模块化建筑(新兴的建筑结构体系)

模块化建筑是一种新兴的建筑结构体系，该体系是以每个房间作为一个模块单元，均在工厂中进行预制生产，完成后运输至现场并通过可靠的连接方式组装成为建筑整体。

20世纪50年代至70年代，模块化建筑的理念初步发展，众多建筑设计师采用模块化概念。20世纪80年代至90年代，模块化建筑的设计与应用展现出多样化特性，欧美和日本等发达国家对模块化建筑体系进行深入研究。21世纪至今，随着模块化技术和市场不断成熟，其应用领域逐渐拓展到各行业各业。2022年10月16日，中国共产党第二十次全国代表大会在京开幕。面对高质量中国式现代化建设的新征程，模块化建筑技术作为一种高度集成、建造高效、绿色低碳、节能环保的建筑方式，推动我国建筑业高质量发展。

模块化建筑体系不同于传统建造业，模块化建筑相较传统建造方式，能够缩短50%以上的施工工期，减少50%的现场垃圾，减少75%以上的碳排放，“是一种绿色、环保、可持续的建造方式”。

历史沿革

日本

在20世纪50年代前后，日本就开始提出装配式房屋的概念。第二次世界大战之后，日本的住宅建设经历了3个发展阶段，在这3个发展阶段中，住宅建设方式的装配化和工业化也在逐步完善并不断提高。日本建筑企业根据用户的个性化需求，首先进行调研，而后根据调研结果进行定制，期间不断调整其规模和产业结构。于是在全世界密切注视的可持续发展的环境下，日本提出了一百年和两百年长生命周期住宅的目标并不断朝着环保、节能和可持续发展方向前进。日本一直致力于技术的研究，形成了自己的一套预制装配整体式结构建造工法并占据了优势地位。日本和我国在结构理念上最大的区别是更多的应用框架结构，日本认为剪力墙相比框架而言抗震性能不明确，同时由于日本常年发生地震，因此为了保证其安全，日本在高层超高层中也是以框架结构居多。此外结合日本多地震的情况，研发了具有独特的莲根型pca工法，使节点的整体性更加好。

1972年黑川纪章与运输集装箱生产厂家合作，采用在工厂预制建筑部件并在现场组建的方法设计建造了中银舱体大楼。作为服务中核的双塔内藏有电梯、机械设备等，居住单元是批量生产的像”小豆”或”胶囊”似的方盒子，技术手段以及设计理念十分领先。近年来，随着模块化建筑的飞速发展，采用模块化结构的胶囊旅馆等更是大规模的应用。经过长期的研究和应用，日本钢结构的装配化住宅已经是主导地位，而钢筋混凝土装配化住宅所占比例较低，木结构装配化住宅也逐渐向标准化的“二乘四”结构体系转变，为了满足市场需求，要不断研究开发新型住宅，研究自己的专利产品，保证在装配化住宅市场中所占的地位。

美国

20世纪80年代开始，在装配式建筑的主体构件方面做到了通用化，与此同时整个市场也逐渐细分，各个部件都有完善的供应系统。其做出的成品建筑质量好，符合使用需求，生产速度快、工期短、成本低、利润空间大。其中，美国应用最广泛、最典型的是轻钢龙骨钢结构体系，其外观与其他传统建筑没有区别。作为装配化率最高的模块化建筑，在美国也得到了大范围的推广普及。美国的模块化建筑协会于1983年成立，该协会将模块化建筑主要可分两大类，即永久建筑和临时建筑。模块化建筑目前主要用于教育、医疗、应急、商业和工业等各种类型建筑物。美国已有一些模块化建筑工程应用实例，目前主要用于低多层和高层建筑中。

