预应力混凝土模块建筑符合绿色低碳建造发展方向。装配式模块化建筑按材料可分为钢结构模块体系和混凝土模块体系，其中钢结构模块建筑多采用集装箱或钢骨架+轻型墙板等形式，但造价相对较高，钢结构的防腐、防火问题亟待解决。混凝土模块建筑总体上仍采用盒子式模块，规格、形式相对灵活，但自重较大，生产、应用受到一定限制。但随着装配式建造方式和预应力技术的发展，预应力混凝土模块建筑在实验验证、设计方法和生产、施工等方面已取得长足进展，相关技术体系已在较多工程项目中得到应用。

全装配预应力混凝土模块结构技术工程应用取得进展

（一）混凝土模块建筑技术逐步成型混凝土模块可一次性浇筑成型，模块之间采用滑动隔震式连接方式或后浇带、套筒灌浆等湿连接方式。 国内外对混凝土模块建筑技术开展广泛研究，如新加坡的 PPVC 技术，就是在住宅中采用混凝土模块，模块的结构与装修部分在工厂制作完成，现场拼装后浇形成整体结构。模块间连接节点采用钢筋插入并灌浆的方式。我国香港发展了“组装合成建筑法”（简称 MiC），与 PPVC技术体系类似，均是预制组件模块现场装配组装成为建筑单体。结合我国的抗震设计要求，可在借鉴 PPVC、MiC 技术基础上对混凝土模块结构体系的连接方式和抗震性能进行研究。

（二）预应力技术有力加持模块建筑发展

相较于普通钢筋混凝土建筑，预应力混凝土建筑构件截面减小，结构自重减轻，抗裂、抗渗、整体刚度等技术性能显著提升，还能节约钢材用量。该项技术已在大型屋面板、空心板、双 T 板等构件中得到广泛应用。同时，预应力技术应用范围已逐渐由水平结构系统向竖向抗侧力系统延展，如青岛中银大厦、香港 K11大厦等。预应力技术在市政基础设施建设中应用更加广泛，如具有鲜明特色的预应力桥梁结构技术体系，包括预应力连续桥、斜拉桥、悬索桥等，预应力混凝土水池以及压力管和电线杆等构筑物也都采用了预应力技术。

预应力技术应用与研究不断发展。上世纪 70 年代，预制预应力混凝土框架结构技术体系（南斯拉夫 IMS 体系）进入我国。1999 年，国内引入预制预应力装配整体式混凝土框架结构体系（世构体系）。将预应力技术应用于装配式混凝土结构中具有结构整体性好、抗震能力强、施工便捷、建造成本降低等优点，在装配式建筑中发展预应力技术，对加快推进我国工程建设绿色低碳发展具有重要意义。

（三）全装配预应力混凝土模块结构技术体系（PCMC）工程应用取得进展

基于当前装配式建筑技术发展的阶段性需求，结合预应力技术应用的长期工程实践，结合桥梁基础设施建设过程中后张预应力技术的大规模应用，相关单位开发成型全装配预应力混凝土模块结构技术体系（PCMC）。该体系已在淄博公寓建筑中得到应用。全装配预应力混凝土模块结构技术体系将后张预应力连接方式应用于相邻模块的连接，包括模块间竖向连接和同层模块水平连接。该体系将预制混凝土模块与预应力技术组合应用，其优势体现在：

1.结构安全有保障

从技术应用基础层面而言，预应力设计理论与方法较为成熟，可有效降低预应力混凝土模块建筑技术体系推广应用的难度。预应力技术施工、检验检测类标准亦较为成熟，保障了结构的可靠性和安全性。从试验验证、设计方法层面而言，全装配预应力混凝土模块结构技术体系已经从接缝节点、墙体构件、整体结构三个层面进行了力学及抗震性能试验研究，开展试点项目的小震、中震、大震弹塑性分析。在试验成果的基础上，目前已初步形成包含结构分析方法、模块构件设计计算方法、接缝节点设计计算方法等在内的一整套结构体系设计方法，并已开展专项设计标准编制工作。

