Модульная конструкция

Модульное строительство — это технология строительства, которая предполагает предварительное изготовление 2D-панелей или 3D-объемных конструкций на внешних заводах и их транспортировку на строительные площадки для сборки. Этот процесс потенциально может превзойти традиционное строительство с точки зрения времени и затрат, при этом заявленная экономия времени составит от 20 до 50 процентов быстрее, чем традиционные методы строительства. ^[1]

По оценкам, к 2030 году модульное строительство может обеспечить 22 миллиарда долларов США ежегодной экономии средств для строительной отрасли США и Европы, помогая восполнить дефицит производительности в 1,6 триллиона долларов США. ^[1] Текущая потребность в стандартизированных, повторяемых трехмерных объемных сборных домах и проектах студенческих общежитий, доступного жилья и отелей стимулирует спрос на модульное строительство.

Преимущества

В практической записке заявляет , 2018 года NEC что преимущества, полученные от строительства за пределами площадки, в основном связаны с созданием компонентов в заводских условиях, защищенных от атмосферных воздействий и с использованием таких производственных технологий, как сборочные линии со специальным и специализированным оборудованием. ^[2] Благодаря использованию соответствующих технологий модульное строительство позволяет:

увеличить скорость строительства за счет увеличения скорости изготовления комплектующих деталей,
сократить отходы,
увеличить эффект масштаба,
улучшить качество, что приведет к снижению стоимости активов в течение всего срока их службы
снизить воздействие на окружающую среду, такое как пыль и шум, и
снизить количество несчастных случаев и ухудшения состояния здоровья за счет сокращения объема строительных работ, проводимых на объекте

Недостатки

В отличие от преимуществ, упомянутых ранее, модульная конструкция представляет собой два существенных препятствия: ^[3]

Логистические проблемы: транспортировка готовых модулей на строительную площадку требует тщательной организации и синхронизации, что часто приводит к значительным затратам.

Ограничения по размеру. Процедуры производства и транспортировки могут налагать ограничения на размеры отдельных модульных компонентов. Это может повлиять на размеры помещений в здании и потенциально повлиять на общий архитектурный дизайн.

Время

Модульное строительство неизменно происходит как минимум на 20 процентов быстрее, чем традиционное строительство на месте. ^{[ нужна ссылка ]} В настоящее время процесс проектирования модульных строительных проектов обычно занимает больше времени, чем процесс традиционного строительства. Это связано с тем, что модульное строительство — довольно новая технология, и не многие архитекторы и инженеры имеют опыт работы с ней. Короче говоря, отрасль еще не научилась работать таким образом. Ожидается, что проектные фирмы разработают библиотеки модулей, которые помогут автоматизировать этот процесс. Эти библиотеки модулей будут содержать различные предварительно разработанные 2D-панели и 3D-структуры, которые будут собираться в цифровом виде для создания стандартизированных структур.

Фундамент конструкции является важной частью ее жесткости. Величина и сложность таких работ будут варьироваться в зависимости от размера и общего веса конструкции. Таким образом, разница в весе дома, построенного традиционным способом, и сборной конструкции будет означать, что необходимый фундамент будет меньше и быстрее строиться.

Выездное производство — это вершина модульного строительства. Возможность координировать и повторять действия на заводе вместе с возросшей помощью автоматизации приводит к значительному сокращению времени производства по сравнению со строительством на месте. Большая экономия времени – возможность параллельно работать над фундаментом конструкции и изготовлением самой конструкции. При традиционном строительстве это было бы невозможно. Конструкция на месте радикально упрощается. Сборка готовых компонентов так же проста, как сборка 3D-модулей и подключение служб к основным соединениям сайта. Команда из пяти рабочих может собрать до шести 3D-модулей или эквивалент 270 квадратных метров готовой площади за один рабочий день.

Алгоритмы производства

Поскольку технология изготовления компонентов модульного строительства необходима, сборные части модульных зданий осуществляются на модульных заводах. Чтобы оптимизировать время, модульные фабрики учитывают спецификации и ресурсы проекта и адаптируют алгоритм планирования для удовлетворения потребностей этого уникального проекта. Однако современные методы планирования предполагают, что количество ресурсов никогда не достигнет нуля, что представляет собой нереалистичный рабочий цикл.

