香港高層MiC模塊化建筑創(chuàng)新實(shí)踐探討

曾志文，喬永強(qiáng)，李任戈，溫慶年，李志禹（中建科工集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518040）

1 香港MiC模塊化建筑現(xiàn)狀

組裝合成建筑法（Modular Integrated Construction，MiC）是一種創(chuàng)新的建造方法，具體指將預(yù)制廠生產(chǎn)的獨(dú)立集成組件（已完成裝修和固定附屬物）運(yùn)送至工地，再安裝成為建筑物，產(chǎn)品形式相當(dāng)于內(nèi)地的“模塊化建筑”[1]。

為緩解香港建筑行業(yè)勞動力不足、建造周期長等問題，前香港特別行政區(qū)行政長官林鄭月娥在2017年首個施政報告中明確提出香港要引入先進(jìn)的組合建筑方式，2018年宣布開始正式推行MiC。香港特別行政區(qū)政府積極推動在樓宇項(xiàng)目中采用MiC建筑法，以提升建造業(yè)的生產(chǎn)力和成本效益。MiC建筑相比傳統(tǒng)建造方法可縮短約30%～50%的施工時間，減少約10%的建筑成本，而且生產(chǎn)力、質(zhì)量、環(huán)保和安全等表現(xiàn)更好。近3年，為著力解決公屋輪候周期長（平均6～8年）等社會問題，香港特別行政區(qū)政府在政策上更加鼓勵MiC這種快速建造模式。從目前規(guī)劃來看，香港MiC市場重點(diǎn)圍繞過渡性房屋、高層MiC兩個領(lǐng)域發(fā)展[2]。

1.1 過渡性房屋現(xiàn)狀

香港特別行政區(qū)政府在全港統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)過渡性房屋，作為公屋輪候的緩沖。該建筑特點(diǎn)：房屋采用全鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑結(jié)構(gòu)形式；這類房屋主要以4層樓高為主，大約100～1 000個不同類型的單元；房屋設(shè)計考慮2人、3人、4人戶型，滿足不同家庭需求；建筑基礎(chǔ)較為簡單，且在10～12個月內(nèi)能夠快速建造完工；房屋為臨時建筑，一般使用年限為2～5年，預(yù)計會考慮回收使用。

1.2 高層MiC現(xiàn)狀

鑒于低層的過渡性房屋終究是臨時、非永久的，實(shí)施高層房屋才是長久之計，香港近兩年涌現(xiàn)了大量的宿舍樓、公屋樓項(xiàng)目，主要為7～25層不等，個別甚至有達(dá)到30層以上。

目前香港特別行政區(qū)政府、醫(yī)院、學(xué)校、實(shí)驗(yàn)室等公建項(xiàng)目大量提倡采用MiC，如觀塘綜合發(fā)展公務(wù)員學(xué)院（約25層、2 000個單元），香港理工大學(xué)何文田學(xué)生宿舍（約12層、1 200個宿位）、九龍?zhí)翆W(xué)生宿舍（約10層、1 680個宿位），女童軍新總部青年宿舍（約23層、576個宿位），東華三院青年宿舍（約21層、302個宿位），等等。這些都是在未來3～5年內(nèi)要建設(shè)完成的工程，市場容量極大。作為住宅，香港老百姓更傾向于混凝土建筑的舒適性，目前的高層MiC住宅主要還是以混凝土類型為主?；诖爽F(xiàn)狀，中建科工集團(tuán)有限公司（以下簡稱“中建科工”）研發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)高層MiC住宅體系，為香港的高層MiC和內(nèi)地模塊化建筑提供借鑒。

2 高層鋼結(jié)構(gòu)MiC住宅方案

高層（20層）鋼結(jié)構(gòu)MiC住宅單體建筑占地面積330 m2，單體總建筑面積6 672 m2，建筑高度61.5 m，由混凝土核心筒結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)模塊組成。具體方案立面布置，如圖1所示。混凝體土核心筒（圖1中陰影區(qū)域）充當(dāng)附屬設(shè)施房間功能，作為單體建筑的消防通道樓梯、入戶門電梯井、設(shè)備房、垃圾房等附屬設(shè)施房間。核心筒采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抵抗建筑的側(cè)向力，混凝土強(qiáng)度等級為C45，鋼筋為熱軋帶肋高強(qiáng)度鋼筋，強(qiáng)度等級為500B。鋼結(jié)構(gòu)模塊（圖1中空白區(qū)域）充當(dāng)家庭居住功能，每層由12個模塊箱體組成，箱體之間的排列分割組成4種戶型，面積分別約為14.21 m2、16.63 m2、21.46 m2及28.33 m2，每個戶型均設(shè)有煮食空間及洗手間。單個模塊承擔(dān)單體建筑豎向荷載，該住宅方案共由229個鋼結(jié)構(gòu)模塊組成[3]，其設(shè)計符合GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定。

