模块化建筑调研.doc

广州大学
专业调研报告

题 目： 关于模块化建筑的调研
导 师： 张季超
专 业： 土木工程
小组成员： 董旭晖

广州大学土木工程学院
二○一五年十一月

关于模块化建筑的调研

在建筑工业化发展道路上，模块化建筑是建筑工业化高度发展的结果，其核心概念就是标准化的预制装配式空间模块。用工厂预制的盒子状立体构件运到施工现场组装成的房屋，创造出了前所未有的建筑形象。本文对模块化建筑的优势、劣势、材料、意义、各种模块化建筑形式等做出了介绍。

关键词：模块化建筑；盒子建筑；集装箱；成本；建造时间；可持续发展；

一、引言 1
二、模块化建筑的定义 1
三、模块化建筑的发展 3
四、模块化建筑结构综述 6
五、模块化建筑的结构体系与组装方式 9
六、模块化建筑办公楼 11
七、模块化建筑酒店 12
八、模块化建筑公寓 14
九、个人小结 17
十、参考文献 18

一、引言
现在的建筑大多数都是框架式的，未来的建筑应该是拼插模块式的，以这种形式所建造的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建筑整体。在本文中将结合实例对模块化建筑的定义、发展、优势与劣势、结构特点、组装方式的内容做出介绍。

二、模块化建筑的定义
模块化建筑作为一种独特的建筑结构形式，用工厂预制的盒子状立体构件运到施工现场组装成的房屋，早在20世纪50年代的瑞士就形成盒子建筑结构体系。是具有鲜明的时代特点的建筑思想与建筑技术的结合，在当代高技术条件下思考空间问题，模块化建筑节约资源，在材料和物理性能方面多样化，体现了现代设计的间接性和功能性。
模块化建筑是用一个个盒子搭配而成，盒子内一切设备、管线、装修、固定家具均已做好，外立面装修也可以完成。将这些箱形的整体构件运至施工现场，就像“搭建积木”一样拼装在一起，或与其他预制构件及现制构件相结合建成房屋。形象地说，在盒子结构建筑中一个“房间”类似于传统建筑中的砌块，在工厂预制以后，运抵现场进行垒砌施工，只不过这种“盒子式的房间”不再仅是一种建筑材料，而是一种空间模块。现场仅需要完成盒子就位，构件之间的连接，管线连接等总体工序。
模块化建筑是一种新型房屋建筑结构型式。这种构件是由顶板、底板和四面墙板组成，是六面体形（也有的做成五面和四面体的），因它的外形很与盒子相似，故称“盒子构件”。这种盒子构件，只需要在工厂成批生产一些六面、五面或四面的型体，一个房间大小为空间标准的盒子构件，在现场将其交错迭砌组合起来，再统一连接水、暖、电等管线，就能建成单层、多层或高层房屋建筑。
目前世界各国对盒子式建筑技术都有所应用。盒子式建筑构件的材质各有特点：①钢筋混凝土材质的盒子刚度与强度相对较大，使用期限较长，批量生产效率较高。但是由于其重量较大，运输难度较大，拼装时需要利用吨位较大的起重设备。②轻质混凝土就是利用各种轻质混凝土制成，这种构件多用于低层或者独栋建筑的搭建。③金属骨架型盒子构件的制作多使用各类钢材，例如普通钢、轻型钢或者铝合金等。在搭建好的骨架上铺设水泥板或者石棉、模板或者金属板皆可。使用这种方式制成的盒子运输较方便、组装难度较小，使用的起重设备吨位较小。④木盒子应用时间较长，发展较为成熟，在美国地区应用的较多。森林资源丰富的地区可以选用此中材质制作盒子构件。⑤塑料盒子，由于塑料的强度较低，可用期限较短，目前多用于制作灾区安置点。
　　通常情况下，盒子构建会被制作成四边形，此中盒子由于与传统建筑模式较为贴近，受到大部分人的喜爱。但是目前人们对建筑物的外形有了不同的需求，许多人会将盒子构件制作成五边形或者六边形。六边形的盒子构件自身也存在一定的优点，例如由于其墙面增多，能拥有更多的窗口，对于通风能更好的满足需求，并且由于此种形状自身的特点，能很好的实现自身房屋的相对封闭性，隔音性能较好，能有效屏蔽邻居传来的噪音。

