在西藏高原地区发展模块化建筑的探讨

赵 伟 杜 鹏 蒲 杨 侯升起

（西藏大学工学院，西藏 拉萨 850000）

近年来，随着我国国情的发展，人口红利逐渐减少，建筑业面临因人工成本持续上升导致建造成本持续上涨的问题，同时，传统建筑施工周期长、施工精度低、责任划分不清晰、环境污染等问题也日益突出[1]。2020年7月，住房和城乡建设部、工业和信息化部等七部门印发《绿色建筑创建行动方案》，明确要求到2022年，当年城镇新建建筑中绿色建筑面积占比达到70%，星级绿色建筑持续增加，装配化建造方式占比稳步提升，绿色建材应用进一步扩大；2021年10月26日，国务院关于印发《2030年前碳达峰行动方案》要求加强新型基础设施节能降碳，推进城乡建设绿色低碳转型。由此可见，建筑绿色化已经成为国家行为，新形势下绿色建筑装配化建造，已经成为包括西藏在内的各地区面临的挑战。

1 模块化建筑简介

模块化建筑（Prefabricated Prefinished Volumetric Construction，简称PPVC）是一种新兴的建筑结构体系：将尺寸适宜运输的集成建筑模块在工厂进行预制，并对模块内部进行布置和装修，之后运输至施工现场完成吊装、拼接工作，最终成为建筑整体[2]，就像“搭建积木”一样拼装在一起的建筑。模块化建筑作为一种可实现提升效益和快速施工的新型结构体系已成为国内外研究的热点。

2 模块化建筑的优势

装配式模块化钢结构建筑与传统砖混结构建筑相比，主要具有以下优势：

（1）工业化程度高，生产标准化。装配式模块化建筑的大部分构件都在工厂预制完成，再运送至施工现场安装，制造误差及质量检测可控，能实现产品标准化，极大地降低了施工现场建筑材料以及施工所需的占地面积。

（2）施工周期短，现场施工效率高。装配式模块化建筑施工现场机械化程度高，施工过程受天气影响较少，可有效缩短施工工期、减少劳动力、提高工程质量及施工效率、降低安全隐患。

（3）自重轻，耗材量少。因为钢材强度高、承载力高、耐久性良好，并且钢的强度和刚度比钢筋混凝土高几倍。因此，装配式模块化钢结构建筑的重量仅为钢筋混凝土建筑的1/2左右，极大地减少了房屋自重与耗材量，并且由于钢结构建筑自身构件截面尺寸较小，也增大了建筑物内部的使用空间[3]。

（4）绿色环保，符合时代发展潮流。装配式模块化建筑在施工过程中建筑垃圾、现场粉尘及噪音少，钢材具有回收与重复利用的优势，建造和拆除时对环境污染小，属于绿色环保建材。

（5）发展潜力巨大。我国发布了一系列相关政策，大力发展钢结构和装配式建筑，积极推广绿色建筑和建材，加快标准化建设，推动产业结构调整升级。装配式模块化建筑安装连接灵活，拆卸维修方便，并且拥有房屋可搬迁的功能，因此，在城市建设中发展潜力十分巨大，应用前景非常广阔[4]。

3 模块化建筑应用于西藏高原地区的探讨

3.1 西藏高原地区发展模块化建筑的优势

3.1.1 模块化建筑绿色环保，建造过程中可最大程度降低对环境的影响

西藏是我国典型的生态脆区，生态环境系统抵御干扰的能力较低，恢复能力不强，再加上人类不合理的开发和利用，已在不同地域出现了较为严重的环境污染和生态破坏[5]。传统建筑在建造过程中对环境造成粉尘污染、噪声污染、光污染、水污染、土壤污染以及固体垃圾污染等，这对生态本就十分脆弱的西藏高原地区是十分致命的打击。而模块化在建筑现场并无湿作业，在施工过程中建筑垃圾、现场粉尘及噪音少，并且钢材属于绿色环保建筑材料，具有回收与重复利用的优势，与传统建筑相比，在环保方面具有很大优势。

3.1.2 模块化建筑施工周期短，可加快城镇化进程

西藏地区虽然2020年城镇化率提高至32%[6]，但与全国60%的城镇化率[7]还相差甚远。究其原因，除其地广人稀的环境特殊性外，与传统建筑施工周期较长的劣势在西藏高原地区特殊气候特征下被进一步放大也有相当大的关系。西藏高原地区冬季漫长寒冷，降雪量大，许多偏远地区一到冬季往往大雪封山、交通不便，环境十分恶劣。传统建筑多为露天作业，在建造过程中大部分是人工在现场施工作业，受天气影响较大，在冬季和雨季施工进度十分缓慢。模块化建筑因其大部分构件都在工厂预制完成后，再运送到施工现场安装，现场施工效率高、机械化程度高、施工过程受天气影响较小，会有效缩短施工工期，相较于传统建筑，对推进西藏高原地区城镇化发展有十分巨大的优势。