2.施工效率有提升

全装配预应力混凝土模块结构技术体系采用了高精度通用模具，预制模块生产效率高，模具周转率大幅提升，摊销成本下降。该体系施工工艺简单，模块单元施工中无需辅助支撑，具有较高的建筑工业化水平。该体系全装配的建造方式最大程度减少了施工湿作业，将劳动密集型的施工建造方式转变为工业化生产组装方式，提升了施工效率、降低了现场管理难度，为推进智慧化工地管理和施工安装智能化提供了坚实支撑。

3.建造成本持平或有所下降

建造成本高低是专项技术体系能否推广应用的最重要因素。全装配预应力混凝土模块结构技术体系采用了标准化模块，通过少规格、多组合实现了建筑功能空间和立面造型双向需求的满足，同时降低了预制模块生产成本，减少了模具的摊销费用，并在施工环节消除了现浇作业，标准化模块的应用和预应力连接，在一定程度上降低了采用该体系工程项目的建造成本，其项目造价与装配整体式混凝土结构体系基本持平或略低。

实践案例分析

实践案例项目位于山东省淄博市，是山东盛工绿筑科技有限公司新型建筑工业化产业基地专家公寓。项目地上 9 层，地下 1层，层高 3m，建筑总高 27m，总建筑面积约 3151㎡。项目采用全装配预应力混凝土模块结构技术体系。

（一）充分发挥材料性能优势和技术体系优势

1.发挥材料性能优势

项目预制模块连接用预应力筋采用高强度低松弛预应力钢绞线，具有高强度、高韧性等特点，其抗拉强度是普通钢筋的 3~4倍。由于对模块施加预应力，增加了模块单元的刚度、抗裂能力和耐久性。预制模块混凝土采用 C60 高强混凝土，致密坚硬，耐蚀性和抗冲击性等性能均优于普通混凝土。由于高强混凝土刚度大、变形小，与预应力钢绞线配合使用，更大限度地发挥了各自的材性优势。

2.强化模块整体连接

案例项目上下层模块及左右模块交接处均设有键槽，并涂抹胶粘剂，整楼拼装完成后穿设预应力筋并张拉，将整楼模块挤压在一起。接缝处抗剪承载力由键槽抗剪和摩擦抗剪共同提供，可有效保证模块连接安全、可靠。案例项目采用了一系列抗震构造措施以保证案例项目结构具有良好的抗震性能，包括内墙设置对穿螺栓、提高边缘构件纵筋配筋率及配箍率等。

3.围护效果良好

案例项目的外围护系统采用整体预制的夹心保温外墙技术，可实现保温结构一体化和同寿命，同时门窗等部品采用集成设计和制作，使得外围护系统具有优异的水密性能、气密性能、热工性能和耐久性能，从根本上解决了传统外围护系统可能存在的“冷、漏、裂、渗”等顽疾。

4.居住体验良好

案例项目所用模块 80%以上的装修工作均在工厂内完成。保证了装修效果、缩短了施工工期。预制模块毫米级的加工质量，可以较大程度提高装修精度（精度可达毫米级），为居住者提供良好的居住体验。全装配预应力混凝土模块结构技术体系采用高精度预制模块，非常适用于集成厨卫技术、装配式装修技术、智能家居技术等，有效解决了传统装修技术可能存在的质量不易把控、房间隔声效果较差、卫生间存在异味、水管噪音较大等问题，增强了居住空间的舒适感。

（二）预应力全装配施工工艺有效降低建筑造价

将案例项目与现浇剪力墙结构体系项目（简称现浇体系）、套筒灌浆装配整体式混凝土剪力墙体系项目（简称装配式体系）进行比较，数据表明案例项目的造价均低于其他两种结构体系，具有一定的成本优势。

结果表明，全装配预应力混凝土模块结构技术体系比其他两种结构体系造价略低，这还是没有考虑建设初期，建设方融资规模缩小、融资成本下降以及建造阶段资金使用周期缩短带来的资金时间成本下降等因素。

1.构件生产和材料应用成本比较分析

预制构件生产价格由直接费、管理费、利润、规费、税金等项目构成，本文仅对比其直接费部分，包含人工费、材料费、机具使用费、模具费等。现浇体系无预制构件加工阶段，可比较其材料成本。可以看出，对于构件生产和材料应用，由于预制构件涉及模具、蒸养、人工等费用，因此全装配预应力混凝土模块结构技术体系和装配式体系的成本均高于现浇体系。但全装配预应力混凝土模块结构技术体系由于采用可调节钢模具，且生产效率高，模具费、人工费均低于装配式体系，构件生产和材料应用总成本相比装配式体系降低约 17%。

