香港高層MiC模塊化建筑創新實踐探討

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

1 香港MiC模塊化建筑現狀

組裝合成建筑法（Modular Integrated Construction，MiC）是一種創新的建造方法，具體指將預制廠生產的獨立集成組件（已完成裝修和固定附屬物）運送至工地，再安裝成為建筑物，產品形式相當于內地的“模塊化建筑”[1]。

為緩解香港建筑行業勞動力不足、建造周期長等問題，前香港特別行政區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。香港特別行政區政府積極推動在樓宇項目中采用MiC建筑法，以提升建造業的生產力和成本效益。MiC建筑相比傳統建造方法可縮短約30%～50%的施工時間，減少約10%的建筑成本，而且生產力、質量、環保和安全等表現更好。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，香港特別行政區政府在政策上更加鼓勵MiC這種快速建造模式。從目前規劃來看，香港MiC市場重點圍繞過渡性房屋、高層MiC兩個領域發展[2]。

1.1 過渡性房屋現狀

香港特別行政區政府在全港統一規劃建設過渡性房屋，作為公屋輪候的緩沖。該建筑特點：房屋采用全鋼結構模塊化建筑結構形式；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；房屋設計考慮2人、3人、4人戶型，滿足不同家庭需求；建筑基礎較為簡單，且在10～12個月內能夠快速建造完工；房屋為臨時建筑，一般使用年限為2～5年，預計會考慮回收使用。

1.2 高層MiC現狀

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

目前香港特別行政區政府、醫院、學校、實驗室等公建項目大量提倡采用MiC，如觀塘綜合發展公務員學院（約25層、2 000個單元），香港理工大學何文田學生宿舍（約12層、1 200個宿位）、九龍塘學生宿舍（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年內要建設完成的工程，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狀，中建科工集團有限公司（以下簡稱“中建科工”）研發了鋼結構高層MiC住宅體系，為香港的高層MiC和內地模塊化建筑提供借鑒。

2 高層鋼結構MiC住宅方案

高層（20層）鋼結構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，由混凝土核心筒結構與鋼結構模塊組成。具體方案立面布置，如圖1所示?；炷w土核心筒（圖1中陰影區域）充當附屬設施房間功能，作為單體建筑的消防通道樓梯、入戶門電梯井、設備房、垃圾房等附屬設施房間。核心筒采用框架剪力墻結構，抵抗建筑的側向力，混凝土強度等級為C45，鋼筋為熱軋帶肋高強度鋼筋，強度等級為500B。鋼結構模塊（圖1中空白區域）充當家庭居住功能，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，每個戶型均設有煮食空間及洗手間。單個模塊承擔單體建筑豎向荷載，該住宅方案共由229個鋼結構模塊組成[3]，其設計符合GB 50017－2017《鋼結構設計標準》相關規定。

圖1 方案立面布置圖

方案結構設計滿足香港地區建筑設計相關規定，其中模塊與基礎、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構MiC住宅方案。

結構設計重點開展符合香港規范的20層MiC模塊結構體系、可拆卸連接節點、鋼模塊與混凝土連接節點、連接防水節點設計，形成標準化的結構方案。具體開展方向如下。

（1）對裝修方案、裝修工藝、裝修材料進行研究，形成標準化的裝修材料庫及裝修方案。

（2）對機電設備選型及安裝工藝進行研究，結合結構和裝修方案進行優化設計，形成標準化的機電方案；推出多種適應香港市場的標準化公屋產品并輸出產品標準，同時模塊結構與機電裝修在模塊化建筑生產線加工制作，發揮新型建筑工業化系統集成綜合優勢。

（3）采用整體衛浴、集成廚房、整體門窗等建筑部品部件，充實整體單元式產品的產業配套能力。

該方案采用系統化集成設計，重點推進建筑、結構、設備管線、裝修等多專業一體化集成設計，提高建筑整體性。

3 高層鋼結構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層樓的樣板作為優化模塊制作工藝，并論證可拆卸模塊連接節點的適用性。樣板樓位于廣東省惠州市中建科工X-park零碳智慧園區，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，布局和結構計算按照20層可拆卸結構體系標準原版還原，模塊結構、機電和裝修按照香港規范設計施工。

