模塊化施工在建筑工程中的應(yīng)用

陸友平

目前，在建筑行業(yè)中興起了模塊化施工模式。該施工模式能夠最大限度節(jié)約施工成本，保證工程項(xiàng)目在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，而且不會(huì)給周邊環(huán)境造成惡劣的影響，因此具有廣闊的發(fā)展前景。但是模塊化施工技術(shù)還存在一些弊端，需要開(kāi)展深入的研究工作，從而更好的為建筑行業(yè)的發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。

1 模塊化施工的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)施工方式存在對(duì)天氣情況的依賴(lài)性較強(qiáng)、建材運(yùn)輸對(duì)環(huán)境影響大、施工產(chǎn)生的粉塵對(duì)空氣污染大以及施工精度不可控等問(wèn)題，采用模塊化施工都可以得到很大改善。模塊化施工可以節(jié)約成本、大幅縮短施工工期、改善居住環(huán)境和減少環(huán)境污染[1]。

1.1 節(jié)約成本

人工費(fèi)大約占整個(gè)建筑工程成本的1/5，模塊化施工在建造階段可以節(jié)約大量的工期。由于其建造周期短，使得建造過(guò)程中的不可控成本和資金成本大大降低。從經(jīng)濟(jì)成本考慮，模塊化施工的大部分工作都是在工廠制作完成的，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)場(chǎng)施工，極大地控制了成本[2]。

1.2 縮短工期

模塊化施工最大優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行平行施工，模塊的預(yù)制可以和場(chǎng)地平整等前期工作同時(shí)開(kāi)展。施工現(xiàn)場(chǎng)的工作還未完成，模塊就已經(jīng)運(yùn)達(dá)，大大縮短了整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)工期，提高了工作效率。

1.3 改善居住環(huán)境

在高效使用模塊化施工技術(shù)后，大量工作都是在模塊預(yù)制廠完成。模塊出廠時(shí)可以進(jìn)行全方位的安全和質(zhì)量檢測(cè)，將有毒物質(zhì)清除干凈，能夠有效保障模塊的安全性，對(duì)提高居住環(huán)境可以起到良性的作用。另外，在工廠完成模塊化施工任務(wù)，大大加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的可控性。

1.4 減少環(huán)境污染

傳統(tǒng)施工模式會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾，還會(huì)造成粉塵、噪聲等污染，對(duì)環(huán)境影響很大。模塊化施工大部分工作都在工廠完成，無(wú)須露天作業(yè)，從而高效控制了各類(lèi)污染問(wèn)題，將對(duì)環(huán)境造成的影響降至最低。

2 模塊化施工的應(yīng)用方向

2.1 民用住宅

民用住宅在我國(guó)建筑市場(chǎng)中的占比很大，特別是在商品住宅方面。商品住宅雖然數(shù)量較多，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，模式變化不大，特別適合采用模塊化施工形式。基于模塊化施工的特點(diǎn)，可以將商品住宅分為標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)性化兩大類(lèi)型。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化類(lèi)型的住宅，其結(jié)構(gòu)和樣式基本一致，開(kāi)發(fā)商可以選擇合適的樣式進(jìn)行建造。對(duì)于喜歡多樣性的業(yè)主，開(kāi)發(fā)商可以讓其與設(shè)計(jì)單位溝通設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的建筑，打造個(gè)性化商品住宅。

2.2 應(yīng)急救災(zāi)建筑

應(yīng)急救災(zāi)建筑對(duì)建筑速度有著極高的要求，傳統(tǒng)施工方式并不適用。而模塊化施工恰好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)施工方式進(jìn)度較慢的缺點(diǎn)，非常適合應(yīng)急救災(zāi)建筑工程，對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)能起到巨大的助力作用。在災(zāi)情出現(xiàn)后，第一時(shí)間就可以根據(jù)災(zāi)難強(qiáng)度、受災(zāi)情況以及傷亡人數(shù)等資料，確定救災(zāi)建筑的類(lèi)型、需求量和位置等基礎(chǔ)信息，由專(zhuān)門(mén)的部門(mén)匯總各類(lèi)信息，完成救災(zāi)建筑的方案[3]。