注：普通混凝土 400 元/m3，C60 高强混凝土 450 元/m3；全装配预应力混凝土模块结构技术体系模具摊销费用按建筑面积，每平米为 100 元；传统装配式体系的模具摊销费用按构件体积，每立方为 410 元；全装配预应力混凝土模块结构技术体系工厂人工成本约 50 元/m3、装配式体系的工厂人工成本约 410 元/m3。

2.运输及建造阶段成本分析

全装配预应力混凝土模块结构技术体系构件运输、吊装成本与装配式体系大致相当，但装配式体系由于需设较多临时支撑，并需泵送后浇混凝土，因此其措施费较高。现浇体系虽无构件运输、吊装成本，但由于需进行钢筋绑扎、模板支设、泵送混凝土、脚手架搭设及外墙保温施工等工作，因此其措施费、人工费明显较高。可见，对于运输及建造成本，全装配预应力混凝土模块结构技术体系与装配式体系相比降低约 17%，与现浇体系相比下降幅度达 41%。

注：预制构件厂距离项目现场按 100km，预制构件水平运输成本按 385 元/m3；全装配预应力混凝土模块结构技术体系吊装台班按 20 元/㎡；装配式体系吊装台班按 40 元/㎡；全装配预应力混凝土模块结构技术体系、装配式体系外墙涂料按 80元/㎡，现浇体系外墙保温及涂料按 200 元/㎡；现场施工措施费主要包含：1）用于全装配预应力混凝土模块结构技术体系外墙施工用提升架，按 38 元/㎡，2）模板费，全装配预应力混凝土模块结构技术体系无现场湿作业，装配式体系按 80元/㎡，现浇体系按 150 元/㎡，3）脚手架、支撑等其他费用，全装配预应力混凝土模块结构技术体系按 50 元/㎡，装配式体系按 100 元/㎡，现浇体系按 150 元/㎡；全装配预应力混凝土模块结构技术体系按 205 元/m3，装配式体系按 410 元/m3，现浇体系现场人工费约为 820 元/m3。

全装配预应力混凝土模块结构技术体系由于模具摊销费、工厂人工费、现场措施费和人工费均较低，因此建设阶段总成本低于装配式体系和现浇体系，与装配式体系相比降低约 17%，与现浇体系相比降低约 11%，表现出良好的经济性。

案例项目总体成本均低于现浇结构和装配式结构，究其原因：

一是在项目建设阶段，由于全装配预应力混凝土模块结构技术体系具有模具可调节、预制率高、建设速度快等特点，大大降低模具及人工成本，因此，建设成本低于现浇及装配式结构体系；

二是在项目建成运行阶段，由于全装配预应力混凝土模块结构技术体系外墙采用夹心保温整体预制的方式，结构拼缝少，冷热桥效应弱，建筑能耗更低，维护费用少，因此运行成本低于现浇及装配式结构体系。

三是在构件生产阶段，全装配预应力混凝土模块结构技术体系从单片墙板、楼板的生产模式变为四墙一板的五面体模块的生产模式，在相同模台数、工人数情况下，生产效率约提升 5 倍。

四是在构件运输阶段，全装配预应力混凝土模块结构技术体系通长采取单个模块一辆车的运输模式，在装配式体系中，相同体量的墙、板构件则需约 3 辆车，在运输距离、车辆型号相同的情况下，运输效率约提升 3 倍。

五是在建造阶段，全装配预应力混凝土模块结构技术体系一次吊装即为一个模块构件，即可完成四墙一板的吊装工作，在装配式体系中，四墙一板需约 6 次吊装工作，吊装效率提升约 5 倍；全装配预应力混凝土模块结构技术体系为全预制，无装配式结构后浇作业，外墙采用夹心保温板，无现浇结构现场喷涂保温作业，减少施工工序，可大幅缩短施工周期。案例项目标准层单层共 19 个模块，初步估计平均 2 天完成。

一层模块吊装工作，地上结构全部完成需约 18 天，传统装配式14体系、现浇体系平均 5~7 天完成一层，地上结构全部完成需约 45-60 天，其施工周期为传统装配式体系、现浇体系的 1/3~1/2，建造效率将大幅提升。

