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摘要：目前，我国的大部分建筑施工企业仍处于将建筑材料运到安装现场，在现场进行各构件加工，然后进行构件安装的传统施工阶段。这种方式能源消耗高，劳动生产率低，根本不能适应建筑工业化的发展趋势。引入模块化施工理念将会大大提高劳动生产率，改变作业人员工作环境，降低安全事故，降低工程成本，提高工程质量。推行模块化施工可以在实际施工中收到良好的效果，同时也是建筑工业化发展的需要。
关键词：建筑工业化 模块化施工成组技术计算机仿真技术
中图分类号： TU5 文献标识码： A 文章编号：
一、模块化施工理念
为了便于理解模块化施工，我们将模块化施工和传统的施工做一比较。传统的施工过程可以简化成以下流程：先由土建人员进行土建施工；然后移交给安装人员引入钢结构、设备、管道等，期间可能需要吊车拖车等进行协助；待钢构件、设备、管道等基本引入到位后，再反移交给土建人员进行二次作业，如二次浇注，粉刷，二次地面等；当条件具备后，安装人员在某些区域进行电气仪表等精密设备的安装；最后整个系统施工完成后移交给调试与运行。而模块化施工是一种先进的施工理念，它将土建、安装、调试等工序进行了深度地交叉，在土建施工的同时，可以依照模块设计图纸，进行其它的专业施工。土建施工完毕后，专业单位根据已分好的模块，将在加工厂和制作场地制作好的模块运往现场进行装配，迅速的完成施工作业。
模块化施工，它的先进在于它大量地引入了平行作业，施工进度快，可在短期内交付使用；劳动力减少，交叉作业方便有序，施工高空作业大为减少，有利于保证安全；每道工序都可以像设备安装那样检查精度，且施工环境大大改善，有利于保证质量；施工现场噪音小，散装物料减少，废物及废水排放很少，有利于环境保护；施工成本降低。模块化施工的精髓并没有彻底颠覆传统施工理念，而是依靠当今的先进技术把它进行了优化。
二、模块化施工的方法
1.首先，整个项目设计图纸下来后，施工人员及工艺工程师根据现场的实际情况，进行施工和设计更深度的结合，也就是进行图纸的深化设计。
2.在深化设计图纸的基础上，结合下列几点将深化设计图纸转化为模块设计图纸。模块设计图纸主要解决对建筑产品进行模块划分，模块和模块之间对接的节点形式，要求偏差等问题。另外，利用成组技术将功能相近的构部件进一步优化，以便批量生产。模块设计要根据以下因素来进行：构件的节点形式、现场的运输道路情况、运输设备和吊装设备的能力、模块和模块对接的节点要求和难易程度、土建的施工方法，如采用闭口施工还是开口施工、模块和模块对接时调整面或点的设置位置等。
3．运用空间分析程序和计算机模拟仿真技术对施工的每一工况进行模拟仿真，验证模块划分的可行性，进一步优化模块。
4.模块制作。根据划分好的模块，在加工厂或制作场地进行模块制作。对于结构模块，要注意制作模块平台的平整度、模块的尺寸精度、模块的吊装点的设计、运输及吊装变形的预防。设备模块制作时，要注意设备的方向和位置、调整段的留置点位置、吊装点的选择、运输和吊装过程对设备的保护等。
5.模块运输和安装。目前，运输设备和吊装设备的发展使得小型模块的安装、运输和吊装不成问题。但如果要运输一些大型的模块，由于运输条件的限制，就需考虑靠近安装现场进行制作。运输可以通过做简易胎具进行，另外也可将小型模块运送到安装现场组装成大型模块再进行一次性安装。
三、模块化施工在具体施工中的应用