欧洲

20世纪40年代开始，由于第二次世界大战结束，为适应大量的住房需求，西欧各国选择采取工业化大规模标准化的方式对住宅构配件进行大规模标准化生产，因此欧洲各国开始逐渐形成了标准化、通用化和系列化的构件和配件的生产供给系统。在此系统之后，为规范生产保证建筑质量和增加不同企业之间生产的产品的通用性，欧洲市场逐渐形成了一批完整标准的装配式建筑体系。20世纪50年代到70年代，欧洲建筑市场由于未形成标准化的市场环境，各个企业和厂家也未协调沟通，因此各家生产的构件不能相互通用，导致如需采用不同厂家生产的构件需要增加很高的成本和时间。而后，各家企业和厂家为了适应当时建筑市场的需要，逐步推广全行业制造可通用的构配件制品和设备。直至到20世纪80年代前后，法国已经形成了至少25种设计灵活、建筑形式多样的可适用于装配式建筑的体系英国模块化和可动建筑协会早在1938年建立，该协会发展至今已经拥有138个会员，同时英国已有多个工程采用了模块化建筑，主要用于学生公寓、住宅和办公楼等类型建筑。

中国

2003年，广东中集建筑制造有限公司便在业内率先开展模块化建筑的研发和制造。2022年4月，在美国举办的世界模块化建筑2022年度大会上，中企获世界模块化建筑2022年度住宅类奖项第一名。2022年5月，上海市首个零能耗永久性模块化建筑“上海璀璨城市售楼部”预计2022年6月开放。同年6月，广东省住房和城乡建设厅批准《箱式钢结构模块化建筑技术规程》为广东省地方标准，编号为DBJ/T15-243-2022。本标准自2023年1月1日起实施。

2023年1月，广东中集集团用模块化建筑向全球输出‘中国建造’，目前在国外已完成100多个酒店和公寓项目建设”，要求各地结合实际学习借鉴。2023年2月，住建部发文推广前海企业模块化建筑创新经验，中集“乐高式”模块化建筑获全国推广，该经验已获各项专利160项，其中发明专利33项。同年11月15日，深圳市住房和建设局批准《混凝土模块化建筑技术规程》为深圳市工程建设地方标准，编号为SJG130-2023，自2024年2月15日起实施。同日，深圳市住房和建设局批准《钢结构模块化建筑技术规程》为深圳市工程建设地方标准，编号为SJG129-2023，自2024年2月15日起实施。

2024年1月，广州市住建局公布了2024年工作计划，将推动全面实施装配式建筑，试点建设模块化建筑，探索像造汽车一样造房子。

运用范围

酒店公寓

随着旅游业的飞速发展，酒店公寓建筑成为了近年来建筑领域的热点，而模块化建筑技术则在这一领域中得到了广泛的应用。模块化建筑制造过程高效，用更少的时间和资源构建更大的空间，提前投入使用，从而提高客房使用率，减少资金回收的压力。例如，2018年，雄安市民服务中心凯骊酒店使用的模块化建筑，仅用100天就完成安装并交付。

居住住宅

模块化建筑技术具有优越的隔音和抗震性能，在住宅领域的应用优势越来越受到人们的重视。通常情况下，模块化建筑能够节省40%至60%的施工时间，有效减少建筑工期的同时，提高了工程速度，保障了工程质量。例如，2012年，镇江新区港南路公共租赁房是全国首个采用模块化建筑技术的高层住宅（18层），从设计到竣工只用了18个月，减少了建筑过程对空气、土壤等环境的破坏。

学校教育

在学校教育领域中，模块化建筑技术的应用也已经逐渐成为了一种趋势。由于校园类建筑多为重复性的空间单元，如：教室单元、宿舍单元、实验空间等，其室内空间和建筑立面都较容易实现标准化，模块化建筑的，建造过程简单、快捷，可以保障工期，做到按时交付。例如，北京市西城区学位应急保障工程使用绿色环保模块化建筑技术，降低了施工风险和人力成本，对缓解学位需求以及健全学位保障体系具有重要意义。

办公空间

随着互联网和数字化技术的发展，模块化建筑技术成为构建办公空间的新选择。模块化建筑能够更加灵活地满足各种不同需求，为企业节约成本，提高效率。例如，雄安市民服务中心企业临时办公区采用高标准化与设计多形态组合，如图7所示。均采用4×12米的箱体，组合成各种建筑功能空间，全面实现建造高效与低碳制造。

体系特点

模块化建筑可将传统建筑安装与装修90%以上的工序转移至工厂环境下完成，通过海陆多式联运实现全球运输，施工现场采用“乐高式”整体吊装，最高可建30层楼永久性建筑，并实现建筑模块可再分拆、重组、循环利用。该建筑体系与传统建筑方式相比，该项技术可减少建筑垃圾90%以上，循环利用率达70%，碳排放量减少60%，建设周期缩短70%，是全球目前装配率、循环利用率最高的绿色建造技术，是工业化成品建筑的最高表现形式。

