Модульное строительство — это метод строительства, который включает в себя предварительное изготовление 2D-панелей или 3D-объемных конструкций на заводах за пределами строительной площадки и транспортировку на строительные площадки для сборки. Этот процесс имеет потенциал превосходить традиционное строительство с точки зрения как времени, так и затрат, с заявленной экономией времени от 20 до 50 процентов быстрее, чем традиционные методы строительства. [1]
По оценкам, к 2030 году модульное строительство может обеспечить 22 млрд долларов США ежегодной экономии затрат для строительной отрасли США и Европы, помогая заполнить разрыв в производительности в размере 1,6 трлн долларов США. [1] Текущая потребность в стандартизированных, повторяемых 3D-объемных сборных блоках и конструкциях для студенческих общежитий, доступного жилья и гостиниц стимулирует спрос на модульное строительство.
В практическом руководстве 2018 года NEC утверждает , что преимущества, получаемые от строительства вне строительной площадки, в основном связаны с созданием компонентов в заводских условиях, защищенных от непогоды и с использованием таких производственных технологий, как сборочные линии со специализированным оборудованием. [2] Благодаря использованию соответствующих технологий модульное строительство может:
В отличие от преимуществ, упомянутых ранее, модульное строительство имеет два существенных препятствия: [3]
Модульное строительство всегда было как минимум на 20 процентов быстрее, чем традиционное строительство на месте. [ необходима цитата ] В настоящее время процесс проектирования модульных строительных проектов, как правило, занимает больше времени, чем традиционное строительство. Это связано с тем, что модульное строительство является довольно новой технологией, и не многие архитекторы и инженеры имеют опыт работы с ней. Короче говоря, отрасль еще не научилась работать таким образом. От проектных фирм ожидается разработка библиотек модулей, которые помогут в автоматизации этого процесса. Эти библиотеки модулей будут содержать различные предварительно спроектированные 2D-панели и 3D-конструкции, которые будут собираться в цифровом виде для создания стандартизированных структур.
Фундаменты конструкции являются важнейшей частью ее жесткости. Масштаб и сложность таких элементов будут варьироваться в зависимости от размера и общего веса конструкции. Таким образом, разница в весе традиционно построенного дома и сборной конструкции будет означать, что необходимый фундамент будет меньше и его строительство займет меньше времени.
Производство вне площадки является вершиной модульного строительства. Возможность координировать и повторять действия на заводе вместе с возросшей помощью автоматизации приводят к значительно более быстрому времени производства, чем при строительстве на месте. Значительная экономия времени заключается в возможности параллельной работы над фундаментом конструкции и изготовлением самой конструкции. Это было бы невозможно при традиционном строительстве. Строительство на месте радикально упрощается. Сборка готовых компонентов так же проста, как сборка 3D-модулей и подключение коммуникаций к основным соединениям на площадке. Команда из пяти рабочих может собрать до шести 3D-модулей, или эквивалент 270 квадратных метров готовой площади пола, за один рабочий день.
Поскольку технология, необходимая для производства компонентов модульной конструкции, сборные части модульных зданий производятся модульными заводами. Чтобы оптимизировать время, модульные заводы учитывают спецификации и ресурсы проекта и адаптируют алгоритм планирования для удовлетворения потребностей этого уникального проекта. Однако текущие методы планирования предполагают, что количество ресурсов никогда не достигнет нуля, поэтому представляют собой нереалистичный рабочий цикл.
Модульная фабрика, обрабатывающая один проект в любой момент времени, встречается редко и будет давать низкую отдачу. Исследования Хьюна и Ли предлагают модель планирования на основе генетического алгоритма (ГА), которая учитывает различные характеристики проекта и разделяет ресурсы. [4] Последовательность производства этого алгоритма будет в значительной степени зависеть от того, какие модули необходимо транспортировать на какую площадку и в какие даты они должны прибыть. После рассмотрения переменных производства, транспортировки и сборки на месте целевая функция будет выглядеть следующим образом: Где S i — количество складируемых единиц в день, P i — количество единиц в день, а E i — количество единиц, устанавливаемых в день. Алгоритмы производства постоянно развиваются для дальнейшего ускорения производства модульных строительных зданий, увеличивая разрыв в экономии времени по сравнению с традиционными методами строительства.
Модульное строительство может дать до 20 процентов от общей стоимости проекта в виде экономии. Однако существует также риск увеличения стоимости на 10 процентов. [ необходима цитата ] Это происходит, когда экономия в рабочей силе строительства перевешивается ростом затрат на логистику и материалы. Предварительное изготовление компонентов, используемых в модульном строительстве, имеет более высокую стоимость логистики, чем традиционное строительство. Поскольку панели или 3D-конструкции должны быть изготовлены на заводе и доставлены на строительную площадку, представлены новые переменные, которые изменяют поток строительства.
Транспортировка готовых компонентов, естественно, обходится дороже, чем транспортировка сырья. Во-первых, даже несколько 2D-панелей, сложенных вместе, гораздо сложнее транспортировать, чем сырой цемент, древесину или материал, используемый для их изготовления. 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, чтобы заменить эту, что увеличит общее время производства и, следовательно, стоимость. Помимо времени производства, также увеличится время транспортировки, что увеличит еще одну стоимость. Несмотря на это, транспортировка 2D-панелей по-прежнему является хорошей альтернативой строительству на месте.
