Investigación y aplicación de tecnología de construcción modular de hormigón para edificios de baja y media altura

Este artículo se reproduce de «Estructuras de hormigón prefabricado y pretensado», autores originales: Liu Zhilong  Li Jinjun. Haga clic para leer el original: Ver original. El propósito de la reproducción es transmitir más información; si existe infracción, contacte para su eliminación.

Introducción: Este artículo toma como objeto de estudio un gran proyecto de zona residencial en Oriente Medio en el extranjero y, bajo condiciones de esquema arquitectónico ya definidas, completa la investigación de conversión del sistema de hormigón prefabricado PC a un sistema de construcción integrada modular de hormigón MIC, la comparación de esquemas, la verificación estructural, la simulación de construcción y la comparación técnico-económica, proporcionando una referencia para la construcción modular de proyectos similares en el extranjero.

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Descripción general del proyecto

1.1 Situación básica del proyecto

Este proyecto es una gran comunidad residencial integral en la región de Oriente Medio en el extranjero, con el desarrollo de viviendas como cuerpo principal, complementado simultáneamente con instalaciones comerciales, educativas, médicas, zonas verdes, servicios municipales y de transporte, con un volumen global considerable y una composición funcional completa. La forma principal de producto del proyecto son viviendas de hormigón de baja y media altura, con un alto grado de estandarización de tipologías, lo que constituye una buena base para impulsar la construcción estandarizada y modular. Esta investigación selecciona como objeto de análisis la tipología principal, que representa una proporción importante del proyecto, y bajo la premisa de mantener sin cambios la planta arquitectónica original, la fachada, la altura de planta y las funciones de uso, actualiza el sistema original de hormigón prefabricado PC a un sistema de construcción integrada modular de hormigón MIC, llevando a cabo una investigación sistemática en torno a la conversión de esquemas, la verificación estructural, la simulación de construcción y la comparación técnico-económica.

La región de Oriente Medio presenta un calor extremo prolongado en verano y una fuerte radiación solar, con períodos limitados para la construcción en exteriores, y la eficiencia de las operaciones in situ se ve claramente condicionada por las condiciones climáticas. Las cuadrillas de construcción locales están compuestas principalmente por mano de obra extranjera, con una gestión de personal y niveles de cualificación desiguales, lo que dificulta la organización in situ y el control de calidad. La construcción tradicional in situ y los sistemas convencionales de prefabricación implican numerosos procesos in situ y una alta dependencia de la mano de obra, lo que dificulta alcanzar los objetivos de entrega estable y calidad homogénea. Por ello, este proyecto pretende actualizar el sistema prefabricado original a un sistema de construcción integrada modular, mediante producción industrializada y montaje integral in situ, comprimiendo la carga de trabajo in situ, acortando el plazo de ejecución y mejorando la estabilidad de la calidad, explorando una nueva vía de construcción de viviendas de hormigón de baja y media altura adaptada a las condiciones de construcción de Oriente Medio en el extranjero.

1.2 Dificultades de la investigación

La dificultad central del proyecto radica en que: el esquema arquitectónico está básicamente definido, y la conversión del sistema estructural hacia lo modular debe completarse sin alterar la distribución espacial, sin ocupar de forma evidente la superficie útil y sin reducir los estándares de seguridad estructural; al mismo tiempo, todo el análisis estructural se lleva a cabo mediante cálculo teórico y simulación de esquemas conforme a las normas nacionales pertinentes sobre edificios modulares de hormigón, debiendo garantizar la racionalidad de la ruta técnica y el rigor lógico de los datos.

Para garantizar la racionalidad y viabilidad de la conversión de esquemas, esta investigación sigue los siguientes principios básicos: primero, el rendimiento estructural no se reduce, los indicadores de verificación estructural tras la conversión no son inferiores a los del sistema original, cumpliendo los requisitos de seguridad y durabilidad; segundo, costo y plazo controlables, se permite un aumento moderado del costo de construcción dentro de un rango razonable, logrando el valor integral óptimo mediante la reducción del plazo y la mejora de la eficiencia de gestión; tercero, el espacio funcional se mantiene básicamente invariable, bajo la premisa de cumplir indicadores urbanísticos como el coeficiente de ocupación, el espacio interior y las funciones de uso no cambian significativamente; cuarto, la producción y construcción de módulos se adapta a las condiciones locales, considerando factores como el proceso industrial, los límites de transporte, la capacidad de izaje in situ y el entorno climático.

