基于雷神山火神山醫(yī)院修建的突發(fā)應(yīng)急公共建筑體優(yōu)化

新冠病毒的爆發(fā)對(duì)應(yīng)急建筑的修建提出了新的要求。怎么能在保證質(zhì)量的情況下以最快的速度完成建筑施工，結(jié)合武漢雷神山火神山醫(yī)院修建的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)突發(fā)應(yīng)急公共建筑的搭建方法進(jìn)行了深入的探索與論證。

施工; 突發(fā)應(yīng)急公共建筑; 經(jīng)驗(yàn); 優(yōu)化

TU318.2 A

［定稿日期］2022-12-05

［作者簡介］徐淵（1982—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ獭?/p>

新型冠狀病毒的爆發(fā)對(duì)建筑行業(yè)的沖擊是巨大的，人們第一次在電視里每天觀看一個(gè)建筑現(xiàn)場的實(shí)際施工情況。在最初的10天內(nèi)完成了火神山醫(yī)院的施工工作，而后的雷神山施工現(xiàn)場的場景一直在中央電視臺(tái)的屏幕上全天候播出著。大家對(duì)施工的速度有了新的認(rèn)知和感受。中國建筑第三工程的同志們對(duì)全國人民的盼望也作出了滿意的答復(fù)，短短的一個(gè)月就完成了相關(guān)的所有施工項(xiàng)目，讓一個(gè)超大規(guī)模的方艙醫(yī)院出現(xiàn)在世人的眼里，完成了中國對(duì)速度的承諾。但這個(gè)建筑的效率是否還可以進(jìn)一步提高呢？本文對(duì)設(shè)計(jì)、施工、安裝等多方面以本次作業(yè)為范本提出了一些可行的建議。

1 優(yōu)化應(yīng)急建筑的基本結(jié)構(gòu)形式

雷神山和火神山醫(yī)院在現(xiàn)場施工中采用拼接方式完成了集裝箱箱體的連接。連接方式仍采用傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)施工方式的焊接連接和螺栓連接（圖1）。但這種施工方式速率較低，而且施工所需條件較復(fù)雜，對(duì)后期施工速率的提高，有較大的障礙。

由于鋼材特性是高強(qiáng)輕質(zhì)性能好且施工簡便，因而救援工業(yè)廠房、應(yīng)急醫(yī)院及其他應(yīng)急建筑等均是鋼結(jié)構(gòu)［1］。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，其構(gòu)件或者部件之間一般采用鉚接、焊接和螺栓連接等連接方式進(jìn)行連接，上述的傳統(tǒng)連接工藝方法通常需要在構(gòu)件連接處開洞、鉆孔或是焊接等，而這些措施在一定程度上會(huì)造成現(xiàn)場施工速度下降，結(jié)構(gòu)本體損傷，影響結(jié)構(gòu)受力完整性，加之開洞或焊接處往往是應(yīng)力集中處，連接的部位也就是整個(gè)結(jié)構(gòu)體的受力薄弱處，這無論對(duì)于錨固栓釘還是焊縫的現(xiàn)場施工難度有較高的強(qiáng)度和變形能力要求，對(duì)工人的現(xiàn)場安裝熟練程度有苛刻的要求，稍微處理不好就會(huì)造成構(gòu)件脫節(jié)甚至結(jié)構(gòu)破壞。

在連接方式上，上述常用的鋼結(jié)構(gòu)3種連接方式受施工人員的連接技術(shù)水平和施工現(xiàn)場環(huán)境影響較大，構(gòu)件連接質(zhì)量難以準(zhǔn)確控制，對(duì)于復(fù)雜鋼構(gòu)件連接及應(yīng)急工程高速作業(yè)環(huán)境時(shí)，工程質(zhì)量就更難以保證，勢必影響結(jié)構(gòu)安全和使用功能。除上述問題外，目前國家正在大力推行應(yīng)急工程作業(yè)中的裝配式建筑并發(fā)展建筑工業(yè)化以改善環(huán)境并控制能耗，這就要求未來的應(yīng)急響應(yīng)施工現(xiàn)場要盡量避免出現(xiàn)高能耗、高環(huán)境污染、低速率連接施工方式，對(duì)于現(xiàn)場作業(yè)中出現(xiàn)的開洞、鉆孔、焊接、栓接等傳統(tǒng)鋼構(gòu)件連接方式和施工工藝需要進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

