(shí)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)入病房區(qū)前需做好一系列防護(hù)措施后再通過緩沖室進(jìn)入。最大程度上降低了醫(yī)護(hù)人員被感染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4 結(jié)構(gòu)分析

雷神山醫(yī)院采用箱式房屋模塊單元，鋼骨架和冷彎薄壁鋼構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，其底部鋪設(shè)底框方管，其上鋪設(shè)地板以及地板革，圍護(hù)墻體選用彩鋼復(fù)合材料，頂部設(shè)吊頂板后在其上設(shè)頂框方管、頂框保溫棉和屋頂蒙皮。

醫(yī)院創(chuàng)新地使用了“一板四柱”的結(jié)構(gòu)方式，即“一塊板的重量由四根柱承擔(dān)”，如需增加板的數(shù)量，則柱子數(shù)量也需增加。這種拼接模式，會出現(xiàn)多柱合一的束柱，其功能類似于短肢混凝土剪力墻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.2 臨時(shí)學(xué)?！澳暇┙闹夼R時(shí)集裝箱校園”

由于島嶼開發(fā)的需要，原中學(xué)需要進(jìn)行改建，為不耽誤學(xué)生課業(yè)，在島嶼搭建一所臨時(shí)學(xué)校滿足日常教學(xué)需求。項(xiàng)目用地為11200㎡，建筑面積為2872㎡。為了有效節(jié)省施工時(shí)間，所有建筑均采用預(yù)制集裝箱構(gòu)件進(jìn)行組裝。

2.2.1 功能區(qū)域分析

學(xué)校由辦公區(qū)、教學(xué)區(qū)、入口廣場以及綠化區(qū)組成。入口為一個(gè)矩形的廣場，教學(xué)區(qū)呈“幾”字形圍繞廣場布置。教學(xué)區(qū)東北向?yàn)檗k公區(qū)，其中一層圍繞中心廣場呈“口”字形布置，二層呈“H”形。教學(xué)區(qū)與辦公區(qū)以連廊為聯(lián)系紐帶，分區(qū)獨(dú)立而又相互連通。同時(shí)安排大量綠化，優(yōu)化學(xué)校環(huán)境。

2.2.2 屋頂結(jié)構(gòu)分析

教室作為學(xué)生所處時(shí)間較多的功能單元，屋頂遮陽必須充分考慮。屋頂遮陽一般有四種方式：直接鋪蓋式、短柱支承式、篷支式以及外部獨(dú)立支承式。臨時(shí)學(xué)校采用了直接鋪蓋式，教室外部的屋頂中埋藏?zé)艟?，這樣的設(shè)計(jì)不僅滿足照明基本需求，還節(jié)約了建筑成本。

3 中小型模塊化應(yīng)急建筑設(shè)計(jì)

中小型模塊為模塊化建筑組合過程中的最基本單位。以中小型模塊作為試驗(yàn)點(diǎn)不斷適應(yīng)和完善社會的發(fā)展，探究模塊化建筑的可能性。筆者以應(yīng)急建筑為例，探討中小型應(yīng)急模塊化建筑在實(shí)際生活中的運(yùn)用。

3.1 測溫場所設(shè)計(jì)

小型單元組合空間靈活多變，能夠滿足不同的使用需求。新冠疫情持續(xù)發(fā)展，各大公共場所均需設(shè)立測溫消毒場所對進(jìn)出人員進(jìn)行檢測以避免感染，臨時(shí)性的測溫消毒場所提供了一種新的建筑形式與空間，為模塊化的進(jìn)一步發(fā)展帶來可能。

筆者以“峰宅”單元出發(fā)，設(shè)計(jì)出無人檢測與人工檢測兩種測溫場所。無人檢測布置檢測區(qū)與消毒區(qū)，無人區(qū)配以閘機(jī)與紅外線人體測溫儀，再進(jìn)行消毒，保障了公共場所人員的安全（圖2、圖3），適用于各大車站、商業(yè)綜合體、學(xué)校和醫(yī)院。

圖2 無人測溫消毒單元體平面圖

圖3 無人測溫消毒單元體剖面圖

人工檢測則是增添放置辦公桌和行李檢測機(jī)的空間，人通過行李檢測通道后，通過額溫槍人工檢測體溫，再進(jìn)行消毒，廣泛適用于超市、小區(qū)、博物館等人流量較小的場所（圖4）。

圖4 人工測溫消毒單元體平面圖

3.2 臨時(shí)安置區(qū)設(shè)計(jì)