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Comparación de esquemas de diseño modular de hormigón de baja altura

2.1 Comparación de esquemas del sistema modular

Combinando las características de las tipologías del proyecto y las demandas de solicitación estructural, esta investigación propone tres esquemas de división modular, realizando una comparación integral desde dimensiones como la dificultad de construcción, el impacto espacial, la controlabilidad del riesgo y la viabilidad de implementación. Esquema uno: sistema de módulo de doble pared, el módulo en su conjunto es de tipo caja cerrada, con paneles de pared bilaterales conformados de forma integrada, empalme in situ sencillo, escaso número de nodos y precisión de construcción fácil de controlar, alta estabilidad de calidad; los cálculos muestran que este esquema reduce ligeramente la superficie útil interior, pero puede compensarse mediante disposiciones mixtas y otros medios. Esquema dos: sistema de módulo de pared simple, con menor impacto en el espacio interior, pero con más procesos de empalme in situ y mayor complejidad en el tratamiento de nodos, lo que exige altos requisitos de precisión de construcción y control de calidad. Esquema tres: sistema de módulo mixto, que combina las ventajas de los dos anteriores, pero tras la diversificación de especificaciones de módulos aumenta la dificultad de producción en fábrica y organización in situ, debilitándose las ventajas de costo y plazo integrales.

Figura 1 Selección del sistema modular

Considerando integralmente la fiabilidad técnica, la facilidad de construcción, el grado de impacto espacial y los resultados de simulación, la investigación determina finalmente el sistema de módulo de doble pared del esquema uno como esquema base, y lo optimiza localmente combinándolo con el enfoque del sistema mixto, controlando en la medida de lo posible el impacto sobre el espacio útil mientras se garantizan las ventajas de plazo y calidad.

2.2 Principios de diseño de la división modular

La división de unidades modulares sigue los siguientes principios de diseño: (1) Limitaciones de transporte. Combinando los requisitos de límites de transporte convencional por carretera de la ubicación del proyecto, la anchura máxima del módulo se controla dentro de 4,5 m, para cumplir las condiciones de tránsito por vía terrestre. (2) Adaptación al izaje. Las unidades modulares de hormigón tienen un peso propio considerable, y la división de módulos debe coincidir con la capacidad nominal de izaje de los equipos de elevación de la obra, controlando el peso de cada módulo dentro de 20 toneladas. (3) Integridad funcional del edificio. La división de módulos se realiza según las funciones de uso del edificio, garantizando que cada módulo pueda completar en fábrica la producción integrada de estructura, aislamiento, acabados, instalaciones y componentes de interiorismo. (4) Nodos racionales. Los nodos de conexión entre módulos deben tener una solicitación clara, construcción sencilla y impermeabilización fiable, considerando la integridad estructural y la precisión de instalación in situ. (5) Coordinación estandarizada. Las especificaciones de los módulos deben ser lo más uniformes posible, reduciendo el número de piezas especiales, creando condiciones para la producción industrializada y la difusión a escala.

Figura 2 Modelo de división modular de la unidad del proyecto

En todo el proceso del proyecto se utiliza tecnología BIM para completar la simulación digital del diseño modular, la división, la coordinación y la entrega de resultados, proporcionando un sólido apoyo a la viabilidad del esquema. Mediante software BIM se construyen modelos de todas las especialidades, se realizan análisis espaciales, comparación de esquemas, estadísticas de superficie y comprobaciones tridimensionales, verificando la viabilidad y racionalidad de la división modular. En la fase de comparación de esquemas, la tecnología BIM proporciona herramientas de análisis visual para la investigación modular de hormigón de baja y media altura, permitiendo simular y optimizar con antelación eslabones clave como la conversión de sistemas, la división de componentes, la construcción de nodos y la coordinación entre especialidades.