三、模块化建筑的发展
由于模块化建筑对比传统化的房屋建筑有着更精良的工艺，原材料的大批量采购和能够选择在劳动力比较低廉的价格建厂，降低了成本，用料省，组装方便的等优势让模块化建筑迅速发展起来。
在模块化建筑发展的初期，房屋的设计样式比较有限，大部分厂家都是根据客户的需要来对模板房屋进行一定的改动，总体风格是单一而落伍的。在近几年的发展中，越来越多的人了解到了这种新型的住宅建筑模式，开始涌现出了越来越多的设计方案。为了迎合大众对模块化建筑多样化的需求，现在模块化建筑的设计可以采用任何的风格，与传统房屋设计没有很大区别。与此同时，模块化建筑也在发展过程中越来越受到大众的欢迎。
模块化建筑是随着工业化发展和城市化进程发展起来的，可持续发展已经成为人们普遍认同的社会经济发展模式，模块化的建筑设计中大大引入了可持续建筑设计的很多思想，这成为了在当代解决居住问题的方法之一，也将成为未来生活空间的一个重点。
不过在国内，模块化建筑发展的真实情况是，市场积极先行，政策缓慢趋后。相比模块化建筑“开发商”的市场拓展之忧，相关政策的不到位，则更让人显得心焦。在国外如鱼得水般地搭建模块化建筑的国内企业，在中国，颇有感悟地意识到“再好的种子，也要找到合适的土壤。”
作为崭新的住房模式，模块化建筑及活动房屋在国内房屋市场，更像个尴尬闯入者。“目前中国市场上运用得相对成熟的主要集中于一些特殊行业，如气象监测，极地考察、石油勘探、军用设施等野外后勤系统。”某企业总经理马先生说。
而模块化建筑以住房的身份进行大批量使用和建设，则几无可能性。“这主要受限于土地使用权问题。” 复旦大学管理学院住房政策研究中心执行主任陈杰说。“没有土地使用权，也许今天建好了，明天就被吊走了。”张木生解释现实情况。
对于那些决心在模块化建筑市场上有一番作为的“开发商”来说，他们并不愿将集装箱房屋的拓展范围变小，也不认同模块化建筑的档次低端化，相反，在混凝土建筑重围中独辟蹊径，做出创意和特色才是他们开发这类住房的目标。
有些企业紧盯的是如今火热兴盛的旅游地产，比如开发建设汽车营地。以集装箱房屋和组合房屋的便捷和可移动性，似乎更适合旅游这个人次流动异常频繁的市场。“会有比集装箱房屋更适宜在风景区建一个对环境破坏力最低，而又最具创意特色、最具灵活性的建筑形式吗？”马先生反问。“模块化建筑在这方面表现优异出色。如果说它不能大规模地普及开来，也是因为人们对它不甚了解，或者应用的不够认真熟练。”
国际已公认模块化建筑为低碳环保的建筑形式。在英国、日本、法国等不少城市，集装箱和组合房屋被广泛地用于制造住宅、博物馆、专卖店、办公楼、展馆、旅游区别墅、汽车旅馆和各类创意建筑，不仅在民间的运用相当普遍，政府也大力支持并积极参与其中，荷兰的首府阿姆斯特丹则是世界上拥有模块化建筑最多的城市。
　　随着社会经济的不断发展，对生活的各方各面都产生了深远的影响，也对建筑物的各方各面提出了更高的要求。建筑模式的多样性对促进建筑行业的的发展能起到十分重要的作用，模块化建筑是建筑的一种新模式，应用前景十分广阔。由于传统砖混结构对耕地可能造成的破坏，相关政策已经明确规定不能在建筑物中继续使用粘土砖，这种情况下新型建筑模式由于其技术上的优越性能取得更进一步的发展。
目前我国建筑产业的发展速度较快，市场对建筑的需求量较大，但是由于传统建筑施工技术建设周期长的特点，无法满足当前我国居民的建筑物需求，并且由于我国制定的可持续发展战略对见地建筑物施工过程中的环境资源消耗量提出了更高的要求，所以发展以及推广模块化建筑是十分必要的。

