随着我国新型城镇化建设步伐的加快,建筑业迎来了新的发展机遇,2006年以来,我国建筑业一直保持良性发展,其增加值在国内生产总值的比重始终保持在5.7%以上,并逐年上升,建筑业在拉动国民经济增长中扮演着重要角色。但是,目前大部分建筑仍以传统高能耗、高成本、重污染、低效率的现浇钢筋混凝土建造方式为主,鲜有采用更加注重高效、绿色、节能、环保、智慧的装配式建筑结构形式。

装配式建筑是指结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统的主要部分采用预制部品部件集成的建筑,装配式轻钢结构活动板房属于装配式建筑结构形式之一。在2020年应对新型冠状病毒感染肺炎疫情防控的关键时期,仅用十天时间就完工的武汉火神山医院全部采用了装配式轻钢结构活动板房设计建造。

火神山医院位于蔡甸区知音大道武汉市职工疗养院北侧,用地面积约50000m²,总建筑面积33940m²,设置床位1000个,主要包括接诊区、负压病房楼、ICU、医技部,其中负压病房有两组,一号住院楼为单层,共8栋,二号病房楼为两层,共4栋,医院全部采用装配式轻钢结构活动板房设计建造。本文结合武汉火神山医院建设过程,详细梳理了装配式轻钢结构活动板房的技术优点,介绍了主要施工工艺,总结了实际应用价值,为进一步推动装配式轻钢结构活动板房在多领域的应用及发展提供参考。

装配式轻钢结构活动板房又称装配式集成房屋(箱式房),采用模数化设计,以箱体为基本单元,可单独使用,也可通过水平及竖直方向的不同组合形成宽敞的使用空间。其主体构造是一种以轻钢为框架,以夹芯钢板为外围护结构,构件与构件之间采用螺栓方式连接固定。其显著优点是可以在工厂内进行标准化预制生产,系列化配套运输,集成化吊装施工,快速高效地进行组装和拆卸。

装配式轻钢结构活动板房的部品部件加工不受外界冷热雨雪等环境因素影响,可有效地提高构件生产质量。通过螺栓连接方式固定安全可靠,防震抗风性能良好。其夹芯层可以根据工程实际需求选用保温、隔热、吸音、防火等不同特性的棉体材料,具有防水防火防腐蚀的特点。室内门窗、开关、电源、卫生器具等配套设施均可在工厂内预制安装完成,墙地面无需现场二次装修。

装配式轻钢结构活动板房拆装实现零损耗,现场没有任何建筑垃圾残留,并且大量使用的型钢、彩钢板、棉体等是可二次回收利用的材料,绿色环保,减少了对周围环境的损害。装配式轻钢结构活动板房做为临建设施的一部分,实现了可仓储、可库存、可替换、可多次周转等效果,大大提升了构件的利用率,降低了使用成本,提高了企业经济效益,充分满足了各类工程的不同功能需求。

在2020新型冠状病毒感染肺炎疫情防控的关键时间节点上,武汉市政府决定参照2003年抗击“非典”时期的北京小汤山医院模式,建设火神山医院以利于集中收治感染病患。这是一场争分夺秒与时间赛跑的重要比赛,更是一项十天建成一所33940m²医院的艰巨工程任务。在此背景下,对建设速度的要求摆在了首要位置,急需一种能同时满足高效性、经济性、集成性、节约性的建筑结构形式,因此,采用装配式轻钢结构活动板房设计建造成为了必然的选择。

装配式轻钢结构活动板房设计使用年限为5年,对场地土质要求不高,且火神山医院工期紧、任务重,所以该项目采用了全机械化场地平整施工方式,高挖低填至设计标高,动用了包括推土机、挖掘机、压路机、自卸卡车在内的上百台机械设备,转运土方达150000m³,与此同时,基础测绘定位使用北斗高精度RTK设备全部施工完成。

由于火神山医院毗邻知音湖,为了防止医用废水渗透污染地下水,该项目按照垃圾填埋场的防渗漏标准,采用两布一膜方式施工。首先在已经平整过的地面上铺设厚度为20cm厚的级配砂石,然后在其上铺设两层600g/m²丙纶长丝土工布及一层2.0mm双糙面HDPE防渗膜,最后再铺设20cm厚级配砂石,确保起到较强的防渗作用。

