模块装配式建筑中的技术重点及多样性分析

梁文华，窦治昊，张海燕，朱逾晗

（中国建筑设计研究院有限公司国住人居工程顾问有限公司，北京 100044）

0 引言

10余年前，中国建筑设计研究院有限公司国住人居工程顾问有限公司引进模块装配式建筑并自主研发模块装配式建筑体系，并在江苏、安徽等地区的住宅小区中得到应用，同时在多次设计深化中优化技术措施，提升立面效果并解决工厂加工中的技术问题，取得良好的效果。

1 装配式模块体系技术方案

1）模块建筑体系是指由抗侧力核心筒与多个预制集成建筑模块在施工现场组合而成的建筑体系。该体系中的预制集成建筑模块由钢密柱墙体、混凝土楼板及吊顶、内装部品等在工厂共同组成的预制三维空间承重结构单元，只承担自身重力荷载。核心筒与预制集成建筑模块之间及模块与模块之间通过可靠度非常高的连接件连接，能有效保证模块建筑体系的整体受力性能，且模块建筑体系在设计时将建筑物非核心筒部分划分成若干个尺寸适宜运输的任意形状预制集成建筑模块，建筑平面和立面设计基本不受模块划分的限制，是一种装配率较高的建筑体系（见图1）。

图1 模块建筑平面拆分设计

2）模块建筑体系中预制集成建筑模块是根据标准化生产流程和严格的质量控制体系，在专业技术人员指导下，由熟练工人在模块组装工厂车间流水生产线上制作完成，其制作加工精度可达毫米级，是一种较彻底的工业化、标准化建造技术产品，如图2～4所示。

图2 预制集成建筑模块生产

图3 预制集成建筑模块建造

图4 典型预制集成建筑模块的工厂化加工

2 项目概况

安徽铜陵吾悦华府A区1号楼项目位于吾悦华府A区地块东南角，建筑面积3 008.47m2，建筑地上6层，层高3m，建筑总高度19m（见图5），采用模块-钢框架支撑混合结构体系。地上建筑除核心筒部分外，其余全部采用模块装配式设计，模块部分（含精装修）均在工厂预制完成，现场安装。本工程是钢框架核心筒和围绕其周边模块组成的单元式住宅，每套住宅套型由4个模块构成。

图5 项目效果

3 模块化住宅设计解决的主要技术问题

3.1 模块化住宅套型及立面设计

依据模块-钢框架支撑混合结构体系特点，结合模块控制性尺寸对套型进行设计深化，在满足使用功能的基础上，使模块与核心筒之间的连接及各功能空间之间的流线更加合理。套型设计中需考虑模块与核心筒之间的连接关系，各专业管线的横向及纵向路由，卫生间、阳台处的楼板构造及防水构造，以及门窗洞口与结构之间的关系等问题。

立面设计结合保温一体化装饰效果，在满足节能指标要求的条件下，可在立面线角、女儿墙、入口门头等部位进行细节处理，丰富立面效果，还可结合太阳能系统进行立面样式设计，同时需综合结构设计要求对出挑、女儿墙高度等进行有效控制。

3.2 精装一体化设计

全面推动装配式建筑和新建住宅全装修是国家和地方政府推进建筑建材业转型升级、健康发展所采取的战略举措。因而装配式建筑和全装修是行业升级的“引擎”与市场发展的标志。由于模块建筑的室内精装绝大部分在工厂完成，仅留户内与公区、模块之间的交接部位在现场进行连接，因此对于精装一体化设计的要求更高。在精装一体化设计阶段需对各专业点位、控制、连接，空调设计包括穿管、预留、预埋，还有新风系统与预制构件的结合，以及安保信息智能化设计等，均需前置进行统一设计。卫生间管线排布，卫生间内开敞阳台内防水排水、外窗洞口及节能、隔声、防火等方面也需进行综合考虑与协同设计，形成精装一体化设计成果。同时在加工初期会按照精装一体化成果对套型样箱进行实际加工生产，经建设方、设计方、施工方及工厂各相关单位对样板间的验收与评估，发现建造中的问题及不合理情况，提出并确定调整方案最终体现到批量生产模块产品中。

3.3 模块化建筑防水设计

防水设计重点包括模块内用水房间的防水构造，模块之间连接处及水平、垂直缝之间的封堵和防水构造、模块与核心筒之间的防水构造、屋面各部位防水构造及模块下部与地下室顶板之间的防排水等。

1）模块内需解决卫生间内的排水路由，以最短最直接的方式解决卫生间各点位的给水和排水，同时对卫生间地面构造进行优化，利用紧凑的空间解决排水问题。其他模块外窗口、阳台出入口等部位的防水也需进行精细化设计，同时模块顶部也会有防水措施，包括运输过程中的临时防水均应统一考虑，保证施工质量和成品保护。