（三）发挥全预制装配优势，实现低碳建造

对比分析案例项目与现浇体系、装配式体系碳排放量。装配式体系按全部楼层预制考虑。参照现行国家标准《建筑碳排放计算标准》GB/T 51366-2019 并结合装配式结构的特点，按建材及构件生产阶段、建材及构件运输阶段、建造阶段共三大阶段来计算地上主体结构的碳排放量。建材及构件生产阶段碳排放量计算时仅考虑主要的结构材料，忽略用量较少的材料。其中建材生产的碳排放根据建材数量和碳排放因子进行计算；预制构件生产碳排放参考装配式建筑结构部品部件能源消耗限额及相关论文统计数据进行计算。预应力模块体系由于采用可调节模具和可实现高效生产，其生产效率为装配式体系的 2 倍以上，每立方构件碳排放量保守取为预制构件的一半。

注：仅计算±0 以上部分的建筑材料中的钢筋、混凝土碳排放量。

表 6 中碳排放量根据建材及构件的重量、运输距离和运输碳排放因子进行计算，其中现浇混凝土运输距离按 40km，预制构件按 100km，其余均按 500km。

计算时消耗量按实际施工工序参考住建部主编的《房屋建筑与装饰工程消耗量定额》TY 01-31-2015 确定，其中预应力模块体系的消耗量根据拟采用的机械设备情况确定。计算采用的电的碳 排 放 因 子 为 0.79kgCO2e/kWh ， 柴 油 的 碳 排 放 因 子 为3.12kgCO2e/kg。

全装配预应力混凝土模块结构的碳排放量，由上表可以看出：

一是建材及构件生产阶段，由于采用整体模块预制的生产方式，使得生产效率有效提升，同样体积的预制构件能耗降低，使得碳排放量相比传统装配式体系降低了 6.7%；

二是建材及构件运输阶段，由于预制构件总体积及重量大于传统装配式体系，因此碳排放量略高，增加了约 10%；

三是建造阶段，由于现场作业量大幅减少，使得碳排放量显著低于现浇体系和传统装配式体系，与传统装配式体系相比降低了 82.8%。此外，全装配预应力混凝土模块结构技术体系由于施工周期大大缩短，使得施工现场人员生活用水、用电的碳排放也大幅减少，因此实际碳排放将更低。

四是总体来看，与装配式体系相比，全装配预应力混凝土模块结构技术体系能更好地发挥装配式结构在低碳建造方面的优势。

进一步探索和发展建议

在推进新型建筑工业化和装配式建筑绿色低碳发展过程中，全装配预应力混凝土模块结构技术体系具有独特的优势，其建设迅速、安全耐久性好、工业化程度较高、造价基本持平等特点比较适用于量大面广的住宅、公寓等民用建筑，可在试验和设计方法完善、标准编制、案例项目建设等方面深入推进。

一是强化试验数据支撑，优化设计方法。 应从全装配预应力混凝土模块结构单元接缝、模块墙体构件、模块整体结构三个层面进一步完善力学和抗震性能试验研究。可以目前已完成的接缝及构件的试验数据为基础，扩大试件数量和测试内容。现阶段已形成了一套包含结构分析方法、模块构件设计计算方法及接缝设计计算方法在内的结构体系设计方法，可结合试点项目反馈内容进一步优化设计方法，逐步形成适用多场景、多建筑类型的通用设计方法。

二是系统分析案例项目得失，推进配套标准编制。 全装配预应力混凝土模块结构技术体系的配套团体标准已在中国工程建设标准化协会立项，《全装配预应力混凝土模块结构技术规程》已进入编制阶段。下一步要结合实验数据、技术体系研究和试点项目工程反馈，融入设计生产施工等各方主体优化意见，推进标准编制工作。

三是发挥智能建造载体优势，推进多场景试点应用。 全装配预应力混凝土模块结构技术体系和工程建造方式，与智能建造逻辑非常吻合，基于全产业链能够与 BIM 设计、智能生产、智慧工地、智能家居等多环节、多场景智能化技术紧密融合，会催生包括设计、建筑材料、工程设备、生产、施工安装和装饰装修在内的工业化全产业链多种业态形式，应结合淄博试点项目经验，通过技术授权、商务合作等方式开展更多的项目建设，逐步实现全装配预应力混凝土模块结构技术体系的规模化应用。