综述：模块化住宅建筑的综合性能评估：系统综述与荟萃分析

《ENERGY AND BUILDINGS》：An integrated performance assessment of modular residential buildings: Systematic review and meta-analysis

　　

• 识别出3个主要主题：温室气体减排、能效、室内环境质量（IEQ）。
• 关于模块化住宅建筑（MRBs）在使用、运营和寿命结束阶段性能的数据有限。
• MRBs的初始温室气体排放量为73至900 kgCO?e/m2。
• 应在单体建筑及更大规模层面评估MRBs的性能。
• 提出了一个整合舒适度、韧性、成本、能源和排放的框架。

引言

近几十年来，住房需求稳步增长，主要由供给不足所驱动，导致世界许多地区出现住房危机。一个主要的促成因素是，尽管其他经济部门的的生产力呈快速增长态势，但建筑行业的生产力却较低[1]。在此背景下，模块化建筑——即在施工现场外制造建筑的大部分构件——是传统住宅建筑的低效替代方案。模块化建筑的概念历经数百年演变，正如?gren和Wing[2]所指出的，模块化和相关概念有着200年的历史，被广泛归结为"工业化建筑"这一主题。

模块化建筑将传统建筑实践与制造业技术相结合，通过标准化流程、质量控制、材料的高效利用以及劳动力的高效配置，在施工阶段提供诸多优势[3]。这些特点有助于缩短工期、减少材料浪费，从而降低建筑总成本[4]、[5]。此外，模块化建筑通过在工厂环境中减少噪音、空气污染和安全风险，减轻了传统建筑常见的部分负面环境和社交影响[6]、[7]。尽管具有这些优势，人们普遍仍然认为模块化建筑质量较低，属于临时结构，正如Brickell等人[8]和Daly[9]所指出的。这种认知可能与其在住宅环境中的历史应用有关，例如二战后时期的快速住房解决方案[4]或美国的可负担住房[10]。然而，发达经济体如加拿大（387万套）、英国（150万套）和澳大利亚（120万套）近期的住房目标，已重新激发了对住宅领域模块化建筑的兴趣。这种对模块化建筑的全新兴趣得到了有利的财务和政策方面的支持。与新兴技术相结合，它可能提升建筑质量，并将模块化住宅建筑（MRBs）定位为高性能住房解决方案，其优势不仅仅局限于施工阶段。

从最终产品的角度来看，住宅建筑可被视为一个独特实体，具有主要功能：为住户提供舒适、节能的住所，同时最小化环境影响[11]、[12]。这些成果在"环境绩效"这一大类下进行评估，在现代住宅建筑中主要通过几个关键维度进行衡量：室内环境质量（IEQ）[11]、[13]，与住户舒适度相关；能源需求[14]、[15]，反映能效；以及温室气体（GHG）排放[11]、[13]、[16]，代表环境影响和可持续性。与大多数其他产品不同，建筑的环境绩效评估较为复杂，因为其服务寿命较长，且需要考虑其整个生命周期。然而，评估MRBs的环境绩效是及时且相关的话题，有助于将MRBs定位为传统房屋的可行替代方案。

鉴于住宅建筑对环境绩效的关注日益增加，重要的是回顾现有研究如何评估MRBs的环境绩效。在过去十年中，关于模块化建筑的广泛研究积累了大量知识基础，多篇文献综述综合了这一研究成果。表1总结了关于模块化建筑的综述，包括发表详情、综述期间和综述主题。先前的文献综述主要关注同义词，如模块化建筑、场外施工（OC）和现代建筑方法（MMC），分析了从1975年到2025年的研究。许多综述[17]、[18]、[19]、[20]、[21]总结了模块化建筑技术的现状并概述了未来方向。与此同时，Zohourian等人[5]以及Kamali和Hewage[22]综合了施工阶段的优势，如缩短工期、节约成本、减少浪费和改善安全。大多数研究综合了模块化建筑的障碍和挑战[5]、[20]、[22]、[23]、[24]，指出知识有限、变革阻力以及高投资成本等问题。此外，Ly等人[18]分析了模块化建筑与循环性之间的重叠，而Bhandari等人[21]评估了模块化建筑作为灾后恢复中快速部署的住房解决方案的潜力。尽管大多数综述关注施工阶段，但一些综述综合了最终产品——即模块化建筑——的结构[20]和成本[25]绩效发现。在环境绩效的背景下，Kamali和Hewage[22]广泛综述了模块化建筑的研究，并得出结论认为模块化建筑在实现更好的全生命周期环境绩效方面优于传统建筑。然而，该综述是在十年前进行的，且包含了当时流行的预制板材施工方法。Jin等人[26]证实了Kamali关于模块化建筑卓越全生命周期绩效的结论；但他们强调，体积式模块化建筑的综合数据尚不可用。Hu等人[27]定性评估了长期温室气体排放，并得出结论认为运营阶段的排放研究不足。因此，现有综述表明，关于模块化建筑环境绩效的研究成果丰富。然而，它们并未明确聚焦于住宅建筑，如表1所示，且缺乏对量化数据的最新综合，以评估和衡量MRBs的环境绩效。

