香港高层MiC模块化建筑创新实践探讨

曾志文，乔永强，李任戈，温庆年，李志禹（中建科工集团有限公司，广东 深圳 518040）

1 香港MiC模块化建筑现状

组装合成建筑法（Modular Integrated Construction，MiC）是一种创新的建造方法，具体指将预制厂生产的独立集成组件（已完成装修和固定附属物）运送至工地，再安装成为建筑物，产品形式相当于内地的“模块化建筑”[1]。

为缓解香港建筑行业劳动力不足、建造周期长等问题，前香港特别行政区行政长官林郑月娥在2017年首个施政报告中明确提出香港要引入先进的组合建筑方式，2018年宣布开始正式推行MiC。香港特别行政区政府积极推动在楼宇项目中采用MiC建筑法，以提升建造业的生产力和成本效益。MiC建筑相比传统建造方法可缩短约30%～50%的施工时间，减少约10%的建筑成本，而且生产力、质量、环保和安全等表现更好。近3年，为着力解决公屋轮候周期长（平均6～8年）等社会问题，香港特别行政区政府在政策上更加鼓励MiC这种快速建造模式。从目前规划来看，香港MiC市场重点围绕过渡性房屋、高层MiC两个领域发展[2]。

1.1 过渡性房屋现状

香港特别行政区政府在全港统一规划建设过渡性房屋，作为公屋轮候的缓冲。该建筑特点：房屋采用全钢结构模块化建筑结构形式；这类房屋主要以4层楼高为主，大约100～1 000个不同类型的单元；房屋设计考虑2人、3人、4人户型，满足不同家庭需求；建筑基础较为简单，且在10～12个月内能够快速建造完工；房屋为临时建筑，一般使用年限为2～5年，预计会考虑回收使用。

1.2 高层MiC现状

鉴于低层的过渡性房屋终究是临时、非永久的，实施高层房屋才是长久之计，香港近两年涌现了大量的宿舍楼、公屋楼项目，主要为7～25层不等，个别甚至有达到30层以上。

目前香港特别行政区政府、医院、学校、实验室等公建项目大量提倡采用MiC，如观塘综合发展公务员学院（约25层、2 000个单元），香港理工大学何文田学生宿舍（约12层、1 200个宿位）、九龙塘学生宿舍（约10层、1 680个宿位），女童军新总部青年宿舍（约23层、576个宿位），东华三院青年宿舍（约21层、302个宿位），等等。这些都是在未来3～5年内要建设完成的工程，市场容量极大。作为住宅，香港老百姓更倾向于混凝土建筑的舒适性，目前的高层MiC住宅主要还是以混凝土类型为主。基于此现状，中建科工集团有限公司（以下简称“中建科工”）研发了钢结构高层MiC住宅体系，为香港的高层MiC和内地模块化建筑提供借鉴。

2 高层钢结构MiC住宅方案

高层（20层）钢结构MiC住宅单体建筑占地面积330 m2，单体总建筑面积6 672 m2，建筑高度61.5 m，由混凝土核心筒结构与钢结构模块组成。具体方案立面布置，如图1所示。混凝体土核心筒（图1中阴影区域）充当附属设施房间功能，作为单体建筑的消防通道楼梯、入户门电梯井、设备房、垃圾房等附属设施房间。核心筒采用框架剪力墙结构，抵抗建筑的侧向力，混凝土强度等级为C45，钢筋为热轧带肋高强度钢筋，强度等级为500B。钢结构模块（图1中空白区域）充当家庭居住功能，每层由12个模块箱体组成，箱体之间的排列分割组成4种户型，面积分别约为14.21 m2、16.63 m2、21.46 m2及28.33 m2，每个户型均设有煮食空间及洗手间。单个模块承担单体建筑竖向荷载，该住宅方案共由229个钢结构模块组成[3]，其设计符合GB 50017－2017《钢结构设计标准》相关规定。

图1 方案立面布置图

方案结构设计满足香港地区建筑设计相关规定，其中模块与基础、模块与模块、模块与核心筒三者的连接方式均为螺栓连接，组合形成了可拆卸钢结构MiC住宅方案。

结构设计重点开展符合香港规范的20层MiC模块结构体系、可拆卸连接节点、钢模块与混凝土连接节点、连接防水节点设计，形成标准化的结构方案。具体开展方向如下。

（1）对装修方案、装修工艺、装修材料进行研究，形成标准化的装修材料库及装修方案。

（2）对机电设备选型及安装工艺进行研究，结合结构和装修方案进行优化设计，形成标准化的机电方案；推出多种适应香港市场的标准化公屋产品并输出产品标准，同时模块结构与机电装修在模块化建筑生产线加工制作，发挥新型建筑工业化系统集成综合优势。

（3）采用整体卫浴、集成厨房、整体门窗等建筑部品部件，充实整体单元式产品的产业配套能力。

该方案采用系统化集成设计，重点推进建筑、结构、设备管线、装修等多专业一体化集成设计，提高建筑整体性。

3 高层钢结构MiC住宅样板

为研究该方案的建造工艺，选取由12个箱体和混凝土核心筒组成的3层楼的样板作为优化模块制作工艺，并论证可拆卸模块连接节点的适用性。样板楼位于广东省惠州市中建科工X-park零碳智慧园区，建筑面积330 m2，建筑高度10.5 m。样板建筑包含模块化箱体和混凝土核心筒，布局和结构计算按照20层可拆卸结构体系标准原版还原，模块结构、机电和装修按照香港规范设计施工。