雷神山醫(yī)院于2020 年1 月24 日開(kāi)始建設(shè)，僅用10 d 時(shí)間就完成了主體結(jié)構(gòu)的建設(shè)，整個(gè)醫(yī)院在16 d 內(nèi)竣工并投入使用，這得益于模塊化施工的高效率特點(diǎn)。模塊化施工將建筑過(guò)程分解為多個(gè)模塊，每個(gè)模塊在工廠內(nèi)預(yù)制完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，大大節(jié)省了施工時(shí)間。在雷神山醫(yī)院的建設(shè)中，模塊化施工依賴(lài)于精確的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，考慮到醫(yī)院的功能需求和運(yùn)營(yíng)流程，將醫(yī)院劃分為不同的功能區(qū)域，并根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)了不同的模塊，包括病房模塊、醫(yī)療設(shè)備模塊和通風(fēng)系統(tǒng)模塊等。這些模塊在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)制，確保了每個(gè)模塊的質(zhì)量和準(zhǔn)確度。雷神山醫(yī)院的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，在應(yīng)對(duì)緊急情況和快速建設(shè)項(xiàng)目時(shí)，模塊化施工具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它可以提高施工速度和效率，確保質(zhì)量和安全，為緊急情況下的建設(shè)提供了可行的解決方案。同時(shí)，模塊化施工也具備可持續(xù)發(fā)展的潛力，能夠減少資源消耗和環(huán)境影響。

2.3 綠色環(huán)保型建筑

模塊化施工因其獨(dú)特的施工方式，在環(huán)境保護(hù)方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。一方面，由于模塊在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)施工會(huì)簡(jiǎn)便很多，大部分澆筑作業(yè)被取消，大大減少了噪聲污染和空氣污染等問(wèn)題。另一方面，建筑物的壽命周期可能達(dá)到了使用年限，但模塊不一定就到了報(bào)廢階段，一部分模塊還可以再次投入利用。而一些已經(jīng)達(dá)到年限的模塊可以在工廠分解成原料后，再加工處理成新模塊的制作原料。

3 我國(guó)模塊化施工的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 覆蓋面窄

我國(guó)的模塊化施工在酒店、公寓、醫(yī)院等建筑物上都取得了很大進(jìn)展，很多成功的模塊化施工案例都是酒店建筑，如湖南省長(zhǎng)沙市的新方舟賓館。受技術(shù)影響，我國(guó)的模塊化施工無(wú)法適用于設(shè)計(jì)比較復(fù)雜或者規(guī)模較大的建筑類(lèi)型，在建筑行業(yè)覆蓋率還很小，只是取得了小范圍的突破[4]。

3.2 缺乏民眾信任

由于模塊化施工的特殊性，其施工方法較傳統(tǒng)方法更加先進(jìn)，施工理念超前，而我國(guó)對(duì)于模塊化施工理念和技術(shù)的宣傳很少，導(dǎo)致普通民眾對(duì)模塊化施工質(zhì)量和安全產(chǎn)生疑慮。

3.3 技術(shù)匱乏

盡管模塊化施工在近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用和推廣，但仍然存在一些技術(shù)匱乏的問(wèn)題。

3.3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不完善

模塊化施工相對(duì)于傳統(tǒng)施工而言，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚未完善，在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)面臨質(zhì)量控制和監(jiān)督困難等問(wèn)題。

3.3.2 設(shè)計(jì)和制造能力有限

模塊化施工需要在工廠內(nèi)進(jìn)行模塊的設(shè)計(jì)和制造，但相關(guān)的設(shè)計(jì)和制造能力可能存在不足，導(dǎo)致模塊設(shè)計(jì)不夠靈活和個(gè)性化，制造過(guò)程中存在工藝和質(zhì)量問(wèn)題。

