現(xiàn)代燒結(jié)粘土磚工業(yè)自動化與建筑節(jié)能歐洲考察與思考

陳繼浩 冀志江 曹延鑫（中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

現(xiàn)代燒結(jié)粘土磚工業(yè)自動化與建筑節(jié)能歐洲考察與思考

陳繼浩 冀志江 曹延鑫（中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

考察了歐洲裝配式節(jié)能建筑所用現(xiàn)代燒結(jié)空心磚建材和墻體砌筑自動化生產(chǎn)的情況，認(rèn)為可以借鑒歐洲在裝配式住宅和建筑節(jié)能方面發(fā)展的經(jīng)驗和思路。我國應(yīng)在建材生產(chǎn)和建筑構(gòu)件的制造及整體建筑業(yè)大力發(fā)展高度機械化、高度自動化的高效建材生產(chǎn)技術(shù)和針對傳統(tǒng)建筑材料節(jié)能性能的提升與改善技術(shù)，并密切配合裝配式建筑的發(fā)展，進行配套建材構(gòu)件的創(chuàng)新發(fā)展，促進建筑業(yè)整體水平的提升。

燒結(jié)多孔磚；自動化生產(chǎn)；建筑節(jié)能；裝配式建筑

中國的建筑工業(yè)化目前正進入轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的新階段，伴隨著我國勞動力達(dá)到頂峰并逐漸減少，以及與發(fā)達(dá)國家相比建筑業(yè)較為落后的現(xiàn)狀，要求建筑產(chǎn)業(yè)在現(xiàn)代化發(fā)展方面做出整體提升，這需要建筑工業(yè)各個行業(yè)密切合作，共同創(chuàng)新，促進建筑工業(yè)的根本轉(zhuǎn)變。

裝配式建筑將以其自動化、工業(yè)化生產(chǎn)、現(xiàn)場施工效率提高、節(jié)水節(jié)材等優(yōu)勢得到快速發(fā)展，是建筑產(chǎn)業(yè)化的重要標(biāo)志，具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。我國政府在2013年通過《綠色建筑行動方案》和《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》，促進裝配式建筑和綠色建筑的普及，同時大力推廣綠色建材，實現(xiàn)建筑工業(yè)化的節(jié)能體系[1,2]。我國的住宅產(chǎn)業(yè)化仍處于起步階段，需要對國外發(fā)展經(jīng)驗進行深入了解，促進我國裝配式住宅的快速發(fā)展[3]。我們于2016年8月考察了奧地利威爾士附近工業(yè)區(qū)的現(xiàn)代化燒結(jié)空心粘土磚生產(chǎn)線及其自動化墻體砌筑生產(chǎn)線，并就其空心粘土磚自動化生產(chǎn)線和預(yù)制墻體自動化生產(chǎn)線和建筑節(jié)能技術(shù)進行了交流，對其自動化生產(chǎn)水平和建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展印象深刻，也引發(fā)了對我國建筑工業(yè)和裝配式住宅發(fā)展的思考。

1 歐洲國家裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

世界能源緊缺、環(huán)保壓力加大，急劇增加的建設(shè)需求和勞動力短缺使成本持續(xù)上漲，歐洲國家在建筑業(yè)大力發(fā)展裝配式住宅及建筑材料的機械化、自動化生產(chǎn)技術(shù)和建筑節(jié)能方面做出了持續(xù)努力，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，處于世界前列，在德國住宅預(yù)制裝配式構(gòu)件比例達(dá)到94.5%。這種建筑的優(yōu)點是建造速度快，受氣候與環(huán)境制約小，易于拆除可回收，建筑垃圾少，節(jié)約勞動力，并可提高建筑質(zhì)量，提升節(jié)能與環(huán)保性能，是一種先進的生產(chǎn)方式，具有未來建筑行業(yè)的核心競爭力[4,5]，歐洲的裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展可以作為我國的借鑒。如德國的BIM技術(shù)體系，在各種裝配式建筑項目的策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行信息共享和傳遞，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮了重要作用。裝配式住宅是整個工業(yè)體系的配套和重新組織，其中建筑構(gòu)件的預(yù)制生產(chǎn)線是其中一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)，和設(shè)計、建造等密切對接，形成高效的機械化、自動化生產(chǎn)線。

2 現(xiàn)代燒結(jié)空心粘土磚工業(yè)自動化生產(chǎn)線

2.1 高效工業(yè)自動化生產(chǎn)線

我們對高效的機械化、自動化生產(chǎn)線印象深刻，生產(chǎn)線生產(chǎn)的粘土磚屬于現(xiàn)代燒結(jié)空心粘土磚，這種空心粘土磚是歐洲傳統(tǒng)常用的建筑材料，符合當(dāng)?shù)厥褂昧?xí)慣?，F(xiàn)代燒結(jié)空心粘土磚除粘土原材料運輸和搬運、燒結(jié)成型后打包好的粘土磚運輸需要勞動力外，其余包括上料、成型、切斷、入窯、出窯、打包等全部自動化，生產(chǎn)效率很高，全部工廠連管理人員加在一起只有13人，年產(chǎn)不同型號的空心燒結(jié)粘土磚1億塊。為達(dá)到建造階段裝配式建筑墻體裝配的高精度，其生產(chǎn)的磚平面平整度不超過0.1mm，尺寸精度達(dá)到毫米級，類似機械安裝的精度。