3.1 模块制作

单个模块结构尺寸为4.6 m×6.4 m，材料所采用热轧结构型钢，其等级为Q345C，并符合香港钢结构作业守则的相关规定。所有热轧结构钢、基板，预紧螺栓、螺母和垫片应按照规范 BS EN ISO 1461：2009中的要求进行热镀锌，镀锌的平均涂层厚度至少要达到85 μm。模块地面采用预制混凝土。钢结构模块制造公差为±2 mm。维护体系采用“轻钢龙骨＋岩棉＋石膏板”体系，同时防火石膏板包梁包柱满足CECS 334－2013《集装箱模块化组合房屋技术规程》的规定：梁柱耐火极限2 h，墙体耐火极限1 h，地面采用2 mm厚背衬柔性无缝聚氯乙烯（PVC）卷材垫。

钢结构模块加工工艺包含：材料下料、型材镀锌、部件加工、顶底端框组装、箱体总装、模块打磨、闭水试验、油漆防火涂料喷涂、预制混凝土地面安装。

钢结构模块机电及装修工艺包含：放线、包梁包柱防火石膏板安装、龙骨安装、岩棉安装、加强铁板安装、石膏板安装、粉刷腻子及油漆、门窗安装、厨卫防水作业、墙面瓷砖铺贴、地胶铺贴、厨卫五金及给排水安装、卫浴安装、给水压力测试、排水通水测试、通电测试、外墙铝板安装。

3.2 钢结构模块安装

首先完成3层核心筒的施工。核心筒采用高强钢筋和C45混凝土浇筑作为楼梯间，钢结构模块与核心筒组成框架-核心筒结构。钢结构模块的安装精准要求公差为±2 mm，所以对基础和核心筒的埋件定位精度较高，模块连接板的精度也至关重要，为此，需要有严格的安装流程和吊装方案来控制安装精度。

钢结构模块安装工序：箱体埋件安装、定位锥安装、连接板安装、箱体就位、箱体螺栓连接、箱体防水、箱体幕墙安装等[4-5]。

抗侧力体系与模块、模块与模块、模块内部各构件之间以及模块与基础间的连接对模块化建筑承受荷载的能力至关重要[6]。模块安装最重要是完成3种可拆卸节点的安装，分别是：模块与地面连接节点、模块与模块连接节点、模块与核心筒连接节点。3种连接节点，如图2所示。

图2 高层可拆卸连接节点

定位锥安装时，箱体的4个角件定位以定位锥为主要定位对象，将4个定位锥分为2个精准锥和2个松锥，任意对角线定位锥为精准锥，另一对对角线定位锥为松锥。吊装安装时以精准锥作为精确主动定位，其余2个角件作为被动定位。现场安装过程中，可能存在部分箱体制作精度超出定位锥的范围，需要现场进行定位锥修改。

箱体防水包含箱体水平缝和竖向缝的防水施工。建筑层内的箱体间水平拼缝采用多层防水做法，施工过程中需严格按照施工工艺流程，逐层进行施工。箱体顶部水平缝防水施工完成后进行连接板固定，在安装下层箱体前，需进行连接板四周防水封堵，采用沥青防水卷材在连接板四周进行防水封堵，且卷材需反坡至连接板顶面。箱体间立面竖向拼缝（横缝、竖缝）采用内填“聚乙烯（PE）棒＋丁基胶带”的方式进行防水处理。施工过程中应注意箱体间缝隙大小，若箱体间隙过大，需要先填充PE棒和岩棉并打发泡胶填充，然后再进行表面打胶处理，在打胶过程中须确保缝隙填充密实。

本方案基于市场需求，研发了20层可拆卸模块化建筑结构体系。在该样板楼建成后开展可拆卸试验，将模块拆卸后进行运输试验，然后吊装复原，整个建造过程和拆装过程模拟香港可拆卸MiC的建筑要求，模拟过程进展顺利，方案可实施性较强，具有一定的推广示范价值。3层MiC样板楼效果，如图3所示。MiC样板楼的成功应用及实践将为加快行业建造方式转变、推动建筑业高质量发展提供有益借鉴。

图3 3层MiC样板楼

4 MiC模块化建筑思考

近几年，中建科工开展了模块化建筑的研发和实践探索等工作，完成深圳市湾区会展国际酒店、中央援港应急医院、深圳市荣盛小学等一大批项目，其中湾区会展国际酒店是国内最大的永久模块化酒店，包括7栋18层高层钢结构装配式酒店和5栋7层模块化酒店，共1 288个模块化箱体，4 840个房间。在助力整个行业发展的同时，笔者希望整个MiC体系包括整体单元式产品等先进技术有更好的发展，借鉴香港模块化建筑发展的成功经验，发挥强强联合的引领带动作用。希望今后可以改善以下问题。

（1）完善模块化建筑信息技术融合，将基于工业互联网推进向数字化和智能化的转型，努力实现模块化建筑各个建造阶段的信息互联互通和交互共享，最终实现全价值、全产业链的数字化，提高建筑行业全产业链资源配置效率。

（2）完善组装合成建造工艺、装配式整体装修技术、整体单元式产品等先进技术体系，以新型建筑工业化带动建筑业全面转型升级。

（3）提升模块化建筑创新发展，重点研究新型技术体系、制定标准[7]，最终实现数字化设计、工业化生产和智慧化运维，享受新型建筑工业化变革孕育的美好生活。