Модульная фабрика, выполняющая один проект в любой момент времени, встречается редко и будет приносить низкую прибыль. В исследовании Хёна и Ли предлагается модель планирования на основе генетического алгоритма (GA), которая учитывает различные характеристики проекта и распределяет ресурсы. ^[4] Последовательность производства этого алгоритма во многом будет зависеть от того, какие модули необходимо доставить на какой объект и в какие даты они должны быть доставлены. После рассмотрения переменных производства, транспортировки и сборки на месте целевая функция имеет вид: $min\Sigma (S),\ldots S=S_{i}+P_{i}-E_{i}$ Где S _i — количество единиц, находящихся на складе в день, P _i — количество единиц в день, а E _i — количество единиц, установленных в день. Производственные алгоритмы постоянно разрабатываются для дальнейшего ускорения производства модульных зданий, увеличивая разрыв в экономии времени по сравнению с традиционными методами строительства.

Расходы

Модульная конструкция может обеспечить экономию до 20 процентов от общей стоимости проекта. Однако существует также риск увеличения стоимости на 10 процентов. ^{[ нужна ссылка ]} Это происходит, когда экономия на рабочей силе в строительстве перевешивается увеличением затрат на логистику и материалы. Предварительное изготовление компонентов, используемых в модульном строительстве, требует более высоких затрат на логистику, чем традиционное строительство. Поскольку панели или 3D-конструкции должны быть изготовлены на заводе и доставлены на строительную площадку, представлены новые переменные, которые изменяют ход строительства.

Транспорт

Транспортировка готовых комплектующих, естественно, обходится дороже, чем перевозка сырья. Во-первых, даже несколько сложенных вместе 2D-панелей гораздо сложнее транспортировать, чем необработанный цемент, древесину или материал, из которого они построены. Панели подвергаются высокому риску получения незначительных или серьезных повреждений при транспортировке по суше. Если панель будет повреждена, ее, скорее всего, придется полностью заменить. Заводу придется временно остановить производство других панелей для замены этой, что приведет к увеличению общего времени производства и, следовательно, стоимости. Помимо производственных часов, время транспортировки также будет увеличено, что приведет к увеличению еще одной стоимости. Несмотря на это, транспортировка 2D-панелей по-прежнему является хорошей альтернативой строительству на месте.

Пиковой себестоимости транспортировка достигает при доставке объемных 3D конструкций. Пока 1 м ² Для перевозки 250 км площади в 2D требуется примерно 8 долларов США, а для перевозки 250 км эквивалентной площади в 3D — 45 долларов США. ^[1] Если добавить к этому стоимость замены, если конструкция будет повреждена во время транспортировки, это приведет к значительному увеличению затрат.

Строительство

Сборка компонентов на заводе за пределами завода означает, что рабочие могут использовать повторяемость конструкций, а также использование автоматизации для облегчения производственного процесса. За счет стандартизации общей конструкции конструкций работы, которые обычно требуют дорогостоящих рабочих со специфическими навыками (например, механиков, электриков и сантехников), могут выполняться дешевыми производителями, что снижает общую стоимость заработной платы. Поскольку очень мало производства происходит на месте, до 80% традиционной трудовой деятельности может быть перенесено за пределы предприятия на завод по производству модулей. Это приводит к меньшему количеству необходимых субподрядчиков, что еще больше снижает общие затраты на заработную плату. В целом, чем больше трудоемкая часть проекта, тем больше будет экономия при использовании модульной конструкции.

Такие проекты, как студенческие общежития, гостиницы и доступное жилье, являются отличными кандидатами для модульного строительства. Повторяемость их структур приводит к сокращению сроков производства и, следовательно, к снижению общей стоимости. Между тем, если проект представляет собой (например) современный пляжный домик с очень неровными стенами и потолками, традиционные методы строительства могут быть предпочтительнее. Поскольку отрасль продолжает адаптироваться и расти, однажды эти повторяемые конструкции можно будет модифицировать и адаптировать для всех типов конструкций с меньшими затратами.

