模块化施工在建筑工程中的应用

2023-08-27陆友平

中国建筑装饰装修 2023年14期

陆友平

目前，在建筑行业中兴起了模块化施工模式。该施工模式能够最大限度节约施工成本，保证工程项目在规定时间内完成，而且不会给周边环境造成恶劣的影响，因此具有广阔的发展前景。但是模块化施工技术还存在一些弊端，需要开展深入的研究工作，从而更好的为建筑行业的发展做出突出贡献。

1 模块化施工的优势

传统施工方式存在对天气情况的依赖性较强、建材运输对环境影响大、施工产生的粉尘对空气污染大以及施工精度不可控等问题，采用模块化施工都可以得到很大改善。模块化施工可以节约成本、大幅缩短施工工期、改善居住环境和减少环境污染[1]。

1.1 节约成本

人工费大约占整个建筑工程成本的1/5，模块化施工在建造阶段可以节约大量的工期。由于其建造周期短，使得建造过程中的不可控成本和资金成本大大降低。从经济成本考虑，模块化施工的大部分工作都是在工厂制作完成的，效率远远高于现场施工，极大地控制了成本[2]。

1.2 缩短工期

模块化施工最大优点是能进行平行施工，模块的预制可以和场地平整等前期工作同时开展。施工现场的工作还未完成，模块就已经运达，大大缩短了整个项目的建设工期，提高了工作效率。

1.3 改善居住环境

在高效使用模块化施工技术后，大量工作都是在模块预制厂完成。模块出厂时可以进行全方位的安全和质量检测，将有毒物质清除干净，能够有效保障模块的安全性，对提高居住环境可以起到良性的作用。另外，在工厂完成模块化施工任务，大大加强了现场作业的可控性。

1.4 减少环境污染

传统施工模式会产生大量的建筑垃圾，还会造成粉尘、噪声等污染，对环境影响很大。模块化施工大部分工作都在工厂完成，无须露天作业，从而高效控制了各类污染问题，将对环境造成的影响降至最低。

2 模块化施工的应用方向

2.1 民用住宅

民用住宅在我国建筑市场中的占比很大，特别是在商品住宅方面。商品住宅虽然数量较多，但结构简单，体积较小，模式变化不大，特别适合采用模块化施工形式。基于模块化施工的特点，可以将商品住宅分为标准化与个性化两大类型。对于标准化类型的住宅，其结构和样式基本一致，开发商可以选择合适的样式进行建造。对于喜欢多样性的业主，开发商可以让其与设计单位沟通设计出满足要求的建筑，打造个性化商品住宅。

2.2 应急救灾建筑

应急救灾建筑对建筑速度有着极高的要求，传统施工方式并不适用。而模块化施工恰好弥补了传统施工方式进度较慢的缺点，非常适合应急救灾建筑工程，对抢险救灾能起到巨大的助力作用。在灾情出现后，第一时间就可以根据灾难强度、受灾情况以及伤亡人数等资料，确定救灾建筑的类型、需求量和位置等基础信息，由专门的部门汇总各类信息，完成救灾建筑的方案[3]。

雷神山医院于2020 年1 月24 日开始建设，仅用10 d 时间就完成了主体结构的建设，整个医院在16 d 内竣工并投入使用，这得益于模块化施工的高效率特点。模块化施工将建筑过程分解为多个模块，每个模块在工厂内预制完成后进行现场组装，大大节省了施工时间。在雷神山医院的建设中，模块化施工依赖于精确的规划和设计。在规划设计阶段，考虑到医院的功能需求和运营流程，将医院划分为不同的功能区域，并根据实际需要设计了不同的模块，包括病房模块、医疗设备模块和通风系统模块等。这些模块在工厂内进行预制，确保了每个模块的质量和准确度。雷神山医院的建设经验表明，在应对紧急情况和快速建设项目时，模块化施工具有明显的优势。它可以提高施工速度和效率，确保质量和安全，为紧急情况下的建设提供了可行的解决方案。同时，模块化施工也具备可持续发展的潜力，能够减少资源消耗和环境影响。