（一）下面以中冶集团的两个工程为例，说明模块化施工在具体施工中的应用。1250热轧薄板工程总投资14亿，原定合同工期24个月，但由于图纸问题等，总工期实际上只有12个月，而且土建施工完成后给安装和调试的工期已所剩不多。笔者所在分公司负责整个水系统的管道和设备安装，加热区和主厂房的钢结构制作安装工作。屋架跨度30米，在结构安装过程中，将整个厂房结构分为柱子，吊车梁和制动梁辅助桁架拼接成整体模块，每两榀屋架在地面将檩条、拉杆等全部安装完毕后作为一个模块进行整体吊装，在整个施工过程中收到好的效果，机械费用降低了20％左右，进度比原来提高了三分之一，而且大大降低了高空作业，减少了安全事故的发生。在水系统施工过程中，最大的循环水泵房24台大型水泵，8台过滤装置，阀门130余个，管道从DN200到DN1400共计500余米。依照所排工期，土建交给安装条件到安装完成时间只有15天，如果常规的施工方法，施工时间在30天左右。在施工过程中，当图纸到位后，对整个现场及吊装设备进行验算，将图纸上管道和设备安装分为水泵、水泵前支管和阀门设备、水泵后支管和阀门设备、主管道管道和阀门设备几大模块，在1250主厂房北侧300米的制作场地进行模块预制。还未等土建施工完毕，几大模块已经预制完毕，而且对于其它小的设备和管道安装也同时进行了预制（如下图），这样大大提高了施工进度，施工质量，而且改善了现场作业人员的工作环境。中心循环水泵房仅用14天就出色的完成了施工任务，而且模块化施工可以增加整个系统的完整性，可以使试车调试提前交叉进行。整个1250热轧薄板工程，正常施工作业2年完成的工作量压缩到12个月，成本降低率最后核算达到近30％，这些很大成度上得易于模块化施工。
(二）在一1160M3高爐工程中，通过运用模块化施工，大大加快了施工进度，提高了施工质量，降低了高空作业工作量，确保了安全生产。在高炉结构制作安装过程中，将高炉炉壳分为六个吊装单元模块，将高炉结构分为高炉框架柱、高炉围管及围管平台、高炉平台栏杆、高炉爬梯等几大模块，这些模块均在地面进行预先预制拼装，之后整体模块吊装，从而克服了以往由于高炉安装垂直高度高，且上部工序未完成不能进行下部工序的缺点，使得几个工序平行作业，加快了进度。在过去需要用一个月才能完成的工作量现在通过利用模块化施工仅用了18天时间就完成了高炉炉帽以下炉壳的安装，27.8米及以下框架平台的安装。另外，由于原设计的安装接点由高空改为地面，也大大提高了焊接质量。
四、模块化施工中面临的挑战和应对措施
1.首先，模块化施工使工作面很大程度的铺开，但又对生产的精细化程度要求越来越高，这就要求加强各个加工预制地点的信息沟通，信息技术成为工程建造管理中不可或缺的重要手段。只有通过信息技术的广泛应用，才能对生产过程进行有效的管理和深层次的控制。此外，信息技术的应用必须渗透到建造过程和工艺控制当中，尝试深度利用Primavera、Intergraphy及办公室自动化等相关软件资源。
2.培养施工现场技术人员的模块化设计能力，加强施工图设计与建造工程的深度结合，优化施工模块及模块之间的接口/节点形式，提高工厂化预制能力，优化现场施工方案和资源配置。这样做的目的是让建造与设计的接口由外部接口变为内部接口，从而缩短协调路径，提高协调效率，缩短工期。
3.提高各加工厂的加工制造能力。模块化施工大大提高了施工进度，这就要求加工场地的加工制作能力大幅度提高。现在依靠增加人力已不能解决此问题，必须依靠先进的技术，引进先进的焊接工艺、焊接设备、切割设备等。
4.要努力提高计算机应用能力，重点加强对3D设计、计算机仿真技术的应用，进行虚拟施工，加强对组装技术、重型构件设备吊装及运输技术等的研究。
5.要提前落实好起吊设备和运输工具，熟悉运输路线，以防止做好的施工模块无法实现安装作业。
6.要提前落实土建施工的施工方案，尤其是吊装孔洞和吊装设备站位情况，并随时跟踪现场土建单位的施工，以防止由于现场施工方案变化引起的制作施工模块变化。
7．加强模块吊装点的选择和吊耳的设计。对于结构模块，若只有单个吊装点，应设置在结构模块的重心线上，并且要对吊耳设置地方的强度和吊耳的强度做计算校核；对于多个吊点的模块，根据模块安装的空间位置设置吊耳，一般要对称设置，起重设备吊钩必须在施工模块的中心线上。