針對于如非典、新冠疫情等各類嚴(yán)重的傳染性疾病，臨時(shí)性的隔離就診場所在這兩次大型公共衛(wèi)生事件中發(fā)揮了舉足輕重的作用。疫情雖得到了逐步的控制，但如今洪澇頻發(fā)，近日四川、重慶、湖北等地遭遇了特大洪水災(zāi)害，多地被洪水淹沒，房屋被摧毀，災(zāi)民無家可歸。筆者設(shè)計(jì)的“蜂宅”單元體面積約10m2，內(nèi)部配以門廳、衛(wèi)生間和雙人床以及儲藏間，適合1-2人居住，為受災(zāi)群眾提供臨時(shí)性的安置場所。

單元體在平面上通過不同排列組合，可以形成單一式、分散式和圍合式三種布局。單一式布局呈現(xiàn)出鏈條的形式，序列性強(qiáng)，在空間上相互分隔，在流線組織上相互聯(lián)系，排列整齊，便于人員管理（圖5）。

圖5 單一式組合的不同布局

分散式的布局可以因地制宜，常用于南方丘陵多水系地區(qū)，單元體朝向和入口方向可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蜃鲞m當(dāng)調(diào)整，組合方式滿足當(dāng)?shù)厣盍?xí)俗與文化特色，具有一定的地域性和場所感。一般適用于隔離，或者庫房。

圍合式的布局能夠營造出院落，結(jié)合院落的設(shè)計(jì)能夠營造出良好的環(huán)境氛圍，給居住者舒適的心理感受，符合中國傳統(tǒng)建筑的布局形式（圖6）。

圖6 組合布局

4 模塊化建筑應(yīng)急設(shè)計(jì)運(yùn)用建議

盡管模塊化建筑在應(yīng)急設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)突出，但也帶來不少嚴(yán)峻問題，有待我們?nèi)ヌ幚?，如：相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)欠缺，生產(chǎn)技術(shù)不夠完善，平戰(zhàn)結(jié)合的綜合服務(wù)能力薄弱等。因此，筆者提出以下幾點(diǎn)建議。

4.1 企業(yè)學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)模塊化建筑與國外相比生產(chǎn)技術(shù)不嫻熟，標(biāo)準(zhǔn)不明確。企業(yè)應(yīng)加緊開展模塊化應(yīng)急建筑的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，同時(shí)向國外學(xué)習(xí)生產(chǎn)技術(shù)，對模塊的分類規(guī)劃并數(shù)據(jù)化。

4.2 國家頒布標(biāo)準(zhǔn)

隨著社會需求的多樣化，住宅、酒店、學(xué)校等建筑都會對模塊化建筑提出更高的要求，而高品質(zhì)的建筑實(shí)施離不開國家的支持。國家應(yīng)盡早出臺產(chǎn)業(yè)政策，將應(yīng)急建筑設(shè)計(jì)納入國家應(yīng)急產(chǎn)品體系，投入資源，大力發(fā)展支持。

4.3 提高平戰(zhàn)綜合服務(wù)能力

平戰(zhàn)綜合能力即緊急情況時(shí)可以緊急調(diào)配，平時(shí)另做他用，合理安排。然而我國模塊化建筑平時(shí)大都處于閑置狀態(tài)，說明非永久性模塊化建筑對平戰(zhàn)結(jié)合的綜合服務(wù)能力不高。為提高平戰(zhàn)結(jié)合能力，應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃、合理選址。同時(shí)可以結(jié)合數(shù)據(jù)化、智慧化來建設(shè)的特點(diǎn)，推動(dòng)模塊化建筑的改造再利用，創(chuàng)造價(jià)值。

4.4 培養(yǎng)新型技術(shù)人才

人才的缺乏，也對模塊化建筑發(fā)展有不利影響。引進(jìn)和培養(yǎng)設(shè)計(jì)人才、管理人才，加強(qiáng)人才梯隊(duì)建設(shè)，保障人才競爭力才能保證模塊化建筑的高質(zhì)量發(fā)展。

4.5 人性化設(shè)計(jì)

隨著社會的發(fā)展，人們愈發(fā)注重生活品質(zhì)和所處環(huán)境。因此在模塊化建筑的設(shè)計(jì)建造中，不能僅僅滿足于大量出現(xiàn)在全國各個(gè)建設(shè)工地的集裝箱板房，應(yīng)在滿足基本需求的前提下，增添人性化的設(shè)計(jì)，給予客戶和使用者更好的居住感受。

5 結(jié)語

經(jīng)過2020年的各種災(zāi)害后，模塊化建筑已完全展現(xiàn)了在應(yīng)急建設(shè)中的優(yōu)越性。但是在優(yōu)勢體現(xiàn)的同時(shí)，模塊化建筑的缺點(diǎn)與不成熟也明顯暴露出來。希望在日后的實(shí)踐分析中，相關(guān)企業(yè)可以盡快完善模塊化生產(chǎn)技術(shù)，國家可以出臺規(guī)范政策，為市場和客戶提供更優(yōu)質(zhì)，更健康的產(chǎn)品。