2.3 Verificación de solicitación del módulo en situación transitoria

La estructura modular, además de cumplir los requisitos de diseño del estado límite de servicio de la estructura global, debe también someterse a una verificación específica de solicitación para la situación transitoria de izaje en obra. Tomando como ejemplo el módulo 1 mostrado en la figura 2, se establece un modelo de cálculo de elementos finitos refinado de un módulo de hormigón individual; la frontera de los puntos de izaje se simula con restricciones articuladas, y considerando los requisitos de estabilidad del módulo, se añaden apoyos temporales bajo la situación de transporte e izaje, resolviendo la respuesta de deformación de los componentes del módulo y la distribución de esfuerzos internos de los paneles de pared bajo la situación transitoria de izaje, verificando así la rigidez y la capacidad portante del módulo, y proporcionando base para la disposición de puntos de izaje, las medidas de refuerzo temporal y el plan de transporte.

Figura 3 Modelo de cálculo de elementos finitos del módulo

Figura 4 Diagrama de deformación del cálculo de elementos finitos del módulo

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Análisis comparativo de esquemas de edificios modulares

3.1 Comparación de métodos de construcción

El esquema PC original se ejecuta combinando componentes prefabricados con hormigonado in situ, incluyendo componentes como losas de piso prefabricadas, vigas, escaleras y paneles de fachada, y aún requiere in situ una gran cantidad de trabajos de ensamblaje, encofrado, hormigonado y curado, con muchos tipos de componentes y numerosos procesos, y las instalaciones electromecánicas y el acabado deben realizarse tras la finalización de la estructura principal, resultando en una cadena de construcción global más larga.

El sistema MIC adopta el enfoque de división en módulos tipo caja, dividiendo el edificio completo en varios módulos espaciales, completando en fábrica de una sola vez la producción integrada de estructura, aislamiento, acabados, instalaciones y componentes de interiorismo, y in situ solo se requiere la construcción de cimentaciones, el izaje de módulos, el sellado de nodos y los trabajos de remate, reduciéndose enormemente las operaciones húmedas, completándose en paralelo en fábrica las instalaciones electromecánicas y el acabado, y comprimiéndose notablemente el plazo in situ. Según los cálculos, el consumo de hormigón del esquema MIC es ligeramente superior al del esquema PC, pero la integridad de los componentes es mayor, la estabilidad de calidad es mejor y el beneficio integral del ciclo completo es superior.

Figura 5 Sitio de fabricación en fábrica de módulos MIC de un proyecto nacional

3.2 Comparación de cálculos de plazo y costo

Según la simulación del proceso de construcción, el plazo total in situ del esquema PC es relativamente largo, incluyendo la construcción de cimentaciones, la construcción de la estructura de cada planta, las instalaciones electromecánicas, el acabado y las obras exteriores; el esquema MIC, debido a que una gran cantidad de procesos se completan en paralelo en fábrica, se centra in situ en el izaje y la construcción de nodos, acortándose notablemente el plazo. Según los cálculos, el modelo MIC puede comprimir en torno al 40 % el ciclo de construcción de la estructura principal in situ, con una mejora significativa de la eficiencia global de construcción, como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1 Comparación de diferencias en métodos de construcción entre proyectos PC y proyectos MIC

En cuanto al costo de construcción, el esquema MIC, al incluir producción en fábrica, acabado integrado, transporte e izaje, presenta un valor calculado por metro cuadrado superior al del esquema PC; sin embargo, debido al acortamiento del plazo, la reducción de mano de obra in situ, la disminución de costos de gestión y la aceleración de la rotación de fondos, su beneficio integral del ciclo completo es más adecuado para grandes proyectos de desarrollo rápido.