3.3.3 施工現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性差

模塊化施工需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模塊的組裝和安裝，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性可能存在不足?，F(xiàn)場(chǎng)條件的復(fù)雜性可能會(huì)對(duì)模塊的安裝和連接產(chǎn)生一定的挑戰(zhàn)，需要施工團(tuán)隊(duì)具備相應(yīng)的技能和經(jīng)驗(yàn)。

3.4 缺少完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)模塊化施工的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善。目前，我國(guó)從事模塊化施工的企業(yè)較少，模塊化施工在建筑市場(chǎng)中的占比也較小，再加上政府部門(mén)對(duì)模塊化施工的重視程度不夠，導(dǎo)致模塊化施工行業(yè)缺少完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)指導(dǎo)施工工作。

4 模塊化施工的具體管理控制過(guò)程

4.1 模塊化施工管理目標(biāo)

在模塊化施工中，很多問(wèn)題的出現(xiàn)往往不是因?yàn)榧夹g(shù)不夠，而是缺乏有效的管理制度。因此，要?jiǎng)?chuàng)建完善的施工管理體系，采取切實(shí)可行的管理方法，對(duì)模塊化施工的每個(gè)階段開(kāi)展高效的管理工作，保證施工質(zhì)量與施工要求一致。通過(guò)管理體系的建立，實(shí)現(xiàn)模塊化施工安全、高效、低錯(cuò)誤率、高質(zhì)量的作業(yè)目標(biāo)。

4.2 模塊化施工全過(guò)程管理

4.2.1 設(shè)計(jì)管理

模塊化施工設(shè)計(jì)階段任何1 個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致后期模塊的生產(chǎn)、安裝出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而造成成本增加、工期延長(zhǎng)等情況。在模塊化施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)科學(xué)開(kāi)展模塊劃分工作，定期進(jìn)行三維模型審核。設(shè)計(jì)院在三維模型30%、60%、90%階段邀請(qǐng)業(yè)主、模塊預(yù)制廠參加模型審查，確認(rèn)模塊劃分的合理性、可施工性、后期施工安全性以及運(yùn)行后的可維護(hù)性，減少后期變更數(shù)量，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4.2.2 模塊生產(chǎn)管理

模塊生產(chǎn)時(shí)，以模塊預(yù)制廠為核心，加入其他各部門(mén)人員組建1 支獨(dú)立的生產(chǎn)隊(duì)伍。該隊(duì)伍只負(fù)責(zé)現(xiàn)有工程模塊的生產(chǎn)工作，監(jiān)督指導(dǎo)模塊生產(chǎn)的全過(guò)程，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出解決方案，從生產(chǎn)上把控模塊的制造過(guò)程。

4.2.3 現(xiàn)場(chǎng)施工管理

模塊裝配工作由于平行施工作業(yè)面多、作業(yè)活動(dòng)頻繁，對(duì)于各項(xiàng)作業(yè)的安排必須極為詳細(xì)并且能夠快速作出調(diào)整，已應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的各種狀況。因此，可以通過(guò)劃分作業(yè)區(qū)域、制定作業(yè)計(jì)劃表和補(bǔ)救措施來(lái)管理施工現(xiàn)場(chǎng)。

4.3 模塊化施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理4.3.1 完善質(zhì)量保證體系

在模塊化施工過(guò)程中，必須要有一套完善的質(zhì)量保證體系，以便科學(xué)管控整個(gè)工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量。建立以項(xiàng)目經(jīng)理為核心，以設(shè)計(jì)經(jīng)理、模塊制作經(jīng)理、施工經(jīng)理和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)理為主干的項(xiàng)目部[5]。