2.3 绿色环保型建筑

模块化施工因其独特的施工方式，在环境保护方面具有极大的优势。一方面，由于模块在工厂预制，现场施工会简便很多，大部分浇筑作业被取消，大大减少了噪声污染和空气污染等问题。另一方面，建筑物的寿命周期可能达到了使用年限，但模块不一定就到了报废阶段，一部分模块还可以再次投入利用。而一些已经达到年限的模块可以在工厂分解成原料后，再加工处理成新模块的制作原料。

3 我国模块化施工的应用现状

3.1 覆盖面窄

我国的模块化施工在酒店、公寓、医院等建筑物上都取得了很大进展，很多成功的模块化施工案例都是酒店建筑，如湖南省长沙市的新方舟宾馆。受技术影响，我国的模块化施工无法适用于设计比较复杂或者规模较大的建筑类型，在建筑行业覆盖率还很小，只是取得了小范围的突破[4]。

3.2 缺乏民众信任

由于模块化施工的特殊性，其施工方法较传统方法更加先进，施工理念超前，而我国对于模块化施工理念和技术的宣传很少，导致普通民众对模块化施工质量和安全产生疑虑。

3.3 技术匮乏

尽管模块化施工在近年来得到了广泛应用和推广，但仍然存在一些技术匮乏的问题。

3.3.1 技术标准和规范不完善

模块化施工相对于传统施工而言，相关的技术标准和规范尚未完善，在实际应用中可能会面临质量控制和监督困难等问题。

3.3.2 设计和制造能力有限

模块化施工需要在工厂内进行模块的设计和制造，但相关的设计和制造能力可能存在不足，导致模块设计不够灵活和个性化，制造过程中存在工艺和质量问题。

3.3.3 施工现场适应性差

模块化施工需要在现场进行模块的组装和安装，但现场环境的适应性可能存在不足。现场条件的复杂性可能会对模块的安装和连接产生一定的挑战，需要施工团队具备相应的技能和经验。

3.4 缺少完善的行业标准

我国模块化施工的行业标准不完善。目前，我国从事模块化施工的企业较少，模块化施工在建筑市场中的占比也较小，再加上政府部门对模块化施工的重视程度不够，导致模块化施工行业缺少完善的技术标准和规范来指导施工工作。

4 模块化施工的具体管理控制过程

4.1 模块化施工管理目标

在模块化施工中，很多问题的出现往往不是因为技术不够，而是缺乏有效的管理制度。因此，要创建完善的施工管理体系，采取切实可行的管理方法，对模块化施工的每个阶段开展高效的管理工作，保证施工质量与施工要求一致。通过管理体系的建立，实现模块化施工安全、高效、低错误率、高质量的作业目标。

4.2 模块化施工全过程管理

4.2.1 设计管理

模块化施工设计阶段任何1 个设计环节出现错误都会导致后期模块的生产、安装出现问题，进而造成成本增加、工期延长等情况。在模块化施工设计时，应科学开展模块划分工作，定期进行三维模型审核。设计院在三维模型30%、60%、90%阶段邀请业主、模块预制厂参加模型审查，确认模块划分的合理性、可施工性、后期施工安全性以及运行后的可维护性，减少后期变更数量，保证设计质量。

4.2.2 模块生产管理

模块生产时，以模块预制厂为核心，加入其他各部门人员组建1 支独立的生产队伍。该队伍只负责现有工程模块的生产工作，监督指导模块生产的全过程，在第一时间发现问题并提出解决方案，从生产上把控模块的制造过程。

4.2.3 现场施工管理

模块装配工作由于平行施工作业面多、作业活动频繁，对于各项作业的安排必须极为详细并且能够快速作出调整，已应对出现的各种状况。因此，可以通过划分作业区域、制定作业计划表和补救措施来管理施工现场。

4.3 模块化施工现场质量管理4.3.1 完善质量保证体系

在模块化施工过程中，必须要有一套完善的质量保证体系，以便科学管控整个工程项目的施工质量。建立以项目经理为核心，以设计经理、模块制作经理、施工经理和现场经理为主干的项目部[5]。

出台完善的施工质量管理策略，优化和升级管理方式，提升管理的实效性，并在实施过程中督促项目部全体人员严格、有效地按质量计划进行检查，具体步骤为：

1）建立质量管理体系。建立模块化施工现场的质量管理体系是保证施工质量的基础。质量管理体系应包括质量组织结构、质量职责和权限、质量管理流程和程序等。通过建立科学的质量管理体系，可以明确质量管理的目标和要求，确保施工质量的稳定性和可控性。