3.1 模塊制作

單個模塊結構尺寸為4.6 m×6.4 m，材料所采用熱軋結構型鋼，其等級為Q345C，并符合香港鋼結構作業守則的相關規定。所有熱軋結構鋼、基板，預緊螺栓、螺母和墊片應按照規范 BS EN ISO 1461：2009中的要求進行熱鍍鋅，鍍鋅的平均涂層厚度至少要達到85 μm。模塊地面采用預制混凝土。鋼結構模塊制造公差為±2 mm。維護體系采用“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規程》的規定：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。

鋼結構模塊加工工藝包含：材料下料、型材鍍鋅、部件加工、頂底端框組裝、箱體總裝、模塊打磨、閉水試驗、油漆防火涂料噴涂、預制混凝土地面安裝。

鋼結構模塊機電及裝修工藝包含：放線、包梁包柱防火石膏板安裝、龍骨安裝、巖棉安裝、加強鐵板安裝、石膏板安裝、粉刷膩子及油漆、門窗安裝、廚衛防水作業、墻面瓷磚鋪貼、地膠鋪貼、廚衛五金及給排水安裝、衛浴安裝、給水壓力測試、排水通水測試、通電測試、外墻鋁板安裝。

3.2 鋼結構模塊安裝

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

鋼結構模塊安裝工序：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]。

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

圖2 高層可拆卸連接節點

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個精準錐和2個松錐，任意對角線定位錐為精準錐，另一對對角線定位錐為松錐。吊裝安裝時以精準錐作為精確主動定位，其余2個角件作為被動定位?，F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，需要現場進行定位錐修改。

箱體防水包含箱體水平縫和豎向縫的防水施工。建筑層內的箱體間水平拼縫采用多層防水做法，施工過程中需嚴格按照施工工藝流程，逐層進行施工。箱體頂部水平縫防水施工完成后進行連接板固定，在安裝下層箱體前，需進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）采用內填“聚乙烯（PE）棒＋丁基膠帶”的方式進行防水處理。施工過程中應注意箱體間縫隙大小，若箱體間隙過大，需要先填充PE棒和巖棉并打發泡膠填充，然后再進行表面打膠處理，在打膠過程中須確?？p隙填充密實。

本方案基于市場需求，研發了20層可拆卸模塊化建筑結構體系。在該樣板樓建成后開展可拆卸試驗，將模塊拆卸后進行運輸試驗，然后吊裝復原，整個建造過程和拆裝過程模擬香港可拆卸MiC的建筑要求，模擬過程進展順利，方案可實施性較強，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樣板樓的成功應用及實踐將為加快行業建造方式轉變、推動建筑業高質量發展提供有益借鑒。

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和實踐探索等工作，完成深圳市灣區會展國際酒店、中央援港應急醫院、深圳市榮盛小學等一大批項目，其中灣區會展國際酒店是國內最大的永久模塊化酒店，包括7棟18層高層鋼結構裝配式酒店和5棟7層模塊化酒店，共1 288個模塊化箱體，4 840個房間。在助力整個行業發展的同時，筆者希望整個MiC體系包括整體單元式產品等先進技術有更好的發展，借鑒香港模塊化建筑發展的成功經驗，發揮強強聯合的引領帶動作用。希望今后可以改善以下問題。

（1）完善模塊化建筑信息技術融合，將基于工業互聯網推進向數字化和智能化的轉型，努力實現模塊化建筑各個建造階段的信息互聯互通和交互共享，最終實現全價值、全產業鏈的數字化，提高建筑行業全產業鏈資源配置效率。

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

（3）提升模塊化建筑創新發展，重點研究新型技術體系、制定標準[7]，最終實現數字化設計、工業化生產和智慧化運維，享受新型建筑工業化變革孕育的美好生活。