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模块化外壳:在每个阶段保护您的投资

传统的建筑围护设计考虑如何转化为模块化项目

建筑物围护结构包括建筑物的任何部分，它在物理上将条件空间和无条件空间分开. 适用于模块化和传统的现场建造, 最后的建筑围护结构通常是建筑物的真实外观. 然而, 模块化结构的一个独特之处在于，在存储过程中，每个模块通常需要自己的保护层, 运输, 和安装. 模块还可以包括其他工厂安装的组件，如绝缘和包层系统. 本文中的主题代表了模块化构造的一些最大挑战和好处, 包括在现场前期施工阶段保护层是如何起作用的，保护层是如何起作用的, 及其他预制围护层/系统, 可能成为最终建筑围护结构的一部分.

建筑围护控制层概述

建筑围护结构受液态水、水蒸气等环境载荷的影响, 空气, 除了火和声音等其他负荷外，还有热量. 图1显示了外壳通常如何使用控制层系统来管理这些负载, 包括设计用于管理特定负载的独立材料或系统. 在一般情况下, 每个控制层(可能的蒸气控制除外)在每个组件上都需要可识别和连续. 每一层也需要详细设计，以便在建筑的整个生命周期中发挥预期的作用.

图1 -建筑外壳负载和相关的控制层

设计和施工团队可以使用控制层的概念来理解每个围护系统和/或材料的作用和重要性. The team can also use this concept to evaluate the building enclosure assemblies and details; in traditional construction, 这通常包括识别缺失, 不连续(如果需要连续), 或者不适当的冗余控制层. 这一概念也有助于模块化建设:

确定(有时是临时的)保护层的连续性，这些保护层可能在施工前阶段负责管理水的暴露.
对最终建筑围护结构的模块间接缝进行详细设计，以确保控制层的连续性.
限制施工文件的间隙，包括工厂或现场安装文件.
减少多余的材料和相关成本.

湿度控制

模块化施工提出了独特的湿度(水和水蒸气)控制挑战，而不是在传统的现场施工中通常遇到的. 一些挑战来自于这样一个事实，即完成的内部工作通常在工厂完成，并在模块内运输到工地, 不像传统的现场建造的建筑，在安装内部装饰之前，建筑是风化的. 结果是, 模块-包括它们的结构系统和任何护套, 隔热层, 在项目储存期间，内部饰面容易受到湿气的影响, 航运, 施工阶段. 任何对模块的湿气损坏都将大大增加修复的难度, 冒着移除相邻的已完成工作和昂贵的进度影响的风险.

水控制弹性设计

具有弹性湿度控制设计的模块化建筑可以帮助降低与湿度相关的损害风险. 弹性设计限制了模块组件的暴露和水进入模块，一旦它离开制造设施的受控环境，直到最后的外壳安装.

防水设计的基础首先是在工厂中保护模块的所有六个侧面(见图2)，然后再将模块运输或储存在室外, 它可能暴露在什么地方. 该设计基本上为每个模块提供了自己的水控制层，以便在存储期间进行保护, 运输, 和安装阶段的模块化结构. 与标准的现场施工相比，这种设计可能需要用屋顶和防水屏障(WRB)膜材料覆盖更多的建筑表面积, 有必要减少对潮湿敏感的内部饰面损坏的风险.

图2 -在现场施工过程中，一个模块的所有六面都被包裹起来.

选择覆盖模块两侧的水控层在很大程度上取决于气候因素和项目的风险承受能力. 取决于项目的位置和季节天气模式, 模块在运输和储存过程中受潮的风险较大. 这在远距离运输时尤其如此, 在水, 通过不同的气候带, 在下雨或下雪的情况下. 防止模块在运输过程中受潮, 存储, 甚至施工也可以提高模块在吊装到位时干燥的几率. 要保护模块的每一边，请考虑以下做法:

模块顶部: 水平表面特别容易受潮. 无论气候因素或风险承受能力如何, 最好的做法是使用完全粘附的屋顶膜产品来保护组件的顶部. 这适用于所有模块, 模块是否形成最终的屋顶外壳或完全隐藏在最终的建筑外壳内. 通常，这种屋面膜材料与传统低坡屋面应用中使用的蒸汽屏障/临时屋面膜产品相同就足够了.
模块的垂直侧面: 在所有模块的外墙的护套上完全粘附的WRB膜是一种耐用和防水的方法. 而一些模块墙可能不会形成最终的外壳, 使用完全粘附的WRB, 如自粘膜或液体膜, 在受损和受潮的情况下，能否限制膜后的水迁移(和相关的损害).
模块背面: 这是一个最佳实践在所有模块的底部提供完全粘附的WRB. The bottom of a module may seem less vulnerable; however, 它很容易受到砾石的损坏和水分暴露, 碎片, 以及在地面运输和现场储存过程中的溅回.

