铁路工程建设中的装配式房屋施工技术

潘伟

（中铁电气化局集团有限公司铁路工程公司，北京 100071）

1 装配式房屋实施情况

格库铁路新疆段线路长约708km，自青海新疆省界开始穿越阿尔金山脉，一路穿过罗布泊无人区、沿塔克拉玛干沙漠边缘一直到天山南麓库尔勒市，沿途自然环境恶劣、人烟稀少、交通不便。为了解决现场施工难题，乌鲁木齐铁路局提出改变传统模式，采用装配式房屋，在铁路行业属于首次。

铁一院设计了本项目中装配式房屋技术方案，构件包括梁、柱、轻质墙板、剪力墙、楼板、楼梯、雨蓬、女儿墙等，其中区间基站采用剪力墙结构，信号运转综合楼、宿舍楼等采用框架结构。

本项目依照下列顺序完成：房屋构件工厂集中预制、铁路运输至工点、现场机械化安装。根据格库铁路新疆段沿线状况及总体工期安排，在库尔勒库东货场新建了一座标准装配式房屋预制构件厂；工期安排上，先预制设备房屋（基站、信号楼）构件，后预制生活办公房屋（宿舍楼）构件；根据各工点施工安排，分批通过工程线用火车将构件运输至现场进行安装。

格库铁路新疆段已于2020年12月9日全线开通运营，过程中，装配式房屋从2018年11月开始建设集中预制厂，2019年4月开始生产构件，2019年10月预制完成，2020年4月运输完成，2020年6月安装完成，整体工期可控。

2 装配式房屋的特征分析

（1）节约能源：虽然我国建筑行业正在迅猛发展，但相较于发达国家仍有差距，仅在节约资源层面来说，建筑耗能如钢筋、水泥是发达国家的数倍。正因为存在大量的耗能，影响我国建筑行业的可持续发展。装配式房屋施工技术可以解决这个问题，通过设计优化，采取集中预制生产，现场机械化安装，尽可能减少钢材、水泥等损耗，同时减少了清运废弃物、现场养护混凝土及钢管支架、模板等过程。

（2）节约建筑成本：装配式结构最明显的优势是缩短工期，以此进一步降低建筑工程造价。还能解决因劳动力成本增加而引发的建筑成本增加问题，施工过程中减少对模板等相关材料的使用。装配式结构在降低成本的同时提升了施工单位的经济效益。对装配式房屋建筑施工技术展开深层研究，能够促进建筑企业的进步。本项目因未实现规模化，建厂、周转料等均为一次性投入，经济效益未达到预期。

（3）缩短建筑工期：采用装配式结构，集中预制、运输，分批安装，对现场作业要求低，减少了现场大部分工序，通过搭积木的形式缩减了分项工程减少工期。在装饰房屋的过程中能同时进行其他工程，进一步缩短了工期。

（4）确保建筑工程质量：利用装配式房屋建筑施工技术时，房屋结构的质量最终取决于各个构件的质量，构件在工厂流水线集中预制，通过信息化管理手段及完善的质量控制体系控制，质量更优。

（5）环保：相对于现浇混凝土结构施工，装配式结构减少了现场的湿作业内容，减少了建筑垃圾及废水排放，环保效果明显。

3 装配式房屋的结构分类及特点

我国目前装配式建筑分类主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等，但在铁路工程实践中，因功能性较强、工点分散、线路多处偏远山区等，目前应用较多的仅有钢结构建筑，如仓库、雨棚、站房等，装配式混凝土结构尚未推广。

3.1 轻钢结构

在低层或者单层装配式房屋中，如厂房、车间或者挡雨棚一般会采用轻钢结构，连接方式多为螺栓和焊接。墙体多为复合板材，如彩钢、欧松板以及硅酸盖板，该材料具有高抗震性、安装具有便捷性，但缺点是隔音、防火、隔热以及防潮较一般。但是在铁路沿线的站房等设备要求具有防火和隔声的功能。

3.2 预制钢筋混凝土结构

在传统多层或高层的装配式房屋中最常用到的是预制钢筋混凝土结构，该结构自重大且具有较强的承载力。构件一般均在工厂预制，利用湿接法或干法方式连接框架、梁、柱和墙体。湿连接的优点是提升了节点现浇后建筑结构自身的抗震性，但是由于工序较复杂导致结构成型速度减缓。干连接的优点是安装步骤简单，符合建筑工业化的要求，但是自身抗震性、延性和恢复能力比较低。

本项目房屋采用预制钢筋混凝土结构，综合了湿接法与干法连接的特点：框架结构的梁、柱，剪力墙结构的墙板等受力结构采用湿接法；轻型外挂板、内墙板等非承重结构采用干法连接。

4 优化方案设计

4.1 结构设计

装配式房屋和传统建筑有两个重要的区别：①传统建筑更多的是对功能的追求，但是装配式房屋进一步考量了工厂化生产和装配式施工两个内容。在设计装配式房屋时，其开间模数、门窗洞口的大小都要加以重视，对结构构件更深层次的拆分后共有梁、柱、楼板、墙板等标准化构件，确定构件的尺寸时要结合工程自身的成本、现场吊装能力和运输等。等预制构件的类型达到模式化和标准化后，构件的生产能力将有相当大的提高；②装配式房屋自身工业化的特点使不同工点房屋也能使用同种构件模块，且此时模板、工装工具等能循环使用。因此，如果建筑面积较大、结构标准统一时，尽量选择以装配式的方式施工。