3.1.3 模块化建筑可改善西藏地区原有建筑的不足

西藏高原地区交通运输十分不便，因此藏式石砌体结构因其易于就地取材，同时能较好地抵御高原地区严寒气候，在青藏高原上是一种广泛使用的结构形式。但其承重墙体由毛石与黏土砌筑而成，刚度大，抗震耗能弱，在历次的地震中破损程度都非常大。而模块化钢结构建筑自重轻、抗震性能较好，在地震中可极大地减少人员伤亡，同时钢材具有回收利用价值，在灾后修复和拆除重建等方面拥有巨大优势。

3.1.4 单一的模块化集装箱式建筑，在西藏高原地区应用前景广泛

西藏地区拥有极大的科研价值，每年有大量的地质勘探队伍进藏进行科研考察。同时，西藏高原地区地质构造复杂，岩浆活动频繁，成矿作用多种多样，矿产资源非常丰富[8]。而西藏高原地区地广人稀，矿产资源分布不均且大多处于人迹罕及、环境恶劣的藏区深处，这些地区往往交通不便、条件艰苦。针对矿区和科研勘探人员居住问题，单一的模块化集装箱式建筑因其相较于传统砖混结构建筑建造安装快捷简便、可循环利用、对自然环境影响较少的优势，以及相较于帐篷保暖防风性能优越、更加坚固耐用的特性，无疑是最方便可靠的选择。同时，西藏高原地区位于我国边疆地区，与多国接壤且边境线极长，单一的模块化集装箱式建筑机动性能优越，对于国防安全问题有较大的应用价值。

3.2 西藏地区模块化建筑发展面临的问题

目前，虽然西藏自治区高原装配式钢结构建筑的发展已经取得了一定成效，但对于模块化建筑发展方面的研究仍然较少，仍存在以下的不足：

3.2.1 没有形成成熟完善的产业链体系目前，西藏地区模块化钢结构建筑发展并未成熟，建筑领域目前依旧采用传统的筑造方式，尚未形成成熟完善的产业链体系。与模块化建筑发展较快的地区相比，西藏地区模块化建筑发展十分缓慢，存在较大差距。并且社会大众对模块化建筑的疑虑较多，居民对模块化建筑可接受程度较低。

3.2.2 建造成本较高，市场消费水平低，居民接受程度低西藏高原地区经济发展与内地发达省份仍有一定的差距，消费者消费水平较低，以西藏自治区经济最为发达的为例，据了解，拉萨市关于装配式钢结构建筑已建设和正在建设的项目有拉萨市城关区便民服务中心、拉萨曲水百亩联动温室大棚、拉萨市城关区政府公租房（一期、二期、三期）等项目[9]，预制集装箱式结构建筑还处于概念模型阶段，未进行推广[10]。这些项目大部分都是政府投资建设，市场需求严重不足。此外，因其地域特殊性，藏族人民因为生活在高原这种极端恶劣的自然环境中，形成了较之其他民族更加突显的自我防卫心理。这种心理通过不断传播和扩张，逐渐形成民族的集体防卫心理，因此对新事物的接受进程较为缓慢[11]，进一步减缓了模块化建筑这一新型建筑体系的推广进程。

3.2.3 未能形成适合高原地区的新型模块化建筑体系

由于西藏高原地区地理环境特征、人文气候条件的特殊性，目前主流的模块化建筑体系并不能与之完全适配。

西藏高原是中国地震多发地区，区内地域温差大，交通不便，但阳光充沛。无骨架和有骨架热轧框架模块化建筑因其固有缺陷，并不适合西藏未来发展。目前，以冷弯钢龙骨体系、冷弯钢小桁架体系为代表的冷弯钢结构体系适合低层建筑，抗震耗能能力不强，模块化发展不充分。如被大面积应用在高原，将面临结构抗震安全、交通运输、施工组织及绿色发展等多方面的挑战。同时，西藏高原整个地形由西北向东南逐渐平缓，造就了西藏高原东南温暖湿润、西北干燥严寒独特而复杂多样气候特征，呈现出由东南向西北的带状分布[12]，因此，造就了西藏地区建筑形式多样的建筑风格。而模块化建筑虽然安装便捷、施工周期短，但目前结构选型较为单一，设计缺乏多元化，应用范围也仅限于一些楼层数较少的中低层建筑，并不能满足西藏地区建筑物形式多样的建筑风格。