出臺(tái)完善的施工質(zhì)量管理策略，優(yōu)化和升級(jí)管理方式，提升管理的實(shí)效性，并在實(shí)施過(guò)程中督促項(xiàng)目部全體人員嚴(yán)格、有效地按質(zhì)量計(jì)劃進(jìn)行檢查，具體步驟為：

1）建立質(zhì)量管理體系。建立模塊化施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管理體系是保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)。質(zhì)量管理體系應(yīng)包括質(zhì)量組織結(jié)構(gòu)、質(zhì)量職責(zé)和權(quán)限、質(zhì)量管理流程和程序等。通過(guò)建立科學(xué)的質(zhì)量管理體系，可以明確質(zhì)量管理的目標(biāo)和要求，確保施工質(zhì)量的穩(wěn)定性和可控性。

2）制定質(zhì)量控制計(jì)劃。在模塊化施工現(xiàn)場(chǎng)，需要制定詳細(xì)的質(zhì)量控制計(jì)劃，包括施工工序、檢測(cè)要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等。質(zhì)量控制計(jì)劃應(yīng)根據(jù)具體的施工過(guò)程和模塊化構(gòu)件的特點(diǎn)制定，確保每個(gè)工序的施工質(zhì)量符合要求。

3）施工工藝控制。模塊化施工過(guò)程中，需要對(duì)每個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，確保施工工藝的正確性和可操作性。施工工藝控制包括材料選用、工藝要求和施工方法等方面，通過(guò)嚴(yán)格的工藝控制可以保證模塊化構(gòu)件的質(zhì)量和安全。

4）質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)督。模塊化施工現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)督，包括原材料的檢測(cè)、施工工序的檢測(cè)和成品的檢測(cè)。質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行，通過(guò)檢測(cè)施工過(guò)程和成品及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決質(zhì)量問(wèn)題。

5）培訓(xùn)和技術(shù)支持。模塊化施工現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)工人進(jìn)行培訓(xùn)，提高他們的質(zhì)量意識(shí)和施工技能。同時(shí)，還需要提供相關(guān)的技術(shù)支持，解決施工中遇到的質(zhì)量問(wèn)題和技術(shù)難題，確保施工質(zhì)量。

6）不良事件處理和問(wèn)題解決。模塊化施工現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)一些不良事件或質(zhì)量問(wèn)題，要及時(shí)處理和解決。建立健全問(wèn)題反饋和解決機(jī)制，及時(shí)采取措施，解決施工中遇到的各類(lèi)問(wèn)題，確保模塊化建筑的質(zhì)量和安全。

4.3.2 嚴(yán)控檢驗(yàn)放行

在模塊制造階段，質(zhì)量檢查是關(guān)鍵。由于模塊施工時(shí)對(duì)誤差要求很高，在制造期間主要從預(yù)制廠和總承包方兩方面加強(qiáng)質(zhì)量管理。預(yù)制廠詳細(xì)記錄項(xiàng)目要求的各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果。例如，預(yù)制廠設(shè)置有專(zhuān)門(mén)的質(zhì)量檢驗(yàn)設(shè)施，便于檢驗(yàn)和探傷預(yù)制管段，保證產(chǎn)品質(zhì)量?？偝邪讲粌H需要對(duì)預(yù)制廠提交的文件質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，還需要在關(guān)鍵控制點(diǎn)派專(zhuān)人檢驗(yàn)，保證各環(huán)節(jié)質(zhì)量合格。另外，項(xiàng)目可派專(zhuān)人駐廠監(jiān)造，全程跟蹤控制模塊制造質(zhì)量。需要注意的是，監(jiān)造人員應(yīng)具有豐富的現(xiàn)場(chǎng)管理和監(jiān)督檢查經(jīng)驗(yàn)。

4.3.3 重點(diǎn)關(guān)注施工精度

施工精度指在模塊制造和組裝過(guò)程中，各個(gè)模塊的尺寸、位置和連接的精確度。在模塊化施工中，施工精度是關(guān)鍵性因素，主要包括4 個(gè)方面：

