模組化建築｜3D列印技術在裝配式建築與市政工程中的研發和應用

預製模組化建築是指將房屋的組成部分分解為不同的功能模組，進行標準化、模組化、通用化的工廠製造；房屋可以隨時隨地在現場組裝，而整個過程只花費數小時即可完成。模組化整合建築徹底顛覆了傳統房屋建造與不可迴圈的模式，可簡約、可復古，可居住、可娛樂、可用於特殊用途。易於運輸安裝、拆遷，重複使用。

模組化建築是一種新興的建築結構體系，該體系是以每個房間作為一個模組單元，均在工廠中進行預製生產，完成後運輸至現場並透過可靠的連線方式組裝成建築整體。與傳統建築的建造方式相比，其具有可縮短工期、節約人力物力、綠色環保、品質精良等優點。結合工程例項對模組化建築的概念、研究現狀、結構特點、設計要求以及施工方法等多方面內容進行介紹與討論。

3D列印技術推動著製造業的數字化發展，在3D列印的世界裡，建築師、工程師藉助科技之力，將建築與3D列印結合，讓3D列印建築房屋走進我們的生活。其中裝配式3D列印建築房屋引來許多人的關注。

裝配式3D列印建築房屋是工廠化預製現場直接安裝施工的新型建築材料，與傳統的建築方式比較，裝配式建築由高效率的裝配化以及整合取代傳統作業。在極大方面減少了環境汙染，解決了傳統施工帶來的通病問題，在節能、環保、質量等其他方面也有顯著成效。

建築所用的模組型別

根據建築模組的結構與功能型別，目前模組化建築所用的模組可分為：牆體承重模組、角柱支撐模組、樓梯模組和非承重模組幾種。

牆體承重模組

模組包括四塊牆體，由豎向立柱、水平橫杆和支撐組成。樓板和天花板託梁的跨度方向平行於模組單元的短邊。除了四塊外牆，也可包括非承重隔牆，用於將所圍空間劃分為適當大小的房間。這種建築型別應用於賓館、學生宿舍和社會保障房或工人宿舍十分理想，這些房屋通常是由大量的小房間組成。

為使建築內部模組佈局更加靈活，並且考慮到可透過合併多個模組單元來實現大的內部空間設計，可對牆體承重模組的側向牆體進行區域性開孔設計，並對開孔附近設定附加邊梁或支柱進行補強。

角柱支撐模組

角部支撐模組類似於傳統的熱軋鋼結構，在方鋼管角柱中佈置梁高較高的縱向邊梁，與帶有輕鋼承重牆的牆體模組形成明顯對比。角部支撐模組的關鍵優勢是模組的一個或多個面可以完全開放，當模組並排安裝在一起時可以建立大的開放式空間。這種建築形式是學校和醫院的理想選擇。

樓梯模組

樓梯模組在一個獨立的預製單元中提供樓梯（通常為兩跑，中間為樓梯平臺）和平臺，由此通往模組結構更高的樓層。它們一般與常規公寓模組（臥室、客廳等）一起使用組成模組化住宅公寓樓。樓梯平臺和中建平臺由縱向牆體所支承，並根據需要設定一定的附屬鋼結構。這種結構形式一般用於完全模組化建築。

非承重模組

非承重模組用於在非模組化建築中提供空間預製單元構件。它們一般用於浴室、廚房和裝置室，這些設施在工廠環境下安裝具有明顯的優點。廚房和浴室一般在交送到現場是配備齊全的，包括水暖、電氣、配套傢俱和裝飾。非承重模組具有有限的結構強度，必須依靠於其他結構構件的支承，如構造鋼構件過樓板構件。然而，它們需要設計承擔其自重荷載及其在進行吊裝時所受的力。