4.2 优化构件类型

本文所涉及的项目结构较烦琐，如宿舍楼和信号楼之间不同的构件模板即柱、梁、外墙挂板等都不同。在信号楼中，单个信号楼通常会预制21根柱，有3种不同长度，主筋出筋间距有14种；内墙板按照尺寸分为26种，共会用到216块，如果按照预埋分类则共有89种；外墙挂板按照尺寸分为8种，共会用到48块，L型墙板的生产无法在PC线上完成。宿舍楼房屋共有两层，其中层高和预埋存在较大差异，其构件比信号楼更加复杂。宿舍楼所用到的叠合板、预制柱按照尺寸共分为15类、5类，其中预制柱按照主筋出筋间距分为18种；在所需构件自身类型多、而不同类型自身的构建模型也较多时，为了符合构件的生产效率，需要提升模具的数量。在这种情况下，增加了模具设计、使用难度，还使成本不当增加。所以，必须不断优化设计方案，统一构件的尺寸和类型。

4.3 优化配筋

梁、柱两处的支座节点有大量的钢筋，连接安装的难度会进一步增大。计算配筋率时一般依据设计院的施工图，比如阿尔金山信号楼预制柱配筋率、预制梁配筋率、外挂板配筋率和叠合板配筋率分别455.32kg/m3、260.56kg/m3、219.67kg/m3和156.22kg/m3。相较于普通住宅，该项目设备房屋配筋率比较大。

在设计房屋的过程中，为了让铁路房屋标准符合要求，首先要保持配筋率的值较低。依据项目自身的生产和安装详情，小梁、柱钢筋直径或钢筋密集度可通过大直径主筋和低配筋率两个途径降低，此时有利于避免钢筋碰撞意外事故，最终降低安装成本。

4.4 连接节点优化

（1）框架梁钢筋连接优化为分体式双螺旋套筒，解决了原设计直螺纹套筒无法保证构件顺利安装情况。

（2）预制梁端钢筋锚固优化为锚固板连接，解决了梁端锚固钢筋为弯起钢筋时构件生产时无法安装端模板的问题。

（3）原设计框梁与次梁连接点为预留凹槽、现场浇筑方式，为了方便生产以及成品保护，优化为主梁甩筋和次梁分体套筒连接。

5 工程线运输

本项目线路长约708km，大部分工点在沙漠戈壁无人区，修筑便道难度大，且公路运输对构件成品保护不利、成本高。采用工程线火车运输构件效率高，一次运量大，可以控制运输成本。本项目全线房屋预制构件，采用工程线运输20次完成。

6 建议引入BIM技术

BIM技术将建筑工程项目所有参与方的数据信息整合在一起，形成一个数据平台。由于采用了三维建筑设计方式，该方法能够将整个工程的构件、连接方式、管线排布甚至整个全貌展现出来，设计师能更好地把握整个项目的设计步骤，大幅提升设计效率。BIM技术将项目各个部门的所有数据信息整合在一起，其中BIM模型的本质便是数据集成模型[1]。

装配式房屋所用到的构件、部品以及配件均采用工厂化生产，整个建筑整体是利用机械化、信息化的装配式技术安装，其中的配件为毫米级，组装的要求比较高。

“精密建造”是建筑工业化的要求之一，为此在设计、加工、装配等方面都要达到精密化的程度。BIM技术在设计和施工上都能满足精密化的要求。

新型装配式房屋具有系统化和集成化两个特点，系统化包括了五个方面，即设计、生产、施工、装修以及管理，不同于传统建筑中所追求的装配化。新型建筑工业化有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修以及信息化管理等特征。

“集成”是装配式房屋的核心，而“集成”的主线是BIM，通过数字化的方式对串联设计、生产、施工、装修和管理展开仿真模拟，以信息化的方式描述系统要素，最终实现可视化装配。

BIM技术作为一个信息共享的平台，该平台被所有设计工程师所利用，建模、修改能共同展开，实现共享信息。如果有的专业设计出现差错或者有需要改进的地方，其他专业能通过共享的信息修改。而且，针对同一平台，各个专业设计师的分工不同，在严格遵守设计标准和原则的基础上，大大提升设计精度和效率。

很多沿线偏远地带会布置铁路配套建筑设施，如信号中继站、站房、通信基站、车站、执勤岗亭和变电所等相关设施规模要一致，而且结构设计也要统一，为了减少设计成本和模数的使用数量，整体线路的同一设施的设计要一致。

综上所述，可知铁路行业的主要发展方向是规模一致化、结构整体统一化设计和构件预制化、构件连接方式。

7 结语

装配式建筑具有两方面的优点：①降低铁路建筑设施的建设难度；②提升铁路建设的工作效率。面对国内用工成本逐年上升、“以人为本”改善作业环境的需要以及环保的要求等，装配式建筑将越来越多的应用于铁路房屋。