1）模塊制造精度。模塊化施工的首要任務(wù)是在工廠內(nèi)制造模塊，并確保每個(gè)模塊的尺寸和形狀符合設(shè)計(jì)要求。在模塊制造過(guò)程中，需要依靠先進(jìn)的加工設(shè)備和技術(shù)，如數(shù)控機(jī)床和激光切割，以確保模塊的制造精度。同時(shí)，制造過(guò)程中需要嚴(yán)格控制材料的質(zhì)量和工藝參數(shù)，以確保模塊的一致性和精確度。

2）模塊連接精度。模塊化施工的關(guān)鍵在于模塊的連接和組裝。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模塊組裝時(shí)，需要確保模塊之間的連接精確度，包括模塊的對(duì)齊、水平度和垂直度等方面。為了確保連接精度，可采用專(zhuān)業(yè)的定位工具和測(cè)量?jī)x器，如激光水平儀和測(cè)距儀，以提高連接的準(zhǔn)確性。

3）安裝精度。模塊化施工中，模塊的安裝位置和安裝方向的準(zhǔn)確性對(duì)于整個(gè)建筑的質(zhì)量和穩(wěn)定性具有重要影響。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模塊安裝時(shí)，需要依靠精確的測(cè)量和定位技術(shù)確保模塊安裝符合設(shè)計(jì)要求。另外，還需要注意模塊之間的間隙和密封性，以確保施工的質(zhì)量和安全性。

4）質(zhì)量控制和檢測(cè)。為了確保施工精度，模塊化施工需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測(cè)，主要包括對(duì)模塊制造和組裝過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控，如尺寸檢測(cè)、角度測(cè)量和接縫檢測(cè)等。同時(shí)，還需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量檢測(cè)和驗(yàn)收，以確保模塊的精度和安全性。

4.3.4 劃分區(qū)域安全

在施工現(xiàn)場(chǎng)模塊吊裝作業(yè)中，平行施工作業(yè)面多、作業(yè)活動(dòng)頻繁，而施工現(xiàn)場(chǎng)人員復(fù)雜、流動(dòng)性大，不同的作業(yè)人員會(huì)流動(dòng)到其他作業(yè)區(qū)域。因其不具備相應(yīng)的安全防護(hù)知識(shí)，很容易引發(fā)安全事故。因此，應(yīng)科學(xué)劃分作業(yè)施工區(qū)域，嚴(yán)格管理施工人員的施工活動(dòng)，將整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)劃分為各個(gè)施工區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行安全管理，將安全事故的發(fā)生概率降至最低。

4.3.5 建立安全評(píng)估制度

根據(jù)防護(hù)措施和安全漏洞的數(shù)量劃分安全等級(jí)，防護(hù)措施完善且沒(méi)有安全漏洞為綠色級(jí)，防護(hù)措施不到位、有安全漏洞視為紅色級(jí)。在管理施工現(xiàn)場(chǎng)的施工過(guò)程時(shí)，要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，通過(guò)檢查結(jié)果評(píng)定出安全等級(jí)，只有當(dāng)安全等級(jí)為綠色級(jí)時(shí)才能開(kāi)展當(dāng)天的作業(yè)。若安全等級(jí)為紅色級(jí)，則必須先進(jìn)行安全整治，完善安全措施且排除安全漏洞后才允許進(jìn)行施工作業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

模塊化施工是個(gè)新興的復(fù)雜技術(shù)，其在建筑行業(yè)中的應(yīng)用前景非常廣泛。特別是我國(guó)開(kāi)展模塊化施工的時(shí)間相對(duì)比較短，有待改進(jìn)的地方也非常多，需要采取切實(shí)可行的措施，不斷對(duì)模塊化施工過(guò)程開(kāi)展全面的研究，詳細(xì)的分析施工中存在的問(wèn)題，并提出有針對(duì)性的建議，以推動(dòng)該施工模式的快速發(fā)展。