而完全粘附的膜在每个模块的垂直侧面和底部提供了最持久的水控制层, 机械附着的wrb比依赖聚乙烯收缩包装性能更好. 在干燥的气候下, 聚乙烯收缩包装有时用作存储期间模块的唯一水控制层, 运输, 以及项目的安装阶段. 这些产品通常很薄，容易损坏, 收缩包装上的小洞可能导致漏水，如果不加以缓解，可能会对模块单元造成损坏.

其他防潮注意事项

到目前为止, 本文关注的是外部水源，但由于制造(例如)而包含在模块内的水分.g.(完成安装活动)也需要考虑. 在适当的地方, 在内墙上提供透气性WRB膜可以使内置的水分干燥. 然而, 如果存在在模块内长时间滞留过多水分的风险，则可能需要考虑增加水控制层的蒸汽渗透率以外的其他措施.

模块的水控制层的透气性也需要在最终建筑使用和组件的更大背景下考虑. A module’s water control layer may form part of the final building enclosure; as such, 为了长期表现，需要适当地选择它. 在划分不同用途和条件的空间时，也可以在建筑物内包含一个水控制层，并应确认其适当性.

水分管理最佳做法

在运输或储存模块到户外可能暴露在潮湿的地方之前，保护所有六面并在受控的工厂设置中“干燥”每个模块.
在每个模块的顶部安装一个完全粘附的屋顶级膜, 它是否会成为最终的屋顶模块.
在每个模块的四个外部垂直侧面和底部安装一个自粘或涂有流体的WRB. 这是一个最好的做法，这种WRB是蒸汽渗透的, 如果合适的话，根据最终的建筑设计需要.

控制层连续性的细节

模块化建筑是一种独特的结合快节奏的预制建筑构件和现场组装, 包括建筑外壳的最终细节. 工厂与现场安装范围在设计阶段确定，并考虑施工前保护和最终外壳.

优化模块化建筑的围护结构设计通常意味着水控制膜具有双重目的:在施工前阶段保护模块，并作为最终建筑围护结构的水控制(可能还有空气控制)膜. 模块甚至可以预制绝缘和包层，这是最终组件. 结果是, 一旦模块竖立起来, 关键的模块间连接需要完成，以创建所有控制层的连续性，包括完成包层系统. 图3和图4提供了模块对模块连接细节的示意图示例，其中实现了层的连续性.

这些细节显示了模块之间的外部接缝(现场)填充了最终的WRB和空气屏障膜(水和空气控制)。, 外保温(热控制), 而包覆层最终保持建筑围护层的连续性.

图3 -直接在安装后(左)和最终外壳完成后(右)的墙对墙连接平面图细节

图4 -从一个模块顶部开始的地板到天花板连接的截面进度细节(左), 上面增加了一个模块(中), 和现场安装建立控制层的连续性(右)

如果使用自粘WRB, 项目团队需要仔细规划其在工厂的安装顺序，以便覆盖模块的底部，同时留下未粘附的WRB尾部，以便将来与现场安装的填充WRB连接(见4)。. 与传统的现场施工一样, 最好的做法是在WRB片材和空气屏障膜之间提供正面的瓦搭接接缝. 在设计, 项目团队应该仔细规划与屋顶单元连接的模块的类似细节, 现场施工的基础桩, 狭小空隙, 非典型模块对模块的连接. 应仔细考虑现场建造条件(如基础和工厂建造细节)之间的接口，以适应公差和结构连接方法，以及这些将如何影响控制层的连续性.

在详细描述模块到模块连接时要考虑的其他因素包括:

由于施工公差，模块可能会在吊装到位后出现轻微错位. 通过协调足够的工厂和现场公差，并选择能够在发生偏差时容纳偏差的材料和包层系统，可以最大限度地减少偏差及其后果.
模块通常需要有临时结构支撑，以在吊装/吊装到位时保护它们. 这些支撑物穿透每个模块的防水层，并可能穿透最终的围护层, 如果没有适当密封，在现场工作期间甚至在服务期间为水侵入创造通道. 最好的做法是制定细节，说明临时结构支撑在拆除后是如何密封的.