因此，面对高原民居和城镇化对绿色建筑的需求，需要研究适合高原地区的新型模块化建筑体系，解决上述关键技术难题。

3.3 西藏地区模块化建筑发展建议

3.3.1 尽快建立完善全面的产业链体系

为促进模块化建筑在西藏高原发展，自治区政府可加强规划引导，完善支持政策。增强企业信心，促使企业积极加大相应研发、生产投入，激发市场活力。同时，提高监管效能，完善监管机制和相关标准规范，并健全项目设计、构件生产、施工建造以及后期检测等全过程质量监管体系，全面提高产品质量和服务质量，加快建立完善全面的产业链体系。

3.3.2 加大推广力度，增加试点项目，加强人才建设，提升居民可接受程度

目前，西藏地区模块化建筑工程实例十分稀少，市场应用实例严重稀缺，同时相关企业单位数量较少，相应人才队伍也十分稀缺。因此，自治区政府可增加试点工程项目，积极开展示范项目建设，同时积极引进高层次技术、管理人才，提升从业人员整体素质。在当地加大模块化建筑宣传，开展多渠道多形式的宣传方式，广泛宣传模块化建筑基本知识及其在工业化程度高、施工周期短、绿色环保以及提升社会经济效益等方面的优越性，提高社会认知度，提升居民可接受程度。

3.3.3 大力研究适合西藏高原地区的新型模块化建筑体系

目前，主流的模块化建筑体系与西藏高原地区并不能完全适配：西藏自治区位于青藏高原西南部,平均海拔在4000m 以上，素有“世界屋脊”之称[13]，其地理环境特征、人文气候条件等都十分特殊。而自然环境对建筑起着最基本的限定作用，同时也对建筑形态构成要素的发展起着主导的作用[12]。因此，在西藏高原地区发展模块化建筑，必须考虑其特殊的自然环境特征以及当地建筑行业的特殊性，研究出与之适配的新型模块化建筑结构体系。

3.4 西藏高原地区新型模块化建筑结构体系发展方向探讨

3.4.1 提升结构性能，增加抗震效能，降低建造成本

西藏地区处于欧亚地震带及喜马拉雅-地中海地震带中，是地壳运动强烈的地带，经常发生破坏性地震及中、深源地震[9]。西藏地区经济发展与内地发达省份仍有一定差距，目前传统模块化建筑耗钢量较大，建造成本较高。因此，新型模块化结构体系的材料选择方面必须兼顾“轻质”“高强”的特性，不仅要拥有较强的抗震性能，同时也要拥有一定的经济性能。基于这两方面的基础，冷弯型钢作为一种经济的截面轻型薄壁钢材，具有截面经济合理，节省材料、品种繁多、利用率高以及生产中还可与冲孔等工序相配合等优点，是一种经济断面钢材。在研究与西藏高原地区适配的新型模块化结构体系方面具有极大的研究价值以及开发应用前景。

3.4.2 充分利用高原地区太阳能资源，开展光伏与模块化建筑一体化研究

西藏高原地区有着得天独厚的太阳能资源，太阳能作为一种绿色可再生能源，符合当今绿色节能的发展趋势。藏西北大部分地区年平均日照时间为3000h左右；藏东南部分地区年平均日照时间也多达2000h左右，个别地方还高达5000h以上，冬季虽然严寒，但太阳辐射强，平均日照时数一般也都在1500h～3400h[13]，因此，在西藏高原地区发展太阳能资源有着广阔的前景。

若将太阳能资源与新型模块化结构体系研究相结合，开展光伏与模块化建筑一体化设计，基于零能耗理念的光伏建筑一体性能优化，以实现新型模块化结构建筑电力能源的自给自足，同时具有很好的节能保温特性以适应高原气候环境为发展目标，不仅积极响应了国家绿色建筑行动计划，也极大地保护了西藏地区脆弱的生态环境，为西藏自治区实现碳达峰碳中和目标提供了有力支持。同时，可以对西藏高原无电、缺电的偏远地区矿产资源开采、地质勘探调研等相关人员提供良好的居住设施，发展前景巨大。

4 结语

模块化建筑具有广泛深远的发展前景，将成为未来绿色建筑及评价标准向前发展的重要推动力，西藏高原地区因其特殊的自然环境与气候特征，目前与主流的模块化建筑体系并不能完美适配，但若能以此为基础，开发研究出能克服自身环境不足，并与自身条件相结合的新型模块化建筑结构体系，必将推动西藏高原地区建筑行业的历史性变革。