8．加强对于施工模块在运输安装过程中的成品保护，这就需要临时制作一些运输胎具和在安装过程中对施工模块采取一些加固措施。
9.解决好模块和模块对接地方的节点方式。在安装过程中，施工模块和施工模块之间有必要留有设计允许的缝隙，并且要加工出调整连接部件来进行模块和模块之间的连接。
五、国外模块化施工发展情况
在发达的工业化国家，建筑工业化已经进入成熟阶段，模块化施工已经初见成效，建筑部件品可以在工厂制作，然后在现场装配即可。建筑模块化已经对提高建筑效率、保证施工精度、施工机械化、环境保护等方面产生了极大的推动作用，经济效益和社会效益显著。当前发达国家又在从建筑工业化走向大规模模块化施工阶段，以标准化、系列化、通用化建筑构配件、建筑部品为中心，组织专业化、社会化生产和商品化建筑产品供应。 瑞典是世界上住宅工业化最发达的国家，该国80％的住宅采用以通用部件模块为基础的住宅通用体系，瑞典工业化住宅公司生产的独户住宅模块已畅销世界各地。法国是世界上推行建筑工业化最早的国家之一，它创立了世界上“第一代建筑工业化”之后，又成功过渡到以发展通用构配件制品和设备为特征的“第二代建筑工业化”。丹麦发展住宅通用体系化的方向是“产品目录设计”，它是世界上第一个将模数法制化的国家，大量居民住宅也采用多样化的装配式大板体系。六、对模块化施工的展望
在不久的将来，由于信息化的发展，各行业的联系将更加方便快捷，而随着国家推行建筑部件系列化、标准化、通用化、配套化及模块化施工、計算机仿真技术和虚拟施工技术的发展，将来只要业主提出自己的需要，设计单位和施工单位就可以通过进行虚拟设计和模块化设计，将设计好的虚拟建筑产品直观的展示给业主，在业主满意后签订施工合同，施工单位根据模块设计图纸向各建筑部件品加工中心下发订单，最后在现场进行模块化施工安装，将建筑产品交给业主使用。
七、结束语
模块化施工技术是一门新兴学科，在我国尚未形成体系，需要政府相关部门的政策支持，需要各行业的共同努力，尤其是施工企业对虚拟施工的研究。模块化施工技术的广泛应用将从根本上改变现行的施工模式，对相关行业也将产生巨大的影响。为此，需要不断进行研究，逐步建立起理论和技术体系，使其成为建筑业工业化的一个重要方面。应用模块化施工技术是一个必然趋势，它将开创一个全新的工厂化施工新时代。
关键词：建筑工业化 模块化施工成组技术计算机仿真技术
中图分类号： TU5 文献标识码： A 文章编号：
一、模块化施工理念
为了便于理解模块化施工，我们将模块化施工和传统的施工做一比较。传统的施工过程可以简化成以下流程：先由土建人员进行土建施工；然后移交给安装人员引入钢结构、设备、管道等，期间可能需要吊车拖车等进行协助；待钢构件、设备、管道等基本引入到位后，再反移交给土建人员进行二次作业，如二次浇注，粉刷，二次地面等；当条件具备后，安装人员在某些区域进行电气仪表等精密设备的安装；最后整个系统施工完成后移交给调试与运行。而模块化施工是一种先进的施工理念，它将土建、安装、调试等工序进行了深度地交叉，在土建施工的同时，可以依照模块设计图纸，进行其它的专业施工。土建施工完毕后，专业单位根据已分好的模块，将在加工厂和制作场地制作好的模块运往现场进行装配，迅速的完成施工作业。
模块化施工，它的先进在于它大量地引入了平行作业，施工进度快，可在短期内交付使用；劳动力减少，交叉作业方便有序，施工高空作业大为减少，有利于保证安全；每道工序都可以像设备安装那样检查精度，且施工环境大大改善，有利于保证质量；施工现场噪音小，散装物料减少，废物及废水排放很少，有利于环境保护；施工成本降低。模块化施工的精髓并没有彻底颠覆传统施工理念，而是依靠当今的先进技术把它进行了优化。
二、模块化施工的方法
1.首先，整个项目设计图纸下来后，施工人员及工艺工程师根据现场的实际情况，进行施工和设计更深度的结合，也就是进行图纸的深化设计。