为保证防震抗震效果,火神山医院采用钢筋混凝土筏板基础形式,地基承载力特征值取值60kN/m²,筏板厚度大范围为300mm,小范围为450mm。筏板底设置100mm厚C15混凝土垫层。筏板基础混凝土强度等级采用C35,钢筋采用HRB400双网双向布置,筏板300mm厚处钢筋布置为12@200,450mm厚处钢筋布置为12@150。全部使用人工绑扎钢筋、支设模板,泵送混凝土浇筑养护成型。

为满足火神山医院不同房间复杂的功能要求,使空间布置更加灵活,该项目的装配式轻钢结构活动板房采用了3m*3m和1.8m*1.8m两种模数,构件经运输到场后以箱体为基本单元进行组装,单个箱体由预制板材及预制钢柱组成,轻钢框架采用高度3m的L型钢柱配合使用尺寸3m*6m的板材模块化空间组合拼接,以吊装施工的方式搭建,最后使用螺栓连接方式固定成型。

火神山医院装配式部品部件预制工厂生产屋面板构件时采用特殊顶部梁形式形成暗线槽,预埋暗线管,预装电线,形成了标准的暗埋电气系统,工程主体组装完成后直接接通市政电网通电。

装配式轻钢结构活动板房采用标准模数化设计,工厂预制生产,部品部件加工任务能够同时平行分配给多家工厂共同完成,火神山医院所有装配式构件的供给任务平行分配给了河北文安工业新区的三家企业,极大地缩短了构件预制所需时间。并且考虑到构件生产企业与施工现场1000多公里的实际交通距离,屋面、地面、墙板、立柱等构件出厂后采用了分类扁平化打包运输的方式,有效增加了单车的构配件装载数量,提高了系列化配套运输的效率。经运输到场后的构件以箱体为基本单元组装完成,全部采用机械化吊装拼接方式搭建,轻钢框架与构件板材之间使用螺栓连接方式固定成型,现场施工操作简单,作业人员调度方便,最大限度地加快了工程进度,提升了整体施工效率。

装配式轻钢结构活动板房做为一种临建设施,在综合造价上比传统钢筋混凝土结构节省20%～30%,组装完成的构件如有损坏可以直接更换,维护费用更低,并且实现了可仓储,可库存,可多次周转,大大提高了构件的利用率,进一步降低了使用成本,还能根据国家现行的全装配式结构节能环保政策获得相应财税补贴,在后续材料二次回收率上更可达到60%～80%,而且火神山医院主体施工采用了现场组装箱式房后快速吊装拼接的方式搭建,直接的缩短了项目实际工期,间接地降低了人工工日成本和机械台班费用支出,全面提高了企业经济效益。

装配式轻钢结构活动板房以箱体为基本单元,集建筑、结构、水电、设备于一体,密封、隔音、防火、防潮、隔热自成系统。室内门窗、开关、电源、卫生器具出厂时均可安装完成,墙面、地面、屋面现场无需二次装饰装修。高度的集成化配套设施不仅为火神山医院建设工作节省了大量内装时间,也为奋战在一线的医护人员和感染病患提供了更加适宜的工作及疗养环境。同时集成房屋具有单体布局灵活、空间自由延展,可单独使用,也可模块化拼接联栋,组成病房、办公室、会议室、活动室、仓库等多种类型的房间,能满足不同的功能需求,为火神山医院设置的接诊区、隔离区、休息区等提供了完备的基础保障。

火神山医院所使用的装配式轻钢结构活动板房部品部件全部由拥有多年设计加工经验的企业在工厂内流水线式生产,丝毫没有受到室外寒风冷雨等气候条件的影响,标准化的预制流程最大限度地减少了型钢、彩钢板、棉体等原材料的浪费,在节约原材料的同时也相应减少了原材料加工过程中所需水、电、气等能源的消耗,并且预制加工也没有受到施工现场多专业交叉作业时的场地条件限制,特别是在火神山医院工程现场4000多人同时攻坚建设的紧张时期,减少了对施工场地工作面的占用,为施工前期的场地平测、防渗处理、基础施工等工序开展腾出了宝贵空间,在技术层面上完全实现了节材节能节地的要求。

在此次全国人民众志成城抗击疫情的战役中,装配式轻钢结构活动板房在武汉火神山医院建设中的实际应用价值得到了充分体现。同时可以预期在我国大力推进装配式建筑发展的政策指引下,未来的装配式轻钢结构活动板房必将在临建工程、紧急用房、抗险救灾、应急仓储、市政设施、商业住宅等多个领域进一步发挥其得天独厚的应用优势。为传统高能耗、高成本、高污染、低效率的建造方式向更高效、更经济、更绿色、更环保的装配式建造方式转型升级提供一种新的选择。