預(yù)制構(gòu)件廠廠區(qū)規(guī)劃及生產(chǎn)線工藝布局建設(shè)

方愛斌

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

近幾年國內(nèi)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展較快，而全國預(yù)制構(gòu)件廠配套不足，未來幾年各地的建筑預(yù)制構(gòu)件廠數(shù)量將呈現(xiàn)幾何級數(shù)量增長[1-3]。另外，從全國各地產(chǎn)業(yè)化熱度以及PC工廠分布來看，目前全國PC工廠已達(dá)到百余家，主要分布在上海、北京、山東、遼寧、湖北、河北、安徽。

目前預(yù)制構(gòu)件種類多、型號(hào)多，且分類復(fù)雜，而生產(chǎn)線基本以固定模臺(tái)生產(chǎn)線和移動(dòng)式模臺(tái)生產(chǎn)線為主。傳統(tǒng)固定模臺(tái)生產(chǎn)線適應(yīng)性強(qiáng)，可生產(chǎn)多種類型預(yù)制構(gòu)件；而移動(dòng)式自動(dòng)化生產(chǎn)線受生產(chǎn)設(shè)備限制，生產(chǎn)構(gòu)件形式單一，但生產(chǎn)效率不低于傳統(tǒng)固定模臺(tái)生產(chǎn)線，且作業(yè)環(huán)境好、污染少。

1 廠區(qū)規(guī)劃

1.1 設(shè)計(jì)原則

1）總體設(shè)計(jì)為在滿足先進(jìn)生產(chǎn)工藝流程和最佳物流路線的前提下，充分利用現(xiàn)有廠房及設(shè)備，結(jié)合場地特點(diǎn)，做到功能分區(qū)明晰、總體布局合理、生產(chǎn)管理方便，并符合國家和當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、安全衛(wèi)生、消防、節(jié)能、綠化等方面的規(guī)范和要求。

2）總平面布置做到布局合理、物流線路暢通、經(jīng)濟(jì)，盡量減少物流輸送交叉作業(yè)。以生產(chǎn)集中專業(yè)化、資源共享最大化、公共服務(wù)統(tǒng)一化、營銷集約化、組織管理扁平化為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)合理、實(shí)用。

3）強(qiáng)調(diào)“以人為本”、注重環(huán)境設(shè)計(jì)，創(chuàng)造一個(gè)舒適宜人的生產(chǎn)、生活空間，并使廠區(qū)建筑與周圍環(huán)境融合協(xié)調(diào)，展示現(xiàn)代化企業(yè)形象和企業(yè)的文化理念，創(chuàng)建最佳的企業(yè)形象和廠區(qū)環(huán)境。

總體來說，PC工廠的設(shè)計(jì)始終以經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性為原則。

1.2 廠區(qū)總體概況

該預(yù)制構(gòu)件廠區(qū)占地面積約為113 333 m2，鄰近公路與河流，原材料和構(gòu)件成品運(yùn)輸方便。此基地廠區(qū)為舊廠房，因該廠區(qū)原主要生產(chǎn)管樁構(gòu)件，故水、電、氣的供應(yīng)可以滿足PC工廠的相關(guān)需求?，F(xiàn)有一四跨車間廠房，分別為9 m×118 m、21 m×120 m、21 m×189 m、24 m×189 m；一鋼筋加工車間面積為2 736 m2（18 m×152 m）。廠區(qū)已經(jīng)擁有相關(guān)的辦公實(shí)驗(yàn)樓、餐飲宿舍樓、鍋爐房、攪拌站、構(gòu)件堆場、原料堆場等配套設(shè)施（圖1）。

圖1 廠區(qū)平面示意

1.3 初步規(guī)劃

廠區(qū)初步規(guī)劃分兩期進(jìn)行：一期設(shè)計(jì)年產(chǎn)能40 000 m3，二期設(shè)計(jì)年產(chǎn)能30 000 m3，兩期建成后設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到年產(chǎn)70 000 m3。項(xiàng)目一期設(shè)計(jì)按照PC構(gòu)件年產(chǎn)能40 000 m3進(jìn)行規(guī)劃，生產(chǎn)車間建筑面積9 792 m2，布置1條標(biāo)準(zhǔn)多功能生產(chǎn)線、1個(gè)固定模臺(tái)生產(chǎn)車間、1個(gè)鋼筋加工車間。二期根據(jù)公司未來產(chǎn)能需求決定增加1條標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線，二期建成后，一期多功能PC生產(chǎn)線將調(diào)整為外墻板專用生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)產(chǎn)能可以進(jìn)一步提升。一期標(biāo)準(zhǔn)多功能生產(chǎn)線車間即自動(dòng)流水線生產(chǎn)線車間，主要生產(chǎn)外墻板、內(nèi)墻板、疊合樓板等板類構(gòu)件（構(gòu)件厚度≤450 mm）；固定模臺(tái)生產(chǎn)車間，主要生產(chǎn)樓梯、陽臺(tái)、空調(diào)板、梁柱等異形構(gòu)件；鋼筋加工車間主要用于鋼筋網(wǎng)片成品的加工，主要包括鋼筋的剪切、彎曲、捆扎等工序（圖2）。