Безопасность

Строительство считается одной из самых опасных отраслей. Рабочие падают с высоты, роняют предметы, напрягаются мышцы и могут возникнуть опасности для окружающей среды. Модульная конструкция ограничивает всю производственную деятельность уровнем земли, чистым пространством и меньшим количеством рабочих. По оценкам, количество регистрируемых несчастных случаев сокращается более чем на 80% по сравнению с трудоемким строительством. ^[5] На вопрос об управлении безопасностью в строительной отрасли, проведенном McGraw Hill Construction в 2013 году, 50% представителей строительной отрасли считали, что сборные конструкции безопаснее, чем традиционное строительство на месте, и только 4% ответили, что сборные или модульные конструкции оказало негативное влияние на показатели безопасности. Из опрошенных генеральных и специализированных подрядчиков 78% и 59% заявили, что наибольшее влияние на безопасность оказывает выполнение сложных задач на уровне земли. ^[6] По данным CDC, падение является основной причиной несчастных случаев на производстве в строительстве, на долю которых приходится более одной трети смертей в отрасли. ^[7] Снижение высоты, на которой работникам приходится выполнять задачи, впоследствии снижает риск смертельного исхода, с которым они сталкиваются, что значительно повышает общую безопасность отрасли. Кроме того, 69% генеральных подрядчиков, а также 69% специализированных подрядчиков отметили, что сокращение количества рабочих, выполняющих различные задачи на стороннем заводе, также повысило безопасность строительной площадки. В целом модульная конструкция безопаснее по следующим причинам:

Стабильное рабочее место
Задачи выполняются в просторных помещениях
Сборка на уровне земли
Укрытие от непогоды
Улучшение мониторинга небезопасных действий
Сокращение времени, проводимого на строительной площадке, от 30 до 50 процентов.
Меньше персонала на месте

Модульное строительство до сих пор не считается полностью безопасной альтернативой. Тем не менее, это значительно снижает количество несчастных случаев и смертей. Особенно в процессе производства проекта. 48,1% всех несчастных случаев при строительстве на объекте были связаны с падениями, тогда как на производственных предприятиях только 9,1% несчастных случаев произошли из-за падений. ^[6] Рабочие производственных предприятий чаще подвергались ударам каким-либо предметом или оборудованием (37,1%), а переломы и ампутации имели такую же частоту травм – 27,3%. Тем не менее, поскольку строительная отрасль продолжает адаптироваться и переходит к более устойчивым методам строительства, таким как сборные модульные конструкции, ожидается, что общее количество несчастных случаев на строительных площадках снизится.

в строительстве поощряют использование модульных методов строительства Сторонники методов предотвращения посредством проектирования . Он включен в качестве рекомендуемого средства контроля опасностей для строительных проектов в «PtD — Модуль обучения архитектурному проектированию и строительству», опубликованный Национальным институтом безопасности и гигиены труда . ^[7]

Устойчивое развитие

Модульная конструкция является отличной альтернативой традиционному строительству, если учитывать количество отходов, образующихся при каждом методе. При строительстве высотного здания в Вулвергемптоне было использовано 824 модуля. В ходе этого процесса в виде отходов образовалось около 5% от общего веса конструкции. Если сравнить его со средними потерями традиционных методов, составляющими 10–13%, можно наблюдать небольшую разницу. ^[5] Эта разница может показаться незначительной, если говорить о небольших структурах; однако, когда речь идет о 100 000 фунт/фут ² здания, это значительный процент. Также до 70% сократилось количество доставок на место. ^[5] Вместо этого поставки перемещаются на модульный завод, где можно получить больше материала. Шумовое загрязнение на территории также значительно снижается. Перенос производственного процесса на удаленный завод, обычно расположенный за пределами города, не повлияет на соседние здания, как при традиционном строительном процессе.

Модульные строительные системы

Компоненты аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом и коммерческие компоненты, используемые в модульном строительстве, включают: открытые балки, долотные балки, балки-изготовители, решетчатые балки, контрапторы, OpenStructures и т. д. компоненты ^[8]^[9] Системы пространственных каркасов (такие как Mero, Unistrut, Delta Structures и т. д.) также имеют модульную конструкцию. ^[10] Другие материалы, используемые в строительстве, которые являются взаимосвязанными и, следовательно, многоразовыми / модульными по своей природе, включают взаимосвязанные кирпичи. ^[11]^[12]^[13]

