装配式模块化箱型建筑在国家应急管理体系中的应用

刘锋

【摘要】装配式模块化箱型建筑作为装配式建筑中比较独特的建筑结构形式之一，具有较高的预制率和装配率，且具有良好的经济性能和环保性能等特点。本文通过介绍打包式轻钢箱房在济宁市公共卫生应急服务中心项目中的应用，探索出装配式模块化建筑助力构建国家应急管理体系的发展前景，并指明装配式模块化箱型建筑是我国建筑业未来的发展趋势之一。

【关键词】装配式;模块化;箱型建筑;应急管理

我国目前正处于城镇化、城市化快速发展的历史时期，传统建筑业的发展都是建立在对资源大量消耗的基础上，用资源换取效益，不仅在建造过程中要耗费大量的人力物力，而且造成环境污染[1]。随着我国绿色环保节能要求不断提高，装配式建筑因其绿色环保、施工速度快等优点成为我国建筑业转型的方向。装配式建筑发展初期，形式较为单一，随着设计师不断进行尝试探索，增加其灵活多样性，装配式建筑应用不断成熟，达到批量建造和形式多样的要求。在现有装配式建筑模式中，装配式模块化箱型建筑是其中较为独特的一类，同时也是预制化和装配化程度较高的一类装配式建筑[2]，非常符合国家应急服务项目急需尽快投入使用、预期使用期较短的要求。

1.装配式模块化箱型建筑在国家应急服务项目中应用的必要性

应急服务项目的建造要求高、设计和建造周期短，常规的土建施工流程难以满足要求。常规的土建施工程序通常由上至下逐层施工，封顶后再进行围护结构、设备管线等的施工，待屋顶和外墙封闭后方可展开室内装修工作。在这种情况下往往需要前一步工序完全结束后才可进行后一项工序，这种建筑方式施工周期长且灵活性差，前期准备工作复杂。而装配式模块化箱型建筑的设计建造方式则与之不同。它以一个房间为基本单元，在结构和构造上相对独立，不同系统之间的尺寸误差不会影响建筑施工的完成度和整体使用，同时也可以在现场并行施工，将常规串联式的工序流程变为并联式，大大缩短建造时间[3]。

综合考虑国家应急服务项目的用途和紧迫工期要求，采用装配式模块化箱型建筑可以最大程度地满足需求，并充分体现装配式建筑“轻、好、快、省、节能环保”的优点。

2.工程案例

2.1工程概况

新型冠状病毒疫情来势汹汹，为缓解医疗资源紧缺问题，济宁市新冠病毒感染肺炎疫情处置工作领导小组（指挥部）成立了由住建、卫健和任城区等部门组成的济宁市建设指挥部，紧急启动市公共卫生应急服务中心项目建设。项目位于济宁市任城区二十里铺街道后屯村附近，占地约120亩，一期建设面积约8700余平方米，设立临时应急救治隔离病区床位100张，配套建设发热门诊、辅助科室、消毒供应室、污水处理站、工作人员生活区等。

2.2装配式模块化箱型建筑体系

2.2.1箱体的尺寸选型

工业化生产装配式模块化建筑时，建筑模块的类型和尺寸种类应尽可能少，通过基本模块的相互组合创造出所需的建筑空间，这有利于提高生产效率，节约成本。箱型模块化建筑的结构尺寸选型受到模块运输车辆的限制，对模块单元尺寸的一般要求为：允许最大宽度为2.5m至4.5m（实际情况允许可以适当增加）;最大高度通常应小于4.2m[4]。同时，型材的定尺长度通常为 6m、9m、12m，最省料的方式是选择满足型材长度倍数的尺寸，充分利用长度分割型材。