详细介绍最佳实践

在工厂开始模块化建造之前，确定所有细节. 说明工厂范围与现场范围，以及从项目开始现场安装过渡的安装顺序.
开发细节来展示建筑的最终水是如何产生的, 空气, 热, 在模块到模块的连接处，蒸汽控制层是连续的, 在与基础墙等现场建筑的界面处, 在狭窄的空间里.
考虑到工厂和现场的公差，并选择能适应不校准的材料.
请详细说明如何拆除和密封每个模块上的临时结构支撑.

运输和施工阶段水管理

取决于地点和季节天气模式, 项目在运输过程中可能存在模块受潮的高风险, 存储, 以及安装阶段. 虽然模块可能已经在六面都安装了一层保护层，以减少水的暴露, 项目团队可以通过以下附加步骤来增加模块在吊装到位时干燥的可能性:

减少膜损伤. 如果模块必须远距离运输或用驳船在水上运输, 考虑使用永久性, self-adhered, 或者用液体涂膜代替不粘膜, 临时保护. 高速旅行(地面运输)会引起暴雨，并造成松散膜的损坏, 比如机械附着的包裹. 如果永久的自粘膜或液体膜在一个区域损坏, 一般来说，暴露在水里仅限于受损区域. 这些产品的粘附性质最大限度地减少了水在膜和护套之间进一步流动的机会.
保护膜不受磨损. 在运输过程中，捆扎带和其他连接会磨损保护膜. 用薄膜保护模块，使其与基板保持紧密，以避免磨损. 在长途公路旅行中, daily inspections and patching can ensure the 临时保护 remains intact; because modules are often oversize loads, 像树枝这样的邻近材料造成破坏并不罕见. 在放置之前，清理模块上的所有道路和建筑碎片，如锯末. 额外的膜, 例如那些在关节连接处的, 通常不能安装在这样的碎片上.
制定应急计划. 适当的应急计划考虑到模块运输期间的天气事件, 现场存储, 和安装. 本计划提供水分管理条款, 包括去除表面和蛀牙中的水分, 并通过加热完成干燥, 通风, 或者其他方式)元素变湿. 应急计划可能包括额外的临时保护措施，如在每天工作结束时应用“夜间密封”和保护开口, 拿点, 以及其他脆弱地区.
提供临时保护. 模块安装完毕后, 如果连接处没有充分密封，湿气会积聚在部件之间的间隙中(图5)。. 水分的积累很难观察到，而且, 除非被发现和补救, 可能造成损害. 这可以通过密封每一层的水平模块对模块接缝以及其他有水分暴露和积聚风险的区域来避免. 在大雨天气下，仅依靠防水布和塑料对已安装模块进行临时防水可能是不够的. 如果下面没有安装屋面膜，这些防水布上不显眼的洞可能会损坏单元之间的间隙和内部饰面. 图6显示了一个示例，在每完成一层后，将水汇集在模块上的临时防水布上.

图5 -干燥能力有限的组件间空隙中存在水分

图6 -在中间模块屋顶安装的防水布上汇集水

临时运输和场地保护最佳做法

在运输或储存模块到室外可能暴露在潮湿的地方之前，覆盖所有六面以保护受控工厂设置中的每个模块. 使用永久的，自粘的，或液体敷膜.
在模块运输、现场储存和安装期间，为天气事件制定应急计划.
Monitor the continuity of protection layers throughout the construction phase; rep空气 areas of damage after confirming the areas beneath are dry
密封每一层的水平模块对模块的连接处，以及其他有水分暴露和积聚风险的区域. 安装完成后，在顶部模块的水平接缝处安装一层完全粘接的屋面膜.
密封任何可能暴露在风雨中的垂直模块与模块之间的连接处. 根据暴露程度的不同，可以使用松散铺设或完全粘附的膜.

提高能源效率的机会

制造工厂的受控环境可以使其更容易满足高性能要求(例如.g., 气密性目标和外部绝缘连续性)比传统的现场施工围护组件. 受控的环境有利于一致的膜应用和细节, 特别是在使用外保温时, 尽管现场连接处仍需要很好地细化，以确保模块到模块的连续性. 注意密封这些接头，以控制空气和水，是满足性能要求的必要条件. 图7为工厂外保温安装过程中的一个模块.

细节可以设计为便于安装现场安装的元素，不能包括在发货的模块. 由于外部WRB和空气屏障通常不能可靠地密封，而不留下大部分包层和膜, 一般来说，将每个单元单独设计为密闭的更简单, 包括沿相邻墙壁和地板的区域. 这种做法允许在工厂进行施工中期气密性测试，并修复任何显示漏气的细节. 热, water-resistive, 然后在现场连接包层组件, 并完成了模块间气密性的延续，保证了整个建筑的气密性.