2.在深化设计图纸的基础上，结合下列几点将深化设计图纸转化为模块设计图纸。模块设计图纸主要解决对建筑产品进行模块划分，模块和模块之间对接的节点形式，要求偏差等问题。另外，利用成组技术将功能相近的构部件进一步优化，以便批量生产。模块设计要根据以下因素来进行：构件的节点形式、现场的运输道路情况、运输设备和吊装设备的能力、模块和模块对接的节点要求和难易程度、土建的施工方法，如采用闭口施工还是开口施工、模块和模块对接时调整面或点的设置位置等。
3．运用空间分析程序和计算机模拟仿真技术对施工的每一工况进行模拟仿真，验证模块划分的可行性，进一步优化模块。
4.模块制作。根据划分好的模块，在加工厂或制作场地进行模块制作。对于结构模块，要注意制作模块平台的平整度、模块的尺寸精度、模块的吊装点的设计、运输及吊装变形的预防。设备模块制作时，要注意设备的方向和位置、调整段的留置点位置、吊装点的选择、运输和吊装过程对设备的保护等。
5.模块运输和安装。目前，运输设备和吊装设备的发展使得小型模块的安装、运输和吊装不成问题。但如果要运输一些大型的模块，由于运输条件的限制，就需考虑靠近安装现场进行制作。运输可以通过做简易胎具进行，另外也可将小型模块运送到安装现场组装成大型模块再进行一次性安装。
三、模块化施工在具体施工中的应用
（一）下面以中冶集团的两个工程为例，说明模块化施工在具体施工中的应用。1250热轧薄板工程总投资14亿，原定合同工期24个月，但由于图纸问题等，总工期实际上只有12个月，而且土建施工完成后给安装和调试的工期已所剩不多。笔者所在分公司负责整个水系统的管道和设备安装，加热区和主厂房的钢结构制作安装工作。屋架跨度30米，在结构安装过程中，将整个厂房结构分为柱子，吊车梁和制动梁辅助桁架拼接成整体模块，每两榀屋架在地面将檩条、拉杆等全部安装完毕后作为一个模块进行整体吊装，在整个施工过程中收到好的效果，机械费用降低了20％左右，进度比原来提高了三分之一，而且大大降低了高空作业，减少了安全事故的发生。在水系统施工过程中，最大的循环水泵房24台大型水泵，8台过滤装置，阀门130余个，管道从DN200到DN1400共计500余米。依照所排工期，土建交给安装条件到安装完成时间只有15天，如果常规的施工方法，施工时间在30天左右。在施工过程中，当图纸到位后，对整个现场及吊装设备进行验算，将图纸上管道和设备安装分为水泵、水泵前支管和阀门设备、水泵后支管和阀门设备、主管道管道和阀门设备几大模块，在1250主厂房北侧300米的制作场地进行模块预制。还未等土建施工完毕，几大模块已经预制完毕，而且对于其它小的设备和管道安装也同时进行了预制（如下图），这样大大提高了施工进度，施工质量，而且改善了现场作业人员的工作环境。中心循环水泵房仅用14天就出色的完成了施工任务，而且模块化施工可以增加整个系统的完整性，可以使试车调试提前交叉进行。整个1250热轧薄板工程，正常施工作业2年完成的工作量压缩到12个月，成本降低率最后核算达到近30％，这些很大成度上得易于模块化施工。
(二）在一1160M3高爐工程中，通过运用模块化施工，大大加快了施工进度，提高了施工质量，降低了高空作业工作量，确保了安全生产。在高炉结构制作安装过程中，将高炉炉壳分为六个吊装单元模块，将高炉结构分为高炉框架柱、高炉围管及围管平台、高炉平台栏杆、高炉爬梯等几大模块，这些模块均在地面进行预先预制拼装，之后整体模块吊装，从而克服了以往由于高炉安装垂直高度高，且上部工序未完成不能进行下部工序的缺点，使得几个工序平行作业，加快了进度。在过去需要用一个月才能完成的工作量现在通过利用模块化施工仅用了18天时间就完成了高炉炉帽以下炉壳的安装，27.8米及以下框架平台的安装。另外，由于原设计的安装接点由高空改为地面，也大大提高了焊接质量。
四、模块化施工中面临的挑战和应对措施