箱式钢结构集成模块化建筑

箱式钢结构集成模块化建筑（以下简称“模块建筑”）是指将民用建筑的功能空间分隔为具有特定功能的模块单元，相关部品实现工业生产和模块化组装的一种新型建造方式。钢结构模块化集成组合建筑（Steel-MIC）技术是将建筑物的各功能房间先拆分成一个个模块，每一个模块（结构、安装）在工厂进行生产、组装、加工、装修等，当送到工地现场时，每个模块内基本达到装修入住前的程度，解决了混凝土结构施工成本高、效率低等诸多传统建筑存在的问题。箱式钢结构集成模块建筑是指采用工厂预制的箱式钢结构集成模块在施工现场组合而成的装配式建筑，也可与框架、钢框架支撑等抗侧力体系共同组成装配式建筑，装配率能达到90%以上。

装配式钢结构集成模块化建筑

装配式钢结构集成模块化建筑体系通过单元组合建筑整体最高可达6层。这一体系具有以下特点：

1.符合国家当前大力推广装配式、发展钢结构建筑的方针政策。

2.单位面积自重轻,约为传统钢混结构的1/3。

3.绿色环保,每个建筑模块均可整体拆卸循环使用。

4.现场施工周期短,约为传统建造方式的30%。

5.建筑模块适合海运、公路联运。

6.可以和任何建筑外墙材料连接,包括玻璃幕墙、铝板和大理石等。

7.生产能力强,实现"在车间流水线上制造房子"目标。

8.建筑应用类型广,可定制设计建造,广泛应用于公寓、酒店、学生宿舍、商业办公等永久性建筑。

参考资料

体系优势

建筑全生命周期碳排放可分为隐含碳排放、运行碳排放，其中，建材生产、施工、维护、拆除、回收处置等过程产生的碳排放被称为隐含碳；在建筑使用过程中因维持建筑内部环境或使用功能所需的设备运行等产出的碳排放被称为运行碳。控制隐含碳排放是降低建筑碳排放的关键。由于模块化建筑均在工厂内完成加工建造，现场无水作业，基本不产生额外的建筑垃圾，其绿色低碳优势，不仅体现在建筑生产过程中，还体现在建筑使用过程中。

主要分类

模块化建筑可分为两大类，分为永久性模块化建筑（PMC）和非永久性模块化建筑（NPMC），两种体系都在可控的工厂环境下预制功能性建筑单元。然后将独立的“模块”或“吊舱”运送到现场，吊装到适合位置后进行接缝处理和内装。

永久性模块化建筑

永久性模块化建筑（PMC）是指一旦建成，几乎在任何形式上都类似于传统房地产项目的永久性建筑。使用PMC工艺，模块可以改造现有的建筑物，或者项目是围绕模块化建筑技术设计的，从一开始就成为交钥匙解决方案。

非永久性模块化建筑

非永久性模块化建筑（NPMC）是指使用模块化技术来创建可移动的建筑物和结构，例如移动教室，展示厅或临时医疗诊所。像PMC项目一样，NPMC建筑物按照当地的建筑规范和规定建造，但可以根据需要进行重新安置和改造。

体系创新

中集乐高式

2023年2月，中华人民共和国住房和城乡建设部印发《装配式建筑发展可复制推广经验清单（第一批）》，总结提炼全国各地大力发展装配式建筑中形成的有关政策引导、技术支撑、产业发展、能力提升、监督管理、创新发展等方面经验做法，其中，前海区内企业中集集团“整体式钢结构集成模块建筑系统”经验做法，获住建部发文推广。中集“乐高式”模块化建筑经验已获各项专利160项，其中发明专利33项。同时，该项经验获英国、美国、挪威、新加坡、中国香港等国家和地区的准入资质，满足全球范围大多数国家和地区的永久性建筑标准，现累计为全球客户提供约10万个模块、建筑面积近400万平方米，代表性作品包括深圳前海深港创新中心、巴西南极科考站、非洲吉布提自贸区酒店等，还为2022年卡塔尔世界杯、联合国维持和平部队等提供了各类模块化建筑产品。