圖1 方案立面布置圖

方案結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足香港地區(qū)建筑設(shè)計相關(guān)規(guī)定，其中模塊與基礎(chǔ)、模塊與模塊、模塊與核心筒三者的連接方式均為螺栓連接，組合形成了可拆卸鋼結(jié)構(gòu)MiC住宅方案。

結(jié)構(gòu)設(shè)計重點(diǎn)開展符合香港規(guī)范的20層MiC模塊結(jié)構(gòu)體系、可拆卸連接節(jié)點(diǎn)、鋼模塊與混凝土連接節(jié)點(diǎn)、連接防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計，形成標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)方案。具體開展方向如下。

（1）對裝修方案、裝修工藝、裝修材料進(jìn)行研究，形成標(biāo)準(zhǔn)化的裝修材料庫及裝修方案。

（2）對機(jī)電設(shè)備選型及安裝工藝進(jìn)行研究，結(jié)合結(jié)構(gòu)和裝修方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，形成標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)電方案；推出多種適應(yīng)香港市場的標(biāo)準(zhǔn)化公屋產(chǎn)品并輸出產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，同時模塊結(jié)構(gòu)與機(jī)電裝修在模塊化建筑生產(chǎn)線加工制作，發(fā)揮新型建筑工業(yè)化系統(tǒng)集成綜合優(yōu)勢。

（3）采用整體衛(wèi)浴、集成廚房、整體門窗等建筑部品部件，充實(shí)整體單元式產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)配套能力。

該方案采用系統(tǒng)化集成設(shè)計，重點(diǎn)推進(jìn)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線、裝修等多專業(yè)一體化集成設(shè)計，提高建筑整體性。

3 高層鋼結(jié)構(gòu)MiC住宅樣板

為研究該方案的建造工藝，選取由12個箱體和混凝土核心筒組成的3層樓的樣板作為優(yōu)化模塊制作工藝，并論證可拆卸模塊連接節(jié)點(diǎn)的適用性。樣板樓位于廣東省惠州市中建科工X-park零碳智慧園區(qū)，建筑面積330 m2，建筑高度10.5 m。樣板建筑包含模塊化箱體和混凝土核心筒，布局和結(jié)構(gòu)計算按照20層可拆卸結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)原版還原，模塊結(jié)構(gòu)、機(jī)電和裝修按照香港規(guī)范設(shè)計施工。

3.1 模塊制作

單個模塊結(jié)構(gòu)尺寸為4.6 m×6.4 m，材料所采用熱軋結(jié)構(gòu)型鋼，其等級為Q345C，并符合香港鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)守則的相關(guān)規(guī)定。所有熱軋結(jié)構(gòu)鋼、基板，預(yù)緊螺栓、螺母和墊片應(yīng)按照規(guī)范 BS EN ISO 1461：2009中的要求進(jìn)行熱鍍鋅，鍍鋅的平均涂層厚度至少要達(dá)到85 μm。模塊地面采用預(yù)制混凝土。鋼結(jié)構(gòu)模塊制造公差為±2 mm。維護(hù)體系采用“輕鋼龍骨＋巖棉＋石膏板”體系，同時防火石膏板包梁包柱滿足CECS 334－2013《集裝箱模塊化組合房屋技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定：梁柱耐火極限2 h，墻體耐火極限1 h，地面采用2 mm厚背襯柔性無縫聚氯乙烯（PVC）卷材墊。

鋼結(jié)構(gòu)模塊加工工藝包含：材料下料、型材鍍鋅、部件加工、頂?shù)锥丝蚪M裝、箱體總裝、模塊打磨、閉水試驗(yàn)、油漆防火涂料噴涂、預(yù)制混凝土地面安裝。

鋼結(jié)構(gòu)模塊機(jī)電及裝修工藝包含：放線、包梁包柱防火石膏板安裝、龍骨安裝、巖棉安裝、加強(qiáng)鐵板安裝、石膏板安裝、粉刷膩?zhàn)蛹坝推?、門窗安裝、廚衛(wèi)防水作業(yè)、墻面瓷磚鋪貼、地膠鋪貼、廚衛(wèi)五金及給排水安裝、衛(wèi)浴安裝、給水壓力測試、排水通水測試、通電測試、外墻鋁板安裝。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)模塊安裝

首先完成3層核心筒的施工。核心筒采用高強(qiáng)鋼筋和C45混凝土澆筑作為樓梯間，鋼結(jié)構(gòu)模塊與核心筒組成框架-核心筒結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)模塊的安裝精準(zhǔn)要求公差為±2 mm，所以對基礎(chǔ)和核心筒的埋件定位精度較高，模塊連接板的精度也至關(guān)重要，為此，需要有嚴(yán)格的安裝流程和吊裝方案來控制安裝精度。