2）模块间的封堵及防水同样重要，保证模块建筑外墙模块拼接缝之间封堵严密，防水构造需进行搭接及增加防水附加层，装饰面层与基层及防水层之间进行错缝处理，确保节能保温、防水、装饰面层均满足质量要求。

底层模块与下部结构顶板之间也存在一定的防排水问题，在吊装过程因底部混凝土顶板外露，模块底与混凝土顶板之间也会出现存水无法及时排走的情况，因此在混凝土顶板上设置排水口并进行排水组织，保证混凝土顶板不出现积水；同时设置通风孔，保证此区域干燥通风。

3.4 模块化建筑钢结构防火设计

模块建筑钢结构的防火措施也尤为重要，目前常见的防火措施多为喷涂防火涂料和防火包覆，保证各部位钢构件均满足GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018年版）对耐火极限的要求。

防火涂料可分为薄型、厚型、膨胀型、非膨胀型及室外型、非室外型等，项目结合不同部位进行选择。设计过程中，除规范及图集中现有各构件耐火极限数据外，因模块墙体、楼板处的构造做法与常规建筑有所差异，为满足所采用构造的耐火极限有据可依并落实到位，在设计前期对特殊构造建筑构件的耐火极限多次进行依照国家规范和程序的耐火试验，最终保证设计的构造能够得到试验数据的有力支撑。模块建筑中细部防火构造处理措施如下。

1）模块与模块之间的接缝处应在模块安装完成后，依次采用不燃材料岩棉填充。在外墙面处的衔接应采用不燃材料封堵，再用防水材料盖严，保证模块转角处的钢柱有能够保证耐火时间的保护层，接缝处不渗水。

2）模块与核心筒之间的接缝采用岩棉、水泥砂浆等不燃材料封堵。顶层模块与核心筒连接并封堵不燃材料后，结合屋面防水做好防水处理，在屋面与核心筒交接处泛水高度不小于250mm，任何接缝均保证不减弱相邻部位建筑的耐火性能，并达到《建筑设计防火规范》的要求。

3）屋面钢筋混凝土楼板与模块墙体之间的缝隙要求用岩棉等不燃材料满填。

4）模块安装过程中的裸露连接构件应做好防火、防腐处理。模块间管线的衔接不应减弱墙体或楼板的耐火性能。

4 装配式建筑的多元化发展及项目落地

现代工业化建筑进入多元化时代，人们价值观、审美观的多元化直接催生预制装配式建筑“百花齐放”的格局。建筑设计和建造技术有了很大转变，在强大的技术支撑下，装配式建筑越来越多地应用于不同类型建筑，预制技术的不断发展为建筑形式提供了更多可能性。国住人居工程顾问有限公司在模块装配式建筑的设计过程中完成多项项目。

1）2019年完成的景德镇莫妮卡学校项目采用箱式钢结构模块设计建造1栋教学楼及3栋宿舍楼，全部采用精装一体化设计，工厂加工，现场拼装，管线进行一体化梳理及排布，精装点位及施工一步到位（见图6）。

图6 景德镇莫妮卡学校项目实景

2）2021年的深圳国际酒店EPC工程总承包项目，中国建筑设计研究院有限公司设计范围为5栋多层模块化钢结构建筑，包含4栋7层酒店及1栋7层宿舍，总建筑面积约6万m2，均采用模块化建造方式，遵循快速建设原则，功能上既要符合疫情时作为隔离酒店使用的要求，又要兼顾疫情后作为周边资源的配套建筑，建成后尽量少改动，统筹做好“平战”功能转换衔接，满足建筑全寿命周期的功能需求（见图7）。

图7 深圳国际酒店

现阶段模块装配式建筑的应用不局限于住宅功能，而是更广泛地应用于学校、公寓、酒店等多领域、多类型建筑中，将来的发展也将是多方向、多元化的趋势。

5 结语

模块装配式建筑仅是装配式建筑体系中的一部分，更多体系的装配建筑均在不断更新和发展推进中。符合国家发展战略的装配式集成化模块建筑以其建筑工业化程度、高精度建筑质量、精装一体化设计等优势在建筑行业内表现更加突出。与此同时推动了建筑设计的创新，减少现场施工工作量，改善建筑工人工作环境，减少施工工人数量，带动相关产业及工人的转型。

设计师更需在后续设计中更多思考，不仅解决设计中的技术问题，而且可从成本控制、建筑产品质量控制、加工周期、后期运维等方面进行深入思考。