鉴于研究证据的碎片化，对环境绩效研究的综合至关重要，因为MRBs凭借快速部署潜力和高性能，在未来几年将吸引更多关注。为解决这一研究空白，本文旨在通过系统性文献综述和元分析，提供关于MRBs环境绩效的综合总结和未来发展方向的概述。本文的目标有三方面：(1) 识别与MRBs环境绩效相关的关键研究主题；(2) 定性分析各主题下的研究发现；(3) 定量分析和衡量MRBs在温室气体减排方面的环境绩效。本研究引入了一种半自动化的系统性文献综述方法，采用自然语言处理以提高筛选效率，同时遵循PRISMA框架。

本综述首先为MRBs建立操作性定义，因为"模块化建筑"这一术语在文献中高度碎片化[18]。传统建筑依赖现场施工，即大部分材料运至现场，由建筑工人逐个构件组装。相比之下，模块化建筑采用场外或预制施工，在场外设施中生产大部分构件后再进行组装。这种方法融合了传统建筑和制造业的要素[3]。从施工流程的角度来看，模块化建筑在法定审批、场地准备和性能合规方面与传统方法相似。然而，模块化建筑涉及独特的供应链，需要针对设计、物流和现场组装进行专门的规划[23]、[28]、[29]。模块化建筑通常被认为是预制程度最高的级别[4]、[22]、[30]、[31]，涉及场外制造体积单元（模块），其中可能包括内部装饰和MEP（机械、电气和管道）系统。然后这些模块被运至现场并组装成最终建筑。在本综述的范围内，MRBs被定义为涉及3D体积单元预制并随后进行现场组装最终建筑的建筑。

图1展示了建筑生命周期中的五个主要阶段：生产（A1至A3）、施工（A4-A5）、使用和运营（B1-B7）、寿命结束（C1-C4）以及生命周期之外（D），改编自EN 15978标准[32]。值得注意的是，模块化建筑在施工阶段（A4-A5）引入了额外步骤，将大部分施工活动向前转移，如图1所示。模块化建筑使场地准备和基础工程能够与建筑结构主体（地面以上构件）的预制同时进行。这种方法在施工现场仅需进行少量活动，如场地准备、基础工程和施工阶段（A5）体积单元的组装。此外，由于预制所需的材料类型和数量的变化[28]，它还会影响更早的生命周期阶段（A1-A3），并有可能影响下游阶段（B1-B6，C1-C4，D），因为建筑性能存在差异[7]。

本综述论文后续各节安排如下：第2节概述系统性文献综述过程的方法论，第3节讨论文献中发现的MRBs环境绩效关键主题，第4节描述MRBs在关键主题下的绩效评估方式，第5节呈现关于MRBs报告的温室气体排放的元分析结果，第6节讨论研究空白，第7节提出综合绩效评估框架，第8节提供结论。

章节片段

方法论

本研究遵循系统综述和元分析首选报告项目（PRISMA）指南[33]，并结合自然语言处理（NLP）辅助筛选与研究问题相关的研究论文。NLP的最新进展使传统系统性文献综述过程中的某些步骤得以自动化。

模块化住宅建筑环境绩效中的主题

本节概述了基于MRBs环境绩效研究得出的关键主题，分析了100篇论文，遵循第2.2节所述的标题和摘要筛选步骤。使用NLP算法（BERTopic）识别论文中的主题聚类。有关NLP输出的详细信息，包括n-gram和主题聚类，请参见附录中的表A.1。然后对初始结果进行分析，为每个主题聚类分配适当的名称。这一过程促成了……

MRBs的环境绩效

最初基于标题和摘要筛选的论文提供了关于MRBs环境绩效的广泛概述，并突出了该主题研究中的关键问题。在随后的全文综述中，含有实证数据的论文经过仔细筛选。该步骤共纳入44篇论文，所选研究的总结见附录中的表A.2。本步骤所选的所有研究均发表于2014年至2026年间，涵盖了最近十年……

MRBs的温室气体排放基准比较

先前的定性分析考察了MRBs中的温室气体排放、能效和室内环境质量（IEQ），提供了关于施工参数和建筑固有特征（如设计、材料和气候）如何影响性能的见解。相比之下，元分析提供了一种定量方法，用于系统比较这些因素及其与既有基准之间的结果。然而，由于一致且……的数据有限……

研究空白与讨论

对MRBs环境绩效现有文献的综述确立了一些空白，可归为以下三个关键主题：

未来方向：综合绩效评估（IPA）概念框架

从产品角度审视MRBs为模块化建筑提供了一种新颖且实用的视角，因为该概念本质上与基于制造业的生产流程相契合。从产品绩效评估的角度来看，本综述提出了一个针对MRBs的综合绩效评估（IPA）框架（图13），用于评估入住后阶段的性能。IPA框架基于这样一个原则：MRBs的大规模采用应避免跨……方面的意外权衡。

结论

本综述采用自然语言处理辅助和符合PRISMA标准的方法，系统综合了近期关于MRBs环境绩效的实证研究中的可量化数据，填补了现有模块化建筑综述中的显著空白。此领域中的研究可归为三个研究主题：温室气体减排、能效和室内环境质量（IEQ）。研究发现表明，MRBs在性能上优于传统住宅建筑……

CRediT作者贡献声明

Udara Sachinthana Perera：撰写——初稿、方法论、概念化。Priyadarsini Rajagopalan：撰写——审阅与编辑、监督、概念化。Jin Woo：撰写——审阅与编辑、监督。

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在的利益冲突：Udara Sachinthana Perera报告获得RACE for 2030 Limited（CRC公司）的财务支持。如有其他作者，他们声明不存在已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作由RMIT大学通过……支持

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