1.首先，模块化施工使工作面很大程度的铺开，但又对生产的精细化程度要求越来越高，这就要求加强各个加工预制地点的信息沟通，信息技术成为工程建造管理中不可或缺的重要手段。只有通过信息技术的广泛应用，才能对生产过程进行有效的管理和深层次的控制。此外，信息技术的应用必须渗透到建造过程和工艺控制当中，尝试深度利用Primavera、Intergraphy及办公室自动化等相关软件资源。
2.培养施工现场技术人员的模块化设计能力，加强施工图设计与建造工程的深度结合，优化施工模块及模块之间的接口/节点形式，提高工厂化预制能力，优化现场施工方案和资源配置。这样做的目的是让建造与设计的接口由外部接口变为内部接口，从而缩短协调路径，提高协调效率，缩短工期。
3.提高各加工厂的加工制造能力。模块化施工大大提高了施工进度，这就要求加工场地的加工制作能力大幅度提高。现在依靠增加人力已不能解决此问题，必须依靠先进的技术，引进先进的焊接工艺、焊接设备、切割设备等。
4.要努力提高计算机应用能力，重点加强对3D设计、计算机仿真技术的应用，进行虚拟施工，加强对组装技术、重型构件设备吊装及运输技术等的研究。
5.要提前落实好起吊设备和运输工具，熟悉运输路线，以防止做好的施工模块无法实现安装作业。
6.要提前落实土建施工的施工方案，尤其是吊装孔洞和吊装设备站位情况，并随时跟踪现场土建单位的施工，以防止由于现场施工方案变化引起的制作施工模块变化。
7．加强模块吊装点的选择和吊耳的设计。对于结构模块，若只有单个吊装点，应设置在结构模块的重心线上，并且要对吊耳设置地方的强度和吊耳的强度做计算校核；对于多个吊点的模块，根据模块安装的空间位置设置吊耳，一般要对称设置，起重设备吊钩必须在施工模块的中心线上。
8．加强对于施工模块在运输安装过程中的成品保护，这就需要临时制作一些运输胎具和在安装过程中对施工模块采取一些加固措施。
9.解决好模块和模块对接地方的节点方式。在安装过程中，施工模块和施工模块之间有必要留有设计允许的缝隙，并且要加工出调整连接部件来进行模块和模块之间的连接。
五、国外模块化施工发展情况
在发达的工业化国家，建筑工业化已经进入成熟阶段，模块化施工已经初见成效，建筑部件品可以在工厂制作，然后在现场装配即可。建筑模块化已经对提高建筑效率、保证施工精度、施工机械化、环境保护等方面产生了极大的推动作用，经济效益和社会效益显著。当前发达国家又在从建筑工业化走向大规模模块化施工阶段，以标准化、系列化、通用化建筑构配件、建筑部品为中心，组织专业化、社会化生产和商品化建筑产品供应。 瑞典是世界上住宅工业化最发达的国家，该国80％的住宅采用以通用部件模块为基础的住宅通用体系，瑞典工业化住宅公司生产的独户住宅模块已畅销世界各地。法国是世界上推行建筑工业化最早的国家之一，它创立了世界上“第一代建筑工业化”之后，又成功过渡到以发展通用构配件制品和设备为特征的“第二代建筑工业化”。丹麦发展住宅通用体系化的方向是“产品目录设计”，它是世界上第一个将模数法制化的国家，大量居民住宅也采用多样化的装配式大板体系。六、对模块化施工的展望
在不久的将来，由于信息化的发展，各行业的联系将更加方便快捷，而随着国家推行建筑部件系列化、标准化、通用化、配套化及模块化施工、計算机仿真技术和虚拟施工技术的发展，将来只要业主提出自己的需要，设计单位和施工单位就可以通过进行虚拟设计和模块化设计，将设计好的虚拟建筑产品直观的展示给业主，在业主满意后签订施工合同，施工单位根据模块设计图纸向各建筑部件品加工中心下发订单，最后在现场进行模块化施工安装，将建筑产品交给业主使用。
七、结束语
模块化施工技术是一门新兴学科，在我国尚未形成体系，需要政府相关部门的政策支持，需要各行业的共同努力，尤其是施工企业对虚拟施工的研究。模块化施工技术的广泛应用将从根本上改变现行的施工模式，对相关行业也将产生巨大的影响。为此，需要不断进行研究，逐步建立起理论和技术体系，使其成为建筑业工业化的一个重要方面。应用模块化施工技术是一个必然趋势，它将开创一个全新的工厂化施工新时代。