模塊裝配式建筑中的技術重點及多樣性分析

梁文華，竇治昊，張海燕，朱逾晗

（中國建筑設計研究院有限公司國住人居工程顧問有限公司，北京 100044）

0 引言

10余年前，中國建筑設計研究院有限公司國住人居工程顧問有限公司引進模塊裝配式建筑并自主研發(fā)模塊裝配式建筑體系，并在江蘇、安徽等地區(qū)的住宅小區(qū)中得到應用，同時在多次設計深化中優(yōu)化技術措施，提升立面效果并解決工廠加工中的技術問題，取得良好的效果。

1 裝配式模塊體系技術方案

1）模塊建筑體系是指由抗側力核心筒與多個預制集成建筑模塊在施工現(xiàn)場組合而成的建筑體系。該體系中的預制集成建筑模塊由鋼密柱墻體、混凝土樓板及吊頂、內裝部品等在工廠共同組成的預制三維空間承重結構單元，只承擔自身重力荷載。核心筒與預制集成建筑模塊之間及模塊與模塊之間通過可靠度非常高的連接件連接，能有效保證模塊建筑體系的整體受力性能，且模塊建筑體系在設計時將建筑物非核心筒部分劃分成若干個尺寸適宜運輸?shù)娜我庑螤铑A制集成建筑模塊，建筑平面和立面設計基本不受模塊劃分的限制，是一種裝配率較高的建筑體系（見圖1）。

圖1 模塊建筑平面拆分設計

2）模塊建筑體系中預制集成建筑模塊是根據(jù)標準化生產(chǎn)流程和嚴格的質量控制體系，在專業(yè)技術人員指導下，由熟練工人在模塊組裝工廠車間流水生產(chǎn)線上制作完成，其制作加工精度可達毫米級，是一種較徹底的工業(yè)化、標準化建造技術產(chǎn)品，如圖2～4所示。

圖2 預制集成建筑模塊生產(chǎn)

圖3 預制集成建筑模塊建造

圖4 典型預制集成建筑模塊的工廠化加工

2 項目概況

安徽銅陵吾悅華府A區(qū)1號樓項目位于吾悅華府A區(qū)地塊東南角，建筑面積3 008.47m2，建筑地上6層，層高3m，建筑總高度19m（見圖5），采用模塊-鋼框架支撐混合結構體系。地上建筑除核心筒部分外，其余全部采用模塊裝配式設計，模塊部分（含精裝修）均在工廠預制完成，現(xiàn)場安裝。本工程是鋼框架核心筒和圍繞其周邊模塊組成的單元式住宅，每套住宅套型由4個模塊構成。

圖5 項目效果

3 模塊化住宅設計解決的主要技術問題

3.1 模塊化住宅套型及立面設計

依據(jù)模塊-鋼框架支撐混合結構體系特點，結合模塊控制性尺寸對套型進行設計深化，在滿足使用功能的基礎上，使模塊與核心筒之間的連接及各功能空間之間的流線更加合理。套型設計中需考慮模塊與核心筒之間的連接關系，各專業(yè)管線的橫向及縱向路由，衛(wèi)生間、陽臺處的樓板構造及防水構造，以及門窗洞口與結構之間的關系等問題。

立面設計結合保溫一體化裝飾效果，在滿足節(jié)能指標要求的條件下，可在立面線角、女兒墻、入口門頭等部位進行細節(jié)處理，豐富立面效果，還可結合太陽能系統(tǒng)進行立面樣式設計，同時需綜合結構設計要求對出挑、女兒墻高度等進行有效控制。

3.2 精裝一體化設計

全面推動裝配式建筑和新建住宅全裝修是國家和地方政府推進建筑建材業(yè)轉型升級、健康發(fā)展所采取的戰(zhàn)略舉措。因而裝配式建筑和全裝修是行業(yè)升級的“引擎”與市場發(fā)展的標志。由于模塊建筑的室內精裝絕大部分在工廠完成，僅留戶內與公區(qū)、模塊之間的交接部位在現(xiàn)場進行連接，因此對于精裝一體化設計的要求更高。在精裝一體化設計階段需對各專業(yè)點位、控制、連接，空調設計包括穿管、預留、預埋，還有新風系統(tǒng)與預制構件的結合，以及安保信息智能化設計等，均需前置進行統(tǒng)一設計。衛(wèi)生間管線排布，衛(wèi)生間內開敞陽臺內防水排水、外窗洞口及節(jié)能、隔聲、防火等方面也需進行綜合考慮與協(xié)同設計，形成精裝一體化設計成果。同時在加工初期會按照精裝一體化成果對套型樣箱進行實際加工生產(chǎn)，經(jīng)建設方、設計方、施工方及工廠各相關單位對樣板間的驗收與評估，發(fā)現(xiàn)建造中的問題及不合理情況，提出并確定調整方案最終體現(xiàn)到批量生產(chǎn)模塊產(chǎn)品中。

3.3 模塊化建筑防水設計

防水設計重點包括模塊內用水房間的防水構造，模塊之間連接處及水平、垂直縫之間的封堵和防水構造、模塊與核心筒之間的防水構造、屋面各部位防水構造及模塊下部與地下室頂板之間的防排水等。