生產(chǎn)線的管理在中央控制室，每班一人值班，對整條生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)都可監(jiān)控，并且配備遙控操作器，控制人員可以在現(xiàn)場巡視時，對發(fā)現(xiàn)的問題進行遙控調(diào)整。生產(chǎn)線空心磚輸送帶如圖1。

圖1 自動化生產(chǎn)線砌塊毛坯輸送入窯

2.2 燒結(jié)空心粘土磚節(jié)能技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展

在我國，實心粘土磚由于其生產(chǎn)、使用過程高耗能、消耗土地資源等問題，屬于禁用建筑材料。在降低生產(chǎn)能耗、提高使用時的保溫水平、提高其利用效率等方面，我國的技術(shù)發(fā)展基本處于低水平狀態(tài)，沒有明顯進步。

此次考察的工廠制造的燒結(jié)黏土磚最大程度的利用了材料的特性，在建筑節(jié)能方面進行了多重考慮，壁厚不超過1cm，中間多層空腔，中間支撐的肋壁厚更薄，達(dá)到最大化增加熱的傳輸路徑，減少熱流的損失，同時減少了粘土材料的使用量，在環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方面貢獻(xiàn)明顯。為充分利用廢棄物，減少廢棄物對環(huán)境的影響，在黏土中摻入了造紙廠形成的纖維廢料，這些廢料的摻入，不僅充分利用了廢棄物，而且通過在燒結(jié)過程中廢棄物有機質(zhì)的燃燒形成的微孔，使燒結(jié)粘土磚的保溫性能得到提高，導(dǎo)熱系數(shù)提高到0.7W/m.K。通過以上措施的多重運用，50cm厚的燒結(jié)粘土磚的傳熱系數(shù)達(dá)到0.15W/m2·K，增強型的達(dá)到了0.13W/m2·K，已經(jīng)達(dá)到被動房對墻體的要求。另外，燒結(jié)粘土磚墻的壽命達(dá)到80年，大大延長了其使用壽命，間接提高了其可持續(xù)發(fā)展性能。

針對歐洲的環(huán)保高要求和可持續(xù)發(fā)展，采用燃?xì)庾鳛槟茉?，進行燒結(jié)磚的制造，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，對環(huán)境影響很小，但帶來的問題是成本較高，因此，生產(chǎn)線從可持續(xù)角度出發(fā)，建立了余熱回收利用裝置，這套裝置將窯爐高溫段的余熱送回低溫段，利用余熱對燒結(jié)磚進行加熱，充分利用窯爐余熱對磚坯進行預(yù)熱，熱利用形成閉環(huán)，具有整體熱效率高、低污染的特點。

3 裝配式節(jié)能墻體自動化生產(chǎn)線

3.1 粘土燒結(jié)磚裝配式墻體高效自動化生產(chǎn)線

為配合高效率建造住宅的要求，以及整個歐洲勞動力費用昂貴的問題，發(fā)展了裝配式建筑墻體生產(chǎn)線，作為裝配式住宅整個環(huán)節(jié)中的一環(huán)，該生產(chǎn)線具有高度機械化、自動化的特點，能夠接收設(shè)計軟件設(shè)計的圖紙，通過專用軟件將圖紙分拆成不同的墻體，計算需要的砌塊堆砌方式，自動化生產(chǎn)線根據(jù)圖紙所留門窗洞口進行燒結(jié)空心磚的堆砌粘接，不需要對此類洞口進行切割，為在門窗洞口或墻體兩側(cè)的平面形成完整平面。對于不是水平或垂直的墻面，采用線切割系統(tǒng)進行自動化切割，對于線槽或保險開關(guān)等小型洞口也可以通過線切割系統(tǒng)完成。墻體構(gòu)件生產(chǎn)完成后，從車間起吊到集裝箱內(nèi)，打包后通過卡車運到施工現(xiàn)場，即可進行裝配式住宅的建造過程。

燒結(jié)空心磚砌筑墻體生產(chǎn)線效率非常高，從設(shè)計到裝配式墻體成品全部自動化，只有吊裝和裝箱需要生產(chǎn)人員的輔助。生產(chǎn)人員只有4人，每個班（8小時）可生產(chǎn)400m2墻體。

墻體構(gòu)件砌筑自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用范圍廣，不僅可以用于其工廠生產(chǎn)的多孔保溫磚，還可以用于如泡沫混凝土、預(yù)制混凝土砌塊、輕質(zhì)粘土磚等其他種類的砌塊。適應(yīng)性和靈活性強，一套生產(chǎn)線可以完成厚度從10cm到51cm的墻體的砌筑。