鋼結(jié)構(gòu)模塊安裝工序：箱體埋件安裝、定位錐安裝、連接板安裝、箱體就位、箱體螺栓連接、箱體防水、箱體幕墻安裝等[4-5]。

抗側(cè)力體系與模塊、模塊與模塊、模塊內(nèi)部各構(gòu)件之間以及模塊與基礎(chǔ)間的連接對模塊化建筑承受荷載的能力至關(guān)重要[6]。模塊安裝最重要是完成3種可拆卸節(jié)點(diǎn)的安裝，分別是：模塊與地面連接節(jié)點(diǎn)、模塊與模塊連接節(jié)點(diǎn)、模塊與核心筒連接節(jié)點(diǎn)。3種連接節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 高層可拆卸連接節(jié)點(diǎn)

定位錐安裝時，箱體的4個角件定位以定位錐為主要定位對象，將4個定位錐分為2個精準(zhǔn)錐和2個松錐，任意對角線定位錐為精準(zhǔn)錐，另一對對角線定位錐為松錐。吊裝安裝時以精準(zhǔn)錐作為精確主動定位，其余2個角件作為被動定位?，F(xiàn)場安裝過程中，可能存在部分箱體制作精度超出定位錐的范圍，需要現(xiàn)場進(jìn)行定位錐修改。

箱體防水包含箱體水平縫和豎向縫的防水施工。建筑層內(nèi)的箱體間水平拼縫采用多層防水做法，施工過程中需嚴(yán)格按照施工工藝流程，逐層進(jìn)行施工。箱體頂部水平縫防水施工完成后進(jìn)行連接板固定，在安裝下層箱體前，需進(jìn)行連接板四周防水封堵，采用瀝青防水卷材在連接板四周進(jìn)行防水封堵，且卷材需反坡至連接板頂面。箱體間立面豎向拼縫（橫縫、豎縫）采用內(nèi)填“聚乙烯（PE）棒＋丁基膠帶”的方式進(jìn)行防水處理。施工過程中應(yīng)注意箱體間縫隙大小，若箱體間隙過大，需要先填充PE棒和巖棉并打發(fā)泡膠填充，然后再進(jìn)行表面打膠處理，在打膠過程中須確保縫隙填充密實(shí)。

本方案基于市場需求，研發(fā)了20層可拆卸模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系。在該樣板樓建成后開展可拆卸試驗(yàn)，將模塊拆卸后進(jìn)行運(yùn)輸試驗(yàn)，然后吊裝復(fù)原，整個建造過程和拆裝過程模擬香港可拆卸MiC的建筑要求，模擬過程進(jìn)展順利，方案可實(shí)施性較強(qiáng)，具有一定的推廣示范價值。3層MiC樣板樓效果，如圖3所示。MiC樣板樓的成功應(yīng)用及實(shí)踐將為加快行業(yè)建造方式轉(zhuǎn)變、推動建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供有益借鑒。

圖3 3層MiC樣板樓

4 MiC模塊化建筑思考

近幾年，中建科工開展了模塊化建筑的研發(fā)和實(shí)踐探索等工作，完成深圳市灣區(qū)會展國際酒店、中央援港應(yīng)急醫(yī)院、深圳市榮盛小學(xué)等一大批項(xiàng)目，其中灣區(qū)會展國際酒店是國內(nèi)最大的永久模塊化酒店，包括7棟18層高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式酒店和5棟7層模塊化酒店，共1 288個模塊化箱體，4 840個房間。在助力整個行業(yè)發(fā)展的同時，筆者希望整個MiC體系包括整體單元式產(chǎn)品等先進(jìn)技術(shù)有更好的發(fā)展，借鑒香港模塊化建筑發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的引領(lǐng)帶動作用。希望今后可以改善以下問題。

（1）完善模塊化建筑信息技術(shù)融合，將基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)向數(shù)字化和智能化的轉(zhuǎn)型，努力實(shí)現(xiàn)模塊化建筑各個建造階段的信息互聯(lián)互通和交互共享，最終實(shí)現(xiàn)全價值、全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化，提高建筑行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈資源配置效率。

（2）完善組裝合成建造工藝、裝配式整體裝修技術(shù)、整體單元式產(chǎn)品等先進(jìn)技術(shù)體系，以新型建筑工業(yè)化帶動建筑業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級。

（3）提升模塊化建筑創(chuàng)新發(fā)展，重點(diǎn)研究新型技術(shù)體系、制定標(biāo)準(zhǔn)[7]，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)和智慧化運(yùn)維，享受新型建筑工業(yè)化變革孕育的美好生活。