综合考虑建筑设计参数、材料的尺寸规格、交通运输的最高限制和施工工艺等方面的因素，在本应急服务中心项目当中，大多数建筑模块采用统一的模数体系，参考《欧洲钢结构设计指南》选定整体尺寸为3000mm×3000mm×6000mm的特殊型钢构件通过焊接制作而成的柱承重式轻钢模块化箱体，箱与箱之间通过螺栓连接而成。此模块尺寸符合物流运输的规定，经过拼箱也可以满足各种使用空间的要求，且箱体的长宽尺寸具有模数关系，利于拼接组合成各种需要的功能空间。

2.2.2模块单元结构体系

本项目采用以钢结构作为受力结构，角柱为主体承重构件的结构体系，在模块的顶梁框架与底梁框架中间用立柱支撑，模块的四根角柱用于承担建筑的全部竖向荷载，如图2所示。其优势在于可以根据空间功能将模块单元一个或多个面进行完全开放，从而创建出更大的开放式空间。

此外，本项目采用的是打包式轻钢箱房，即可将箱体内部空间压缩打包运输，是一种可拆卸角柱承重体系。箱体的顶板和底板均是在工厂整体预制生产，门窗等部件也在工厂与墙体复合为一体，在运输时，顶板与底板由四角的四根小短柱连接，中间的空间用来放置箱体的墙板[5]，大大节省了运输空间，提升了运输效率，节省了成本。在施工现场进行安装时，先拼装成箱体之后再与其他箱体拼接组合，如图3所示。箱体的角柱与顶板底板间通过螺栓进行连接，安装方便快捷，对位后将配套的螺栓拧上即可。打包式轻钢箱体可以缩减运输成本，受运输条件制约较少，常被用于临建产品或紧急用房，也是我国模块化建筑的发展方向。

2.2.3箱体的组合形式

模块建筑通常不是以模块单元个体的形式存在的，通过多个箱体进行组合设计可以扩展使用空间，满足不同的功能需求。一般可以将箱体模块化组合分为串联、并联、错位、相交、悬挑等方式进行组合[6]。

本项目主要采用的是重复箱体并联和串联组合形式，并联是指多个同模数或者同类型的箱体在水平或垂直方向上并列排布，使得多个箱体单元组合成整齐划一的建筑体，重复单元箱体的每个单元都是独立的空间。串联是指将多个箱体进行空间组合，以获得不同形状、不同大小的建筑空间。要求箱體之间紧密接触，通过侧墙开洞、移除整面或部分侧墙等方式打通接触面，使空间联通，解决空间局限的问题[7]。

在进行由几十上百个模块组成的大规模建筑的组合设计时，还需要从宏观的角度进行空间组织。本项目采用了通过内外走廊串联重复单元箱体的方式，这是模块建筑组合设计中经常采用的方式，其特点是用一条长走道串联一系列并列排布的箱体，而箱体间一般无直接的联系，用走廊串联模块箱体，使各功能区既相对独立，又联系通畅。

3.装配式模块化箱型建筑的特点

3.1优势分析

装配式模块化箱型建筑又称为盒子建筑，是一种把单个房间作为预制构件，每个盒子单元的外墙板和内部装修均在工厂预制后运到现场进行安装的一种建筑结构[8]，与传统建筑结构相比非常适合作为临建产品或医院等领域的紧急用房，有如下优点：

一是运输方便，直接在工厂预制生产好各个构件，到现场即可直接拼装，能灵活地运用在一些紧急突发情况当中;二是坚固耐用，抗震、抗变形能力均较强，具有很强的保温、防风、防雪、防火、抗震、抗压等性能;三是具备隔热、防潮、防水等性能，且密封性能好，严格的制造工艺使得其可以很好地应用于传染病医院等领域;四是活动房基于标准钢材底盘之上，稳定且牢固，可衍生出许多组合空间;五是具有较强的便捷性，通体由钢制材料组成，布局灵活、拆装方便、移动便捷，作为临时住所不用在当地大动干戈;六是较为环保，重量轻，房屋为整体结构，内置框架，钢板即为房屋墙体，可整体迁移，使用寿命可达20年以上[9]。能有效地回收和再利用，对周边的环境污染少;七是具有良好的经济性，工厂大规模制造而成，减少了人力成本，材料浪费更少。设计施工的时间缩短，这也意味着更快的资金回流。