См. также

Архитектура с открытым исходным кодом — новая парадигма проектирования, подчеркивающая совместную работу и простоту использования.
Коммерческое модульное строительство – нежилые конструкции, соответствующие нормам и правилам, которые на 60–90 % завершены за пределами объекта.
Модульное здание - сборное здание или дом, состоящий из повторяющихся секций.
Массовое производство – крупносерийное производство стандартизированной продукции.
Сборное здание - Здание, построенное с использованием сборных конструкций.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Бертрам, Ник (2019). Модульное строительство: от проектов к продуктам . МакКинси и компания.
^ NEC, Модульное строительство за пределами площадки , Практическая записка 4, опубликовано в сентябре 2018 г., по состоянию на 15 ноября 2020 г.
^ Джейсон Майна. «Модульное строительство от А до Я» . Строительство Кения . Проверено 26 июля 2023 г.
^ Ли, Чонхун; Хён, Хосан (01 января 2019 г.). «Планирование строительства нескольких модульных зданий с использованием генетических алгоритмов» . Журнал строительной техники и менеджмента . 145 (1): 04018116. doi : 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001585 . ISSN 1943-7862 . S2CID 116344719 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Лоусон, Р. Марк; Огден, Рэй Г.; Бергин, Рори (01 июня 2012 г.). «Применение модульного строительства в высотных зданиях» . Журнал архитектурного проектирования . 18 (2): 148–154. doi : 10.1061/(ASCE)AE.1943-5568.0000057 .
^ Jump up to: ^а ^б Фард, Марьям Мирхади; Терухид, Сейед Амин; Киберт, Чарльз Дж.; Хаким, Хамед (2 января 2017 г.). «Проблемы безопасности, связанные с модульным/сборным строительством зданий» . Международный журнал по контролю травматизма и обеспечению безопасности . 24 (1): 10–23. дои : 10.1080/17457300.2015.1047865 . ISSN 1745-7300 . ПМИД 26105510 . S2CID 40719364 .
^ Jump up to: ^а ^б «CDC — Публикации и продукты NIOSH — PtD — Архитектурное проектирование и строительство — Руководство для инструктора (2013–133)» . www.cdc.gov . 2013. doi : 10.26616/NIOSHPUB2013133 . Проверено 7 августа 2017 г.
^ Как сделать все самостоятельно: открытое модульное оборудование
^ Спустя более чем 30 лет на рынок выходит модульная система строительства из решетчатых балок.
^ Анализ, проектирование и строительство стальных пространственных рам.
^ Переплетенные кирпичи, используемые в Непале.
^ Кирпичи, которые соединяются
^ Соединяющиеся кирпичи Conceptos Plasticos (т.е. изготовленные из пластиковых отходов)

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с Бертрам, Ник (2019). Модульное строительство: от проектов к продуктам . МакКинси и компания.

[2] NEC, Модульное строительство за пределами площадки , Практическая записка 4, опубликовано в сентябре 2018 г., по состоянию на 15 ноября 2020 г.

[3] Джейсон Майна. «Модульное строительство от А до Я» . Строительство Кения . Проверено 26 июля 2023 г.

[4] Ли, Чонхун; Хён, Хосан (01 января 2019 г.). «Планирование строительства нескольких модульных зданий с использованием генетических алгоритмов» . Журнал строительной техники и менеджмента . 145 (1): 04018116. doi : 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001585 . ISSN 1943-7862 . S2CID 116344719 .

[:3-5] Jump up to: ^а ^б ^с Лоусон, Р. Марк; Огден, Рэй Г.; Бергин, Рори (01 июня 2012 г.). «Применение модульного строительства в высотных зданиях» . Журнал архитектурного проектирования . 18 (2): 148–154. doi : 10.1061/(ASCE)AE.1943-5568.0000057 .

[:2-6] Jump up to: ^а ^б Фард, Марьям Мирхади; Терухид, Сейед Амин; Киберт, Чарльз Дж.; Хаким, Хамед (2 января 2017 г.). «Проблемы безопасности, связанные с модульным/сборным строительством зданий» . Международный журнал по контролю травматизма и обеспечению безопасности . 24 (1): 10–23. дои : 10.1080/17457300.2015.1047865 . ISSN 1745-7300 . ПМИД 26105510 . S2CID 40719364 .

[:0-7] Jump up to: ^а ^б «CDC — Публикации и продукты NIOSH — PtD — Архитектурное проектирование и строительство — Руководство для инструктора (2013–133)» . www.cdc.gov . 2013. doi : 10.26616/NIOSHPUB2013133 . Проверено 7 августа 2017 г.

[8] Как сделать все самостоятельно: открытое модульное оборудование

[9] Спустя более чем 30 лет на рынок выходит модульная система строительства из решетчатых балок.

[10] Анализ, проектирование и строительство стальных пространственных рам.

[11] Переплетенные кирпичи, используемые в Непале.

[12] Кирпичи, которые соединяются

[13] Соединяющиеся кирпичи Conceptos Plasticos (т.е. изготовленные из пластиковых отходов)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]