圖2 生產(chǎn)車間平面示意

1.4 生產(chǎn)線建設(shè)

一期標(biāo)準(zhǔn)多功能生產(chǎn)線車間即自動(dòng)流水線生產(chǎn)線車間，原為預(yù)制管樁生產(chǎn)車間，主要生產(chǎn)管樁，車間總面積4 536 m2，長度189 m，寬度24 m，原車間水、電、氣管路無需整改，且供應(yīng)正常，均可用于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)，改造集中于地面改造、軌道的鋪設(shè)安裝、模臺(tái)的架設(shè)、生產(chǎn)裝備的安裝、模臺(tái)蒸養(yǎng)管路的安裝、車間內(nèi)外立面的裝飾裝修等。

2 生產(chǎn)線工藝布局

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的核心關(guān)鍵是生產(chǎn)線的工藝形式和工藝流程，必須根據(jù)構(gòu)件形式進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)。采用不同的工藝形式，在工廠投資、生產(chǎn)效率、成本攤銷方面的差異很大。該廠區(qū)規(guī)劃主要有2種構(gòu)件生產(chǎn)線形式。

2.1 固定模臺(tái)生產(chǎn)線

2.1.1 車間概況

固定模臺(tái)車間跨度21 m，長度120 m，廠房起吊高度為9 m，共設(shè)模臺(tái)28個(gè)，其中，3.5 m×8.0 m模臺(tái)22個(gè)，3.5 m×12.0 m模臺(tái)6個(gè)。固定模臺(tái)生產(chǎn)車間用于生產(chǎn)不適應(yīng)自動(dòng)流水線的異形構(gòu)件及超大板類構(gòu)件，并采用地臺(tái)模和固定式變頻振動(dòng)臺(tái)模結(jié)合的方式進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能為20 000 m3。該車間的布料主要采用提吊式布料機(jī)進(jìn)行布料，因混凝土輸送小車經(jīng)過此車間，所以提吊式布料機(jī)可以直接放置在輸送小車軌道下處進(jìn)行接料，操作方便。在車間左側(cè)預(yù)留一個(gè)16 m×18 m的構(gòu)件修補(bǔ)區(qū)，用于異形構(gòu)件的修補(bǔ)，完成后直接通過行車將構(gòu)件成品運(yùn)輸至車間左側(cè)的構(gòu)件堆場（圖3）。

圖3 固定模臺(tái)生產(chǎn)車間

鋼筋加工車間跨度9 m，長度118 m，可以布置棒材定尺剪切線、調(diào)直切斷機(jī)、彎曲機(jī)、BG18彎曲機(jī)等，具體可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行鋼筋設(shè)備的采購，在車間左側(cè)設(shè)置了鋼筋半成品堆放區(qū)，并通過左側(cè)橫移車將鋼筋半成品轉(zhuǎn)運(yùn)至鋼筋綁扎區(qū)進(jìn)行綁扎。當(dāng)此鋼筋加工車間不能滿足產(chǎn)能需求時(shí)，在區(qū)域西北處還有一鋼筋鋼模車間可以用于鋼筋加工，此車間跨度18 m，長度150 m，加工好的鋼筋網(wǎng)片需要二次轉(zhuǎn)運(yùn)至構(gòu)件生產(chǎn)車間（圖4）。

圖4 鋼筋加工車間

2.1.2 生產(chǎn)工藝流程

該生產(chǎn)車間采用傳統(tǒng)固定模臺(tái)生產(chǎn)線，生產(chǎn)工序繁多，構(gòu)件生產(chǎn)流程為：模臺(tái)清理→模具拼裝→鋼筋綁扎→預(yù)埋件及門窗框的安裝→隱蔽工程驗(yàn)收→混凝土的澆筑振搗→構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)→脫模起吊→構(gòu)件標(biāo)識(shí)及養(yǎng)護(hù)。

2.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

目前國內(nèi)構(gòu)件形式多樣化、尺寸不統(tǒng)一，固定模臺(tái)生產(chǎn)方式適應(yīng)性強(qiáng)，可避開流水線工藝節(jié)拍的束縛，生產(chǎn)各種不同類型的構(gòu)件，對構(gòu)件高度尺寸要求低。但也存在著不足，如勞動(dòng)強(qiáng)度高、作業(yè)