2）制定质量控制计划。在模块化施工现场，需要制定详细的质量控制计划，包括施工工序、检测要求和验收标准等。质量控制计划应根据具体的施工过程和模块化构件的特点制定，确保每个工序的施工质量符合要求。

3）施工工艺控制。模块化施工过程中，需要对每个工艺环节进行控制，确保施工工艺的正确性和可操作性。施工工艺控制包括材料选用、工艺要求和施工方法等方面，通过严格的工艺控制可以保证模块化构件的质量和安全。

4）质量检测和监督。模块化施工现场需要进行质量检测和监督，包括原材料的检测、施工工序的检测和成品的检测。质量检测应根据相关标准和规范进行，通过检测施工过程和成品及时发现和解决质量问题。

5）培训和技术支持。模块化施工现场需要对工人进行培训，提高他们的质量意识和施工技能。同时，还需要提供相关的技术支持，解决施工中遇到的质量问题和技术难题，确保施工质量。

6）不良事件处理和问题解决。模块化施工现场可能会出现一些不良事件或质量问题，要及时处理和解决。建立健全问题反馈和解决机制，及时采取措施，解决施工中遇到的各类问题，确保模块化建筑的质量和安全。

4.3.2 严控检验放行

在模块制造阶段，质量检查是关键。由于模块施工时对误差要求很高，在制造期间主要从预制厂和总承包方两方面加强质量管理。预制厂详细记录项目要求的各项检验结果。例如，预制厂设置有专门的质量检验设施，便于检验和探伤预制管段，保证产品质量。总承包方不仅需要对预制厂提交的文件质量进行把关，还需要在关键控制点派专人检验，保证各环节质量合格。另外，项目可派专人驻厂监造，全程跟踪控制模块制造质量。需要注意的是，监造人员应具有丰富的现场管理和监督检查经验。

4.3.3 重点关注施工精度

施工精度指在模块制造和组装过程中，各个模块的尺寸、位置和连接的精确度。在模块化施工中，施工精度是关键性因素，主要包括4 个方面：

1）模块制造精度。模块化施工的首要任务是在工厂内制造模块，并确保每个模块的尺寸和形状符合设计要求。在模块制造过程中，需要依靠先进的加工设备和技术，如数控机床和激光切割，以确保模块的制造精度。同时，制造过程中需要严格控制材料的质量和工艺参数，以确保模块的一致性和精确度。

2）模块连接精度。模块化施工的关键在于模块的连接和组装。在现场进行模块组装时，需要确保模块之间的连接精确度，包括模块的对齐、水平度和垂直度等方面。为了确保连接精度，可采用专业的定位工具和测量仪器，如激光水平仪和测距仪，以提高连接的准确性。

3）安装精度。模块化施工中，模块的安装位置和安装方向的准确性对于整个建筑的质量和稳定性具有重要影响。在现场进行模块安装时，需要依靠精确的测量和定位技术确保模块安装符合设计要求。另外，还需要注意模块之间的间隙和密封性，以确保施工的质量和安全性。

4）质量控制和检测。为了确保施工精度，模块化施工需要进行严格的质量控制和检测，主要包括对模块制造和组装过程的质量监控，如尺寸检测、角度测量和接缝检测等。同时，还需要进行现场的质量检测和验收，以确保模块的精度和安全性。

4.3.4 划分区域安全

在施工现场模块吊装作业中，平行施工作业面多、作业活动频繁，而施工现场人员复杂、流动性大，不同的作业人员会流动到其他作业区域。因其不具备相应的安全防护知识，很容易引发安全事故。因此，应科学划分作业施工区域，严格管理施工人员的施工活动，将整个施工现场划分为各个施工区域单独进行安全管理，将安全事故的发生概率降至最低。

4.3.5 建立安全评估制度

根据防护措施和安全漏洞的数量划分安全等级，防护措施完善且没有安全漏洞为绿色级，防护措施不到位、有安全漏洞视为红色级。在管理施工现场的施工过程时，要有专人负责，通过检查结果评定出安全等级，只有当安全等级为绿色级时才能开展当天的作业。若安全等级为红色级，则必须先进行安全整治，完善安全措施且排除安全漏洞后才允许进行施工作业。