3.2劣势分析

由于装配式模块化箱型建筑的各构件均为工厂化生产，故其尺寸大小具有局限性，如果工程中需要稍大尺度的空间就需要进行拼接，拼接处防水性较差，需进行维护。在隔声方面，钢材远没有混凝土材质的隔声性能强。同样，钢材的耐火性能也比较差，温度大于600℃时，钢结构会产生变形严重时甚至会融化。在受力方面，装配式模块化箱型建筑的整体抗侧移刚度较差，无法应用于高层建筑，故其容积率较低[4]。此类箱体工业化程度很高，对厂家的设备要求也较高，前期投入成本较高。

综合以上因素，在选择装配式模块化箱型建筑时也需要进行慎重考虑。

4.装配式模块化箱型建筑在应急管理体系中的应用展望

装配式模块化建筑在我国仍处于萌芽发展阶段，但是呈现出兴起的趋势。一方面国家推动装配式建筑的发展应用，出台一系列的相关政策。引导企业开展应急和特殊需求产品研发，在税收、定向采购储备和研发支持等方面采用多种手段鼓励企业将应急集成建筑需求和平时市场需求有机统一，使得开发商及消费者对可重复利用的装配式模块化建筑产生了浓厚的兴趣;另一方面，地震灾害、疫情灾害等的发生，需要为灾民迅速重建庇护场所以及快速修建应急服务项目，均对模块化建筑具有强烈的需求;一些生态环境保护区也期待提供一种对生态破坏力小的建造方式修建质量较高的居住场所[5]。以上需求均為装配式模块化建筑在我国的发展奠定了良好的基础。装配式建筑行业应该围绕国家应急管理体系建设需求，调整自身产业结构，深挖市场和政府需求，推动产业链集群式发展，助力构建国家应急管理体系。

5.总结

装配式建筑目前正在我国大力推广之中，但仍处于探索起步阶段。装配式模块化箱型建筑作为装配式建筑中比较独特的建筑结构形式之一，以一个房间为基本单元，具有施工简便、连接可靠、绿色环保、成本较低、周转方便、预制率和装配率均较高等特点。其作为营造管理空间的新型手段，为低碳建筑的发展打开了一扇新的窗户，为国家应急管理体系建设提供了一条新的途径。在我国当前大力推广装配式建筑及相关政策、标准越来越完善的背景下，装配式模块化箱型建筑符合我国建筑业未来的发展方向，只需要进一步加强研究，装配式模块化箱型建筑便能够在中国取得更好的发展，拥有更加广阔的应用空间。

参考文献

[1]石磊.模块化集装箱式钢结构建筑在军营建设中的应用研究探讨[D].太原：太原理工大学，2017.

[2]高增俊.装配式模块化箱型建筑综述[J].城市住宅，2019（01）：12-16.

[3]孙菁芬，陈晓娟，解丹，等.模块化装配式设计建造可持续建筑[J].生态城市与绿色建筑，2015（02）：48-53.

[4]王炜.多层箱式模块化建筑受力性能和设计方法的研究[D].西安：西安建筑科技大学，2017.

[5]李垚.钢结构模块建筑建造技术和空间设计研究[D].重庆：重庆大学，2017.

[6]满疏桐，李盛伟，邵荣辉，等.基于绿色建筑背景下的集装箱建筑的应用研究[J].建筑技术开发，2020，47（03）：45-46.

[7]方珍珍.基于绿色理念下的集装箱住宅改造设计研究[D].苏州：苏州大学，2016.

[8]赵红瑞，张正宇.浅析集装箱建筑的特点以及未来的发展展望[J].建筑科学，2014，（13）：205-206.

[9]苏锰，高敏.基于集装箱模块化建筑的旧厂房改造和再利用[J].工业建筑，2020，50（01）：75-79.