四、模块化建筑结构综述 
（一）模块化建筑优点和缺点
模块化建筑在施工方面的特点是施工周期比起传统建筑要小得多，能够缩短二分之一到三分之一，和大板房相比，模块化建筑的周期可以缩短50%到70%，能够加快资金的周转，尽快发挥投资的效益，满足了用户的需要。这种房子比较适合在房荒严重和等待住宅解决困难的地方，工厂一般都在靠近河岸的城镇上，以降低运输方面上的成本。并且由于模块化建筑的重量比较重，需要采用大吨位的吊车吊装，这使其在施工上受到一定的限制，同时增加了成本。
由于工业化生产程度比较高，模块化建筑还可以大大节省用工。相比大板房屋，总用工量可以减少10%到15%。相比砖砌建筑，总用工量可以减少30%到50%。在施工现场，用工量相比大板房屋可以减少一半以上。模块化建筑在设备上的损耗能够大大降低，工人工作的条件也能够得到大大的改善，免去了日晒之苦。同时施工过程可以大大降低气候的影响，对于组织常年均衡施工，按时完成任务十分有利。
模块化建筑的装配化程度高（装配程度可达85%以上），修建的大部分工作，包括水、暖、电、卫等设施安装和房屋装修都移到工厂完成，施工现场只余下构件吊装、节点处理，接通管线就能使用。
混凝土盒子构件是一种空间薄壁结构，自重较轻，与砖混建筑相比，可减轻结构自重一半以上。
模块化建筑对比传统建筑方式的优势还在于它的可持续性，由于模块化建筑采用的是非现场制造，避免了现场施工产生的噪音污染和环境污染，并且其生产的产品在其生命周期内能源利用率很高，产品在拆卸后依然有许多的材料能够再利用。这样的非现场建造方式除了提供成套装修或未装修的住宅，还能够提供传统建筑方式的部品构件，如室内板墙系统、厨卫单元、外墙系统等等，这些构件均可以直接运往现场进行安装。
模块化建筑的劣势主要是建造盒子构件的预制工厂投资太大，运输、安装需要大型设备，建筑的单方面造价也较贵，比较难以在大众中推广。
（二）模块化建筑设计施工方面应遵守的原则 
　　与传统建筑设计原则一样，模块化建筑设计的一般原则同样是适用、经济、坚固以及美观。因为建筑在日常生活中起到了非常重要的作用，使用过程中的体验对此模式的未来发展有决定性作用。并且由于模块化建筑的先进性，在满足上述条件之后，还需要在传统的基础上进行发展创新。自古以来建筑在人们生活中都扮演了十分重要的角色。作为新型技术需要对建筑内部的舒适性有更高的追求，让此种建筑模式在市场经济中更具竞争力。由于模块式建筑大都是可移动的，可能会给客户造成不稳定、不安全的负面印象，所以需要在设计时对建筑的安全性、稳定性更加重视。
模块化建筑设计的一般规定
1 、集装箱组合房屋宜用于以集装箱自然开间为主要功能间的低层和多层建筑，其建筑设计应符合模块集成性、组合多样性和功能实用性的原则有效地利用空间和便于建造施工。当符合工程技术经济合理性要求时，箱体宜采用既有集装箱。
2 、集装箱组合房屋的建造场地与环境条件应符合环境保护相关规定的要求。
3 、集装箱组合房屋应满足下列使用要求，各项功能的设计指标应符合国家现行有关标准的规定。
  ① 使用功能合理，空间组织便捷。
  ② 满足采光、照明、通风、隔声、保温、隔热、防水和卫生等功能要求。
  ③ 满足防火、疏散、防护等使用安全要求。
  ④ 满足节能与环保的要求。
  ⑤ 具有环境艺术效果。
4 、集装箱组合房屋的建筑设计，应与结构设计相协调，壁板开孔或箱体的大悬臂布置，应符合结构安全性的要求。