因此，提出使用中國古建筑中常使用的榫卯連接方式（圖2）作為應(yīng)急工程的鋼結(jié)構(gòu)和集裝箱部件的主要連接方式。鋼結(jié)構(gòu)榫卯連接件，其結(jié)構(gòu)特征在于：

（1）包括榫頭①、榫槽②2個(gè)鋼接頭主要連接部件。所述榫頭與榫槽（形成工字卯頭和T型卡槽，兩者之間位嚴(yán)密卡合在一起，形成有限的承力整體，所述榫頭與榫槽還通過固定螺栓⑦進(jìn)行輔助功能錨固；此外，所述榫頭和榫槽在卡合前分別與圖2中集裝箱鋼構(gòu)件上箱體立柱⑧和上箱體立柱⑨連接。

上述的榫槽采用T型鋼滑槽結(jié)構(gòu)，榫頭為工字型骨架鋼結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場施工安裝的過程中T型鋼滑槽和工字型鋼結(jié)構(gòu)之間可采用集裝箱體邊部側(cè)推位移安裝的榫卯方式，使各個(gè)集裝箱體的骨架緊密結(jié)合在一起。

（2）根據(jù)集裝箱體鋼結(jié)構(gòu)的上下箱體的連接形式，榫卯連接件中的關(guān)鍵特征是：所述榫槽②設(shè)為配合工字型榫頭①尺寸大小，其長寬略微大于榫頭（約0.5～1 mm）。榫頭卡入榫槽②后采用側(cè)邊加勁板的形式，使榫頭不滑出的底部封閉的T型榫槽，且工字型榫頭與T型滑槽尺寸相配、連接位置嚴(yán)絲合縫。

（3）根據(jù)集裝箱體鋼結(jié)構(gòu)的左右箱體的連接形式，榫卯連接件中的關(guān)鍵特征是：所述工字型鋼榫頭①上翼板的邊緣兩側(cè)沿板厚方向分別設(shè)有橫向凹槽；所述T型鋼榫槽②連接翼緣邊部兩側(cè)沿腹板高度方向分別設(shè)有凸頭；當(dāng)工字型鋼榫頭①和T型鋼榫槽②卡緊后，連接處翼緣兩側(cè)的凸凹部位正好可以完全契合。

（4）根據(jù)集裝箱體鋼結(jié)構(gòu)的前后箱體的連接形式，榫卯連接件中的關(guān)鍵特征是：所述榫槽凹槽設(shè)為凹梯形楔槽③，沿工字型榫頭①上翼緣兩側(cè)的腹板高方向位置分別左右對(duì)稱設(shè)置；所述工字型鋼榫頭凸頭設(shè)為凸梯形楔頭④，沿T型鋼榫槽②翼緣兩側(cè)的高度方向分別對(duì)稱設(shè)置；當(dāng)榫頭①和榫槽②對(duì)接完成以后，連接處翼緣兩側(cè)的凹梯形楔槽③和凸梯形楔頭④正好可以完全重合在一起。

（5）根據(jù)集裝箱體鋼結(jié)構(gòu)的連接面位置的外形，榫卯連接件中的關(guān)鍵特征是：所述榫頭①和榫槽②連接面部位分別設(shè)有帶孔的榫立耳⑤和帶孔卯立耳⑥，所述帶孔榫耳板⑤和帶孔卯耳板⑥分別位于榫卯結(jié)合面的兩邊且通過螺栓⑦輔助固定錨固。

（6）根據(jù)集裝箱體鋼結(jié)構(gòu)的鋼龍骨框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)外形形式，榫卯連接件中的關(guān)鍵特征是：所述榫頭龍骨骨架和榫槽龍骨骨架在連接前分別可以在工廠制造過程中焊接于集裝箱體骨架的鋼構(gòu)件一⑧和鋼構(gòu)件二⑨上。