3.3 Análisis de ventajas integrales

Desde los resultados de la comparación de esquemas, el sistema MIC presenta ventajas evidentes en este proyecto: primero, velocidad de construcción rápida, poco afectada por el clima cálido, altamente compatible con las condiciones de construcción de Oriente Medio en el extranjero; segundo, alta precisión de fabricación en fábrica y buena estabilidad de calidad, con reducción significativa del riesgo de patologías comunes como filtraciones y fisuras; tercero, escasa carga de trabajo in situ, menor dependencia de la cantidad y cualificación de la mano de obra, adaptándose mejor al clima cálido local y a la estructura laboral; cuarto, integración de arquitectura, aislamiento, decoración e instalaciones electromecánicas, con alto estándar de entrega y bajo costo de mantenimiento posterior; quinto, los edificios modulares facilitan la difusión estandarizada y a escala, adecuados para la construcción unificada de grandes comunidades residenciales, especialmente para proyectos con pocas tipologías y gran cantidad.

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Conclusiones

Este artículo toma como objeto de estudio un gran proyecto de zona residencial en Oriente Medio en el extranjero y, bajo condiciones de esquema arquitectónico ya definidas, completa la investigación de conversión en fase de esquema del sistema de hormigón prefabricado PC a un sistema de construcción integrada modular de hormigón MIC, la comparación de esquemas, la verificación estructural, la simulación de construcción y la comparación técnico-económica.

El sistema modular de hormigón de baja y media altura, bajo la premisa de cumplir la seguridad estructural, las funciones de uso y los indicadores urbanísticos, puede acortar significativamente el plazo, reducir las operaciones in situ y mejorar la calidad y eficiencia de la construcción, adaptándose bien al clima cálido local y a las condiciones laborales. El método de división modular de hormigón de baja y media altura, el enfoque de verificación estructural, los principios de construcción de nodos, la ruta de coordinación BIM y la lógica de comparación de esquemas propuestos en este artículo pueden proporcionar una referencia para la construcción modular de grandes proyectos residenciales en Oriente Medio y regiones extranjeras de clima similar, y también pueden proporcionar investigación preliminar y reserva técnica para la internacionalización de la tecnología china de edificios modulares de hormigón. Tras una optimización adicional combinada con políticas, normas, cadena de suministro y modelos de gestión localizados, la construcción modular tendrá un espacio de aplicación más amplio en la construcción de grandes comunidades residenciales en el extranjero.

Referencias bibliográficas

[1] Lu Yifeng. Diseño estructural de edificios modulares residenciales en Arabia Saudí [C]//Asociación China de Estructuras Metálicas de Construcción. Avances en tecnología de construcción en estructura de acero. CIMC Modular Building Investment Co., Ltd., 2025: 166-169.

[2] Luo Yang. Investigación sobre el sistema de evaluación y las estrategias de desarrollo de alta calidad de edificios modulares [D]. Universidad de Hunan, 2023.

[3] Liu Zhihong, Cui Yao, Li Shengjie, et al. Estudio experimental sobre las propiedades mecánicas de componentes de conexión horizontal en estructuras de hormigón prefabricado modular [J]. Tecnología de la Construcción (chino-inglés), 2026, 55(04): 7-13.

[4] Jin Tingzhu, Wang Nian, Tang Jie. Construcción y aplicación de la gestión digital de proyectos de edificios modulares MIC [J]. Desarrollo de Tecnología de la Construcción, 2026, 53(01): 3-7.

[5] Zhang Zaichen, Gui Zhengrong, Chen Kai, et al. Investigación sobre el desarrollo de edificios modulares de hormigón [J]. Ciencia y Tecnología de la Construcción, 2025, 9(09): 80-83.

[6] Cui Can, Ouyang Wei. Investigación sobre el desarrollo de la tecnología de edificios integrados modulares de hormigón (MiC) [J]. Ciencia y Tecnología de la Ingeniería Moderna, 2025, 4(22): 45-48.

Proyecto financiado por: tema «Investigación sobre métodos de diseño de edificios modulares de hormigón de baja y media altura» de East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd.

Unidad del autor: East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd.

Autores originales: Liu Zhilong  Li Jinjun

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