3.2 建筑節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展

不同于傳統(tǒng)使用砂漿砌筑的方式，該自動化生產(chǎn)線采用在兩層之間噴射專用膠粘接的做法，這種做法具有兩項好處：其一，效率得到提高，縫隙通過這種有機質(zhì)膠粘接后，很快凝固，1小時后整面墻達(dá)到應(yīng)有的強度，可以起吊，達(dá)到運輸狀態(tài)，省去了砌筑砂漿養(yǎng)護所需的大量時間；其二，避免了砂漿砌筑形成的熱橋，使空心粘土磚沒有縫隙熱橋，原有的保溫性能不因熱橋而降低，從而達(dá)到較高的保溫水平，50mm厚的墻體能達(dá)到被動房對墻體保溫的要求。整個墻體不使用鋼筋，通過鎖合系統(tǒng)和聚氨酯粘接系統(tǒng)的應(yīng)用，避免了熱橋，形成了能達(dá)到被動房要求的保溫墻體系統(tǒng)，并大幅減少了建筑施工現(xiàn)場產(chǎn)生的廢棄物。砌筑生產(chǎn)線中噴涂膠粘劑如圖2。

圖2 裝配式墻體砌筑自動化生產(chǎn)線噴涂膠粘劑

為達(dá)到最大限度地利用燒結(jié)空心磚，生產(chǎn)線中有一條供料線，根據(jù)軟件形成的堆砌圖紙，計算非整塊的燒結(jié)空心磚所需尺寸，然后按照形成的尺寸進行切割，并通過機械手堆砌到相應(yīng)的位置。最大限度地避免了生產(chǎn)線產(chǎn)生廢料，利于可持續(xù)發(fā)展。

3.3 整個建筑體系的配合

作為整個建筑體系中的一環(huán)，生產(chǎn)線形成砌筑墻體對整個設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、安裝和維護進行了統(tǒng)一考慮。生產(chǎn)線能夠和設(shè)計軟件很好結(jié)合，設(shè)計圖紙傳送到工廠后，通過專用軟件對墻體進行分解和砌筑圖紙的計算，之后對砌塊砌筑形成墻體；墻體砌筑考慮了集裝箱的尺寸，形成的墻體便于集裝箱運輸，可以直接吊裝進入集裝箱，通過卡車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，施工現(xiàn)場通過專用的機械干法施工，施工效率非常高，三個人每班（8h）能砌筑300m2的墻體，形成新型的建筑分工。

4 結(jié) 語

歐洲高度自動化的空心燒結(jié)粘土磚生產(chǎn)線，可以給我國發(fā)展裝配式住宅很多啟示，首先，需要大幅度提高和改造整個建筑工業(yè)體系，進行重新分工，形成設(shè)計、材料生產(chǎn)、構(gòu)件制造、裝配施工的全套建筑體系，成為有機整體，這需要整個建筑工業(yè)進行密切合作，探索創(chuàng)新；其次，隨著我國勞動力短缺和每年巨大的建筑量持續(xù)多年，我國需要大力發(fā)展高度自動化的建筑材料生產(chǎn)裝備，提高我國建筑材料工業(yè)的整體水平，提高建筑建造的速度和效率；第三，借鑒歐洲燒結(jié)空心粘土磚在建筑節(jié)能技術(shù)不斷改善的思路和高水平發(fā)展，傳統(tǒng)粘土磚作為A級不燃建筑材料和傳統(tǒng)建筑材料，在砌塊結(jié)構(gòu)改進和建筑節(jié)能方面仍有很大提升空間，值得我們思考。

[1]王朝靜，胡昊．推動裝配式住宅發(fā)展的關(guān)鍵因素[J]．住宅科技，2016（8）：23-26．

[2]顏道淦．談裝配式住宅發(fā)展現(xiàn)狀[J]．山西建筑，2016，42（25）：28-30．

[3]宋志平．在中歐建筑工業(yè)化論壇上的演講—大力推進裝配式建筑發(fā)展[J]．中國建材，2016,（12）：28-29．

[4]王志成,安德烈．R．杰姆斯．德國裝配式住宅工業(yè)化發(fā)展態(tài)勢（一）[J]．住宅與房地產(chǎn)，2016,(9):62-68．

[5]李瑜．德國新技術(shù)助力發(fā)展裝配式建筑[J]．2016,(12):68-69．

The observe and study of modern sintered clay brick’s industrial automation and building energy conservation in europe

Observed and studied the automatic line for modern sintered clay bricks and prefab wall in Europe,we can draw on the experience of Europe on prefabricated building and building energy conservation．Our country need develop the high automatic and high mechanized technology in building materials and prefabricated building unit, and develop the technology for improving traditional building material’s energy conservation performance．Develop systematic prefab building units and cooperate the developing prefabricated buildings,furtherance the developing of whole construction industry．

sintered clay brick；industrial automation；building energy conservation；prefabricated building

TU 522．05

B

1003-8965（2017）03-0026-02