工廠加工時(shí)的集裝箱體骨架安裝形式如圖3所示，可以在鋼結(jié)構(gòu)制造廠商處完成?，F(xiàn)場的連接，可以大大減少承重結(jié)構(gòu)體系螺栓連接和焊接的現(xiàn)場安裝時(shí)間，進(jìn)一步加快完成施工現(xiàn)場作業(yè)。

此種連接方式于2017年河海大學(xué)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)的已作過相應(yīng)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)測試。從結(jié)構(gòu)的的可靠性上是可以滿足應(yīng)急公共建筑的承力要求。并且錨固件的制造方便，在鋼結(jié)構(gòu)加工廠商制造集裝箱龍骨的過程中，只需要增加型鋼構(gòu)件的端部沖壓、切割和打磨工藝，就可在工廠完成榫卯接頭的制造，為應(yīng)急建筑工程的現(xiàn)場安裝節(jié)約更多的施工時(shí)間。

2 優(yōu)化防水施工措施

2020年2月火神山醫(yī)院B1病區(qū)-女更衣通道部分出現(xiàn)了嚴(yán)重的漏水。出現(xiàn)漏水現(xiàn)象是一個(gè)擺在所有工程建設(shè)人員面前的一個(gè)難題。從結(jié)構(gòu)形式上集裝箱式活動(dòng)板房結(jié)構(gòu)簡易，漏水的部位可以從視頻上看到是發(fā)生在連接通道上。也就是說明本次的漏水情況主要是出現(xiàn)在集裝箱體之間的連接部位，而集裝箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒有出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。加上武漢2020年2月14—15日的強(qiáng)降雨［2］，遇見了強(qiáng)降水后簡易的集裝箱結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象。這個(gè)可以避免嗎？答案是肯定的，可以從結(jié)構(gòu)內(nèi)部的防水作出優(yōu)化。

見圖4雷神山醫(yī)院土木完成場景所示，工程的屋面多數(shù)采用雙層彩鋼集裝箱體平屋頂。此種屋頂在施工期間，平屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)對(duì)集裝箱體的現(xiàn)場安裝有施工的便利，在集裝箱安裝過程中，可以對(duì)1樓和2樓的集裝箱體進(jìn)行換裝安裝，集裝箱體樓層安裝的限制減小。但平屋頂?shù)姆浪Ч值拖?，大量的水體在樓層屋面囤積，一旦出現(xiàn)極端惡劣天氣，在暴雨的情況中降水量加大，屋面的水體無法從檐口位置快速排出，頂部屋面和墻體立面的安裝預(yù)留各種管道洞口和排氣預(yù)留洞口等薄弱部位會(huì)在邊部產(chǎn)生滲水現(xiàn)象。而在安裝過程中集裝箱體的屋面板位置的細(xì)部變形和碰撞造成的微小裂紋，也會(huì)在這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生滲水現(xiàn)象。

解決漏水問題，可以采用中式建筑的坡屋頂?shù)淖龇?。具體作法：

（1）如圖5所示，在集裝箱體標(biāo)準(zhǔn)件上加一層雙層實(shí)心彩鋼板屋面蓋板，屋蓋板采用單向找坡方式，坡度大于5%。實(shí)心彩鋼板內(nèi)部采用阻燃聚乙烯板材填充，在聚乙烯板材的填充空隙部位加入環(huán)氧樹脂和液體發(fā)泡材料使填充物飽滿，阻擋水體從屋蓋板內(nèi)部進(jìn)入屋面板的空間。