Транспортировка достигает пика стоимости при доставке 3D-объемных конструкций. В то время как 1 м2 2D -площади пола на расстояние 250 км стоит примерно 8 долларов США, эквивалент в 3D-площади пола стоит 45 долларов США. [1] Добавление к этому стоимости замены, если конструкция будет повреждена во время транспортировки, приводит к значительному увеличению стоимости.
Сборка компонентов на заводе за пределами площадки означает, что рабочие могут использовать повторяемость конструкций, а также использование автоматизации для облегчения производственного процесса. Стандартизируя общую конструкцию конструкций, работа, которая обычно требует дорогостоящих рабочих со специфическими навыками (например, механика, электрика и сантехника), может быть выполнена недорогими производителями, что снижает общие затраты на заработную плату. Поскольку очень мало производства происходит на месте, до 80% традиционной трудовой деятельности можно перенести за пределы площадки на модульный завод. 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 модульного строительства.
Такие проекты, как студенческие общежития, гостиницы и доступное жилье, являются прекрасными кандидатами для модульного строительства. Повторяемость их структур приводит к более быстрому времени изготовления и, следовательно, к снижению общей стоимости. Между тем, если проект представляет собой (например) современный пляжный домик с крайне неровными стенами и потолками, традиционные методы строительства могут быть предпочтительными. Поскольку отрасль продолжает адаптироваться и расти, эти повторяющиеся конструкции могут быть однажды изменены и адаптированы для соответствия всем видам конструкций при меньших затратах.
Строительство считается одной из самых опасных отраслей промышленности. Рабочие падают с высоты, предметы роняются, мышцы напрягаются, и можно обнаружить экологические опасности. Модульное строительство ограничивает всю производственную деятельность уровнем земли, чистым пространством с меньшим количеством необходимых рабочих. По оценкам, регистрируемые несчастные случаи сокращаются более чем на 80% по сравнению со строительством с большой площадью на площадке. [5] В ходе опроса об управлении безопасностью в строительной отрасли, проведенного McGraw Hill Construction в 2013 году, 50% представителей строительной отрасли считали, что предварительное изготовление безопаснее традиционного строительства на месте, в то время как только 4% заявили, что предварительное изготовление или модульное строительство оказывают отрицательное 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 смертельных случаев, связанных с работой в строительстве, составляя более одной из трех смертей в отрасли. [7] Уменьшение высоты, на которой рабочие должны выполнять задачи, впоследствии снижает риск смертельных исходов, которому они подвергаются, значительно повышая общую безопасность отрасли. Кроме того, 69% генеральных подрядчиков, а также 69% специализированных подрядчиков отметили, что сокращение числа рабочих, выполняющих различные задачи на заводе за пределами площадки, также повысило безопасность на строительной площадке. В целом, модульное строительство безопаснее по следующим причинам:
Модульное строительство по-прежнему не считается полностью безопасной альтернативой. Тем не менее, оно значительно снижает количество несчастных случаев и смертельных случаев. Особенно в процессе производства проекта. 48,1% всех несчастных случаев во время строительства на месте были связаны с падением, в то время как только 9,1% несчастных случаев на производственных предприятиях были связаны с падением. [6] Работники производственных предприятий с большей вероятностью подвергались ударам предмета или оборудования (37,1%), а переломы и ампутации имели одинаковую частоту типов травм — 27,3%. Тем не менее, поскольку строительная отрасль продолжает адаптироваться и переходит на более устойчивые методы строительства, такие как сборные модульные конструкции, ожидается, что общее количество несчастных случаев на строительных площадках снизится.
Использование модульных методов строительства поощряется сторонниками методов профилактики через проектирование в строительстве. Он включен в качестве рекомендуемого контроля опасности для строительных проектов в "PtD - Архитектурный дизайн и образовательный модуль строительства", опубликованный Национальным институтом охраны труда и здоровья . [7]
Модульное строительство является прекрасной альтернативой традиционному строительству, если рассматривать количество отходов, производимых каждым методом. При строительстве высотного здания в Вулверхэмптоне было использовано 824 модуля. В ходе этого процесса около 5% от общего веса конструкции было произведено в виде отходов. Если сравнить это со средним показателем отходов традиционных методов в 10–13%, можно заметить небольшую разницу. [5] Эта разница может показаться незначительной, если говорить о небольших сооружениях; однако, если говорить о здании весом 100 000 фунтов/фут2 , это значительный процент. Кроме того, количество поставок на место сократилось до 70%. [5] Вместо этого поставки переносятся на модульный завод, где можно получить больше материала. Также значительно снижается шумовое загрязнение на месте. Перенос производственного процесса на завод за пределами площадки, обычно расположенный за пределами города, не влияет на соседние здания, как это было бы при традиционном процессе строительства.
Компоненты оборудования с открытым исходным кодом и коммерческие компоненты, используемые в модульном строительстве, включают: открытые балки, битовые балки, балки-мейкеры, решетчатые балки, контраперты, компоненты OpenStructures и т. д. [8] [9] Системы пространственных каркасов (такие как Mero, Unistrut, Delta Structures и т. д.) также имеют тенденцию быть модульными по конструкции. [10] Другие материалы, используемые в строительстве, которые являются взаимозаменяемыми и, следовательно, повторно используемыми/модульными по своей природе, включают взаимозаменяемые кирпичи. [11] [12] [13]