五、 模块化建筑的结构体系和组装方式
1、无骨架体系：适合低层、多层和小于等于18层的高层建筑。
一般由钢筋混凝土制作，目前最常用采用整体浇成型的方法，可以使其刚度特别大。

2、骨架体系：空体框架、有平台框架、筒体结构等。
通常用钢、铝、木材、钢筋混凝土作为骨架，用轻型板材围合形成盒子。这种构件质量很轻，仅100——140kg/m²。

用盒子构件组装的建筑大体有一下几种方式：
①上下盒子重叠组装；
②盒子构件相互交错叠置；
③ 盒子构件与预制板材进行组装；
④盒子构件与框架结构进行组装；
⑤盒子构件与筒体结构进行组装。

六、 模块化建筑办公楼
我们小组于11月8日到深圳市前海模块化建筑办公区参观过，该办公区为由集团成员企业深圳中集投资控股有限公司建造的国内规模最大的行政办公类集装箱模块化建筑群，拥有绿色环保、可移动性及循环利用等特点。该项目属于临时办公区，共使用集装箱约333个，项目充分贯彻绿色环保的建筑理念，循环利用旧集装箱改造建成。3-5年后为配合新的发展规划，建筑可实现快速拆除，不会对地面及周边产生破坏，也不产生建筑垃圾，有效保护当地的自然环境。另一方面，拆除后的建筑可通过车辆运输至其他场所继续服务，实现循环利用，大大节约建筑资源与时间成本。此外，该建筑效率是十分高的，前海临时综合办公区项目从项目设计到交付施工周期仅用了80天，80天建造一个建筑面积9300平方米的办公楼对于传统建筑而言是难以想象的，然而模块化建筑为满足客户需求创造了可能。模块化建筑通过工厂预制有效地提高了施工效率，缩短了建筑交付使用的周期，为客户节省大量时间。
这个办公区代表着建筑工业化、绿色施工和循环经济的发展方向，不仅周期短、速度快，其丰富的空间组合也使得建筑效果更加靓丽，可实现中国传统元素和现代技术的有机结合。

七、 模块化建筑酒店
位于码头和附近公园之间的双层集装箱酒店，其平面构成动感十足，并忠实地遵循了日本传统的设计美学。
Bayside Marina 集装箱酒店是一个海滨别墅酒店。它在两个方面区别于本书中的其他集装箱建筑项目。首先，它不是由集装箱建造的单一结构，而是由一系列临时建筑组成的动态风景构成。其次，它不是单纯由集装箱建造的，而是由12米(40英尺)标准大小的海运集装箱制成的模块化单元建造而成的。
该集装箱建筑群由31个独立单元(平面)的、有双层高度(复式)的集装箱公寓组成，餐厅、入口和服务空间都被塞进这一由相同模块组成的体系中。每一单元朝向不同，从这里可以看到附近码头停泊着游艇的海上风光以及附近公园的远景。单元之间的实体分隔保证了足够的隔声效果和私密性，同时营造了一种动态的景观。建材上的节约，精致的细节，柔和的色彩以及极简主义的室内外装饰处处体现了日本设计风格。传统的日本美学和虚空的道教哲学认为空间的真正美感在于屋顶和墙壁之间的留白，室内应适度装饰而不是被物品所制约。集装箱的短边墙为整面玻璃，这使得室内显得十分明亮。
预制单元在泰国制造，随后运输到日本。由于希望通过集装箱货轮直接运输，这些预制单元采用了相同的标准集装箱尺寸和连接五金件。这些单元在泰国组装完毕，然后运到日本的预定地点。到达目的地后，这些单元可以很容易地通过螺栓固定到位并与市政设备相连，是一种快捷经济的现场安装方式。