（2）在屋蓋板的邊部采用檐口邊部加長的方式，向集裝箱體立向墻面外側(cè)面延長500 mm，阻擋暴雨天氣下墻體側(cè)向邊部的漏水現(xiàn)象。

（3）屋蓋板連接縫采用契口連接，契口凹凸長度大于50 mm。連接部位的接縫位置，在水平面與集裝箱體的的對(duì)接連接位置采用錯(cuò)縫搭接連接方式，縱軸方向錯(cuò)縫500 mm，橫軸方向錯(cuò)縫250 mm。接縫位置采用防水膠條內(nèi)層防水，外層包裹止水鋼蓋板。從連接位置上最大程度阻止屋面水從接縫侵入。

（4）鋼蓋板在鋼結(jié)構(gòu)工廠安裝到集裝箱體屋面板上，現(xiàn)場安裝時(shí)隨下部集裝箱體標(biāo)準(zhǔn)件同時(shí)安裝。現(xiàn)場施工時(shí)不需要增加屋面蓋板安裝施工工藝，從而不會(huì)增加現(xiàn)場作業(yè)時(shí)間，工廠方面可以采用多家鋼結(jié)構(gòu)廠商分區(qū)段加工的方式減少集裝箱體工序增加而帶來的制造時(shí)間。

（5）工廠安裝時(shí)采用全站儀定位，BIM軟件預(yù)拼裝的方式，防止現(xiàn)場安裝的尺寸偏差。在工廠預(yù)拼裝完成后對(duì)加裝了屋蓋板的集裝箱體進(jìn)行相應(yīng)編號(hào)和繪制集裝箱體標(biāo)準(zhǔn)件深化圖，使其在現(xiàn)場吊裝的過程中，安裝作業(yè)人員可以根據(jù)深化圖上的構(gòu)件標(biāo)號(hào)，對(duì)集裝箱體進(jìn)行排序化安裝。

（6）單個(gè)集裝箱本身就是透氣的，而且頂部帶淌水坡度，倘若是多個(gè)集裝箱成組，那么頂部必須考慮到透氣。可以這樣做：在集裝箱的拼接縫處加裝拼箱膠條，避免滲漏，最后在拼湊處加裝透氣蓋板，可以杜絕漏水。

通過上述方式對(duì)屋面防水構(gòu)造形式進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，現(xiàn)場防水安裝的施工時(shí)間不會(huì)增加，屋面蓋板在工廠加工期間加入相應(yīng)的加裝工藝，工廠加工難度加大，加工工期延長可以通過增加加工廠數(shù)量彌補(bǔ)，從而使總工期不會(huì)在工廠加工區(qū)間被拖延。采用全站儀測量、BIM預(yù)拼裝、構(gòu)件編號(hào)、深化圖指導(dǎo)等手段，減少工廠加工時(shí)間，優(yōu)化了集裝箱細(xì)部尺寸，提高了現(xiàn)場作業(yè)安裝的精度，施工場地的空間得到了進(jìn)一步優(yōu)化。采用加設(shè)坡屋面蓋板的構(gòu)造形式進(jìn)行防水，使集裝箱體的外部的防水效果得到明顯提升，屋面積水的問題可基本解決。雙層屋面的形式也增加建筑物頂部的防水層數(shù)，剛?cè)岵?jì)的多層復(fù)合式防水空間形成。使應(yīng)急快速建筑在各類極端天氣下產(chǎn)生漏水現(xiàn)象的可能性極大地降低。

通過上述優(yōu)化優(yōu)化屋面防水構(gòu)造形式，即使集裝箱體輕鋼結(jié)構(gòu)本體構(gòu)造簡易，也能大大減少應(yīng)急公共建筑的漏水現(xiàn)象。從而使應(yīng)急建筑物的后期使用功能和使用時(shí)間得到提升與保障。

參考文獻(xiàn)

［1］ 張勤，李三亞，王娜，等.一種鋼結(jié)構(gòu)榫卯連接件的制作方法［R］. 建筑材料工具的制造及其制品處理技術(shù)， 2017. 1-3.

［2］ 吳磊.武漢城建局回應(yīng)“網(wǎng)傳火神山醫(yī)院漏水”：是雷神山尚未交付使用的病區(qū)［N/OL］.觀察者網(wǎng)，2020.2-6.https：//www.guancha.cn/politics/2020-02-15 S36533.shtm/