图7 -工厂内安装在模块上的外部绝缘

案例研究:卑诗省贝拉市的员工住房设施

2015年初, 温哥华海岸卫生局开始为偏远的贝拉贝拉社区寻找员工住房解决方案, BC. 项目团队着手建造加拿大第一个多单元模块化被动房设施(图8). 严格的被动式房屋标准旨在平衡影响建筑的气候条件和建筑居住者的日常需求，以提供舒适的环境, 健康的, 耐用的结构，使用最少的能源. 利用模块化设计的优势, 项目团队能够达到目标并克服表1中列出的挑战.

采用模块化结构, 偏远的贝拉贝拉工作人员住房设施及时完工，同时也实现了高性能的建筑围护. 能源监测工作表明，该设施使用了大约28.5 kBTU /英国《皇冠99hg现金网》²/年(90kwh /m²/yr)的能量，其中大部分能量被内部负载消耗(e.g.、电视和其他插头负载).

图8 -已完工的员工宿舍设施

表1 -温哥华海岸卫生局贝拉工作人员住房设施的项目目标和挑战, BC

项目目标	结果
快速建设
温哥华海岸卫生局(Vancouver Coastal Health Authority)要求这栋建筑尽快完工，以便工作人员能尽快入住. 模块化结构是短时间内的最佳选择.	制造模块的现场和快速现场组装减少了工人在现场所需的时间. 该项目采用模块化结构，从开始到完成耗时7个月，而采用传统的现场施工方法估计需要两年时间.
被动式房屋认证
该项目旨在2015年9月达到高性能被动房标准. 为了实现这一目标, 这座建筑需要达到严格的标准, 包括空间热需求, 一次能源需求, 以及气密性测试指标. 建筑物不能超过0.每小时换气6次(ACH)，压力为50帕斯卡(0.6 ACH50) 由于目标的高性能, 该项目需要在施工中期进行气密性测试，以便及早发现问题，并在建筑覆盖层之前进行维修.	一个训练有素的工作人员在一个受控的环境中按照被动式房屋的标准建造了这个项目. 这种方法使承包商能够将所需的资源与合适的材料结合起来, 质量控制, 和正确的安装-由项目顾问验证-导致一个成功的被动房项目. 受控的制造工厂环境使其更容易达到气密性目标，因为它允许更多的关注细节，而不是在恶劣的天气条件下. 由于模块组装时间紧迫，在施工中期对各个模块进行了气密性测试. 因此，每个模块的六面都尽可能地密封. 这种做法的另一个好处是控制了单元之间无意的内部气流, 哪些有助于机械系统的设计和功能.
项目的挑战	解决方案
远程位置
贝拉贝拉地处偏远的农村，获得贸易和物资的渠道有限. 项目地点有通往海滩的通道，但卡车运输不方便.	非现场施工允许在非现场安装被动式房屋性能所需的大量外部绝缘材料，而不需要额外的施工时间或现场工人培训. 原材料也不需要在现场运输和组装. 模块通过驳船运送到项目位置(图9). 由于他们在水上运输, 适当的防潮装置是一个重要的项目考虑因素.
潮湿的天气
贝拉经历了不列颠哥伦比亚省最潮湿的天气条件. 该工程需要强大的防潮保护, 不仅适用于最终的建筑，也适用于运输和安装阶段的各个模块.	模块的所有六面都有高度防水但透气的护套膜保护. 该膜加倍作为最终的WRB和空气屏障膜的外壳. 在运输和安装阶段，保护所有六面降低了损坏的风险. Completing the on-site module-to-module 空气 and water control layer sealing was especially challenging in the wet weather and required more effort by the construction team; however, 通过在工厂安装大部分WRB, 在潮湿的天气里安装材料的时间大大减少了. 图10显示了在现场施工期间放置的模块.

图9 -模块通过驳船运往BC省Bella Bella的偏远社区

图10 -安装时放置的模块

相关资源

雀,G. & 亨德森,E. RDH建筑科学有限公司. (2020). 走向模块化:高性能经济适用房的经验教训.

哈勒尔T. RDH建筑科学有限公司. (2016). 模块化建筑围护结构设计.

亨德森,E. RDH建筑科学有限公司. 模块化建筑节能，经济适用房在加拿大.

J,委内瑞拉. RDH建筑科学有限公司. 模块化建筑围护结构设计.

由RDH建筑科学公司的Bailey Brown、Matthew Bowman和Denali Jones贡献.

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