1）模塊內需解決衛(wèi)生間內的排水路由，以最短最直接的方式解決衛(wèi)生間各點位的給水和排水，同時對衛(wèi)生間地面構造進行優(yōu)化，利用緊湊的空間解決排水問題。其他模塊外窗口、陽臺出入口等部位的防水也需進行精細化設計，同時模塊頂部也會有防水措施，包括運輸過程中的臨時防水均應統(tǒng)一考慮，保證施工質量和成品保護。

2）模塊間的封堵及防水同樣重要，保證模塊建筑外墻模塊拼接縫之間封堵嚴密，防水構造需進行搭接及增加防水附加層，裝飾面層與基層及防水層之間進行錯縫處理，確保節(jié)能保溫、防水、裝飾面層均滿足質量要求。

底層模塊與下部結構頂板之間也存在一定的防排水問題，在吊裝過程因底部混凝土頂板外露，模塊底與混凝土頂板之間也會出現(xiàn)存水無法及時排走的情況，因此在混凝土頂板上設置排水口并進行排水組織，保證混凝土頂板不出現(xiàn)積水；同時設置通風孔，保證此區(qū)域干燥通風。

3.4 模塊化建筑鋼結構防火設計

模塊建筑鋼結構的防火措施也尤為重要，目前常見的防火措施多為噴涂防火涂料和防火包覆，保證各部位鋼構件均滿足GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》（2018年版）對耐火極限的要求。

防火涂料可分為薄型、厚型、膨脹型、非膨脹型及室外型、非室外型等，項目結合不同部位進行選擇。設計過程中，除規(guī)范及圖集中現(xiàn)有各構件耐火極限數(shù)據(jù)外，因模塊墻體、樓板處的構造做法與常規(guī)建筑有所差異，為滿足所采用構造的耐火極限有據(jù)可依并落實到位，在設計前期對特殊構造建筑構件的耐火極限多次進行依照國家規(guī)范和程序的耐火試驗，最終保證設計的構造能夠得到試驗數(shù)據(jù)的有力支撐。模塊建筑中細部防火構造處理措施如下。

1）模塊與模塊之間的接縫處應在模塊安裝完成后，依次采用不燃材料巖棉填充。在外墻面處的銜接應采用不燃材料封堵，再用防水材料蓋嚴，保證模塊轉角處的鋼柱有能夠保證耐火時間的保護層，接縫處不滲水。

2）模塊與核心筒之間的接縫采用巖棉、水泥砂漿等不燃材料封堵。頂層模塊與核心筒連接并封堵不燃材料后，結合屋面防水做好防水處理，在屋面與核心筒交接處泛水高度不小于250mm，任何接縫均保證不減弱相鄰部位建筑的耐火性能，并達到《建筑設計防火規(guī)范》的要求。

3）屋面鋼筋混凝土樓板與模塊墻體之間的縫隙要求用巖棉等不燃材料滿填。

4）模塊安裝過程中的裸露連接構件應做好防火、防腐處理。模塊間管線的銜接不應減弱墻體或樓板的耐火性能。

4 裝配式建筑的多元化發(fā)展及項目落地

現(xiàn)代工業(yè)化建筑進入多元化時代，人們價值觀、審美觀的多元化直接催生預制裝配式建筑“百花齊放”的格局。建筑設計和建造技術有了很大轉變，在強大的技術支撐下，裝配式建筑越來越多地應用于不同類型建筑，預制技術的不斷發(fā)展為建筑形式提供了更多可能性。國住人居工程顧問有限公司在模塊裝配式建筑的設計過程中完成多項項目。

1）2019年完成的景德鎮(zhèn)莫妮卡學校項目采用箱式鋼結構模塊設計建造1棟教學樓及3棟宿舍樓，全部采用精裝一體化設計，工廠加工，現(xiàn)場拼裝，管線進行一體化梳理及排布，精裝點位及施工一步到位（見圖6）。

圖6 景德鎮(zhèn)莫妮卡學校項目實景

2）2021年的深圳國際酒店EPC工程總承包項目，中國建筑設計研究院有限公司設計范圍為5棟多層模塊化鋼結構建筑，包含4棟7層酒店及1棟7層宿舍，總建筑面積約6萬m2，均采用模塊化建造方式，遵循快速建設原則，功能上既要符合疫情時作為隔離酒店使用的要求，又要兼顧疫情后作為周邊資源的配套建筑，建成后盡量少改動，統(tǒng)籌做好“平戰(zhàn)”功能轉換銜接，滿足建筑全壽命周期的功能需求（見圖7）。

圖7 深圳國際酒店

現(xiàn)階段模塊裝配式建筑的應用不局限于住宅功能，而是更廣泛地應用于學校、公寓、酒店等多領域、多類型建筑中，將來的發(fā)展也將是多方向、多元化的趨勢。

5 結語

模塊裝配式建筑僅是裝配式建筑體系中的一部分，更多體系的裝配建筑均在不斷更新和發(fā)展推進中。符合國家發(fā)展戰(zhàn)略的裝配式集成化模塊建筑以其建筑工業(yè)化程度、高精度建筑質量、精裝一體化設計等優(yōu)勢在建筑行業(yè)內表現(xiàn)更加突出。與此同時推動了建筑設計的創(chuàng)新，減少現(xiàn)場施工工作量，改善建筑工人工作環(huán)境，減少施工工人數(shù)量，帶動相關產(chǎn)業(yè)及工人的轉型。

設計師更需在后續(xù)設計中更多思考，不僅解決設計中的技術問題，而且可從成本控制、建筑產(chǎn)品質量控制、加工周期、后期運維等方面進行深入思考。