八、 模块化建筑公寓
这个外观颇像堆积在一起的集装箱的建筑，位于著名的港口城市-荷兰的阿姆斯特丹，由MVRDV建筑设计室设计建造而成。
建筑艺术是理性与创意的结合，既需要独特创见，又不能脱离理性分析，因为建筑物的实用性不可忽略。然而，由来自鹿特丹的三位年轻小伙子组成的MVRDV还要更进一步。
自1991年成立以来一直走实验性建筑路线，三位荷兰建筑师发挥丰富的幻想力，以实验性概念在阿姆斯特丹西部海港Strekdam 区域边缘建起了Brand New 公寓房屋——Silodam plex。
Silodam是一个在阿姆斯特丹的海港区建造的混合经济房项目。MVRDV与当地政客、规划管理局、未来可能入住的居民举行了无数次谈判———所有这些人主张的房屋布置都是不同的。最终MVRDV把所有数据输入了电脑，最终建成了Silodam-157套大小、价格各异的公寓房集中在一个十层的彩色大楼里，从阿姆斯特丹港口边“升起”，就像一个集装箱货船。从外面看，Silodam非常简单，但是其内部是充满了大量住宅单位，经济地混合成了一个“迷你社区”，一系列的公用走廊和过道让人们可以方便地从这一头走到那一头。
MVRDV 义无反顾地将一般人认为应该有的概念全部抛弃，打造一个彻头彻尾创新的海滨微型小区。全长300米，共十层楼高，色彩斑斓的巨型积木横竖在IJ 河床上。MVRDV 采用便宜的建筑材料，墙身不是司空见惯的玻璃帷幕或清水混凝土，而是一块块大小雷同、简单不过的铝窗与铝板。
最能表达出Silodam plex 的复杂创造性的莫过于建筑物西部末梢的住户公共露台区。在荷兰当代建筑规划中，最大限度地展现空间感和透明度是大多数设计师的共同点。MVRDV 也不例外。这个矗立于海面之上、能将IJ 湾的美景尽收眼底的开放露台区，其底部设计能让小船只自由地穿行。
其实，Silodam 大可安逸地靠稳于地盆上施工，MVRDV 却不寻常地将建筑伫在水中央，在人工码头的尽处动工建屋，混凝土柱支撑建筑外部，底部前端特别设置一水底堤坝，防止船只误闯撞碰建筑。尽管如此，Silodam 依然赢尽了国际声誉，荷兰人也心甘情愿掏出真金白银来购买。600平方米商务住宅用地，共有142间自购及15间租赁的公寓房屋，户户拥览无敌海景，是未来人类安居的小区雏形。

九、个人小结
我在此次调研中主要负责了收集模块化建筑的定义和发展的部分，通过对相关资料的查阅和亲自去前海现场的参观，完全可以看到模块化建筑正在高速发展。未来的发展趋势，将走向模块化组装，这是一个新型建材一个最突出的特点，也就是说，整体卫浴、整体各种体系，房屋，包括梁柱、框架、维护墙都是逐渐的变成模块化组装，提高效率，而且还有异形结构这种构件、布件，布品化，这种发展速度将会越来越快，传统的建房这些手段，将有深刻的变化。模块化建筑是拥有有鲜明建筑特点和建筑思想的建筑，高度契合当今可持续发展社会的主题，能较大程度上的解决目前存在的空间和可持续发展的问题，具有极大的现实意义。

十、参考文献

1、《建筑构造》（下册） 华中科技大学出版社 主编：安艳华、裴刚
2、《建筑构造》（下册） 中国建筑工业出版社 主编：重庆大学 刘建荣、翁季
3、 《香港集装箱建筑》 中国建筑工业出版社 主编：柏庭卫、顾大庆、胡佩玲
4、 《模块化建筑的设计特点及其可操作性》 主编：胡志斌 王彦峰
5、 《模块化建筑空间设计的发展研究》 主编：曲媛媛
6、郭艳艳.模块化房屋建筑结构[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(23) 
7、《集装箱房屋建造：另类房地产“开发”》（电子版）远东集装箱网2013
8、《集装箱模块化组合房屋技术规程（CECS 334：2013）》 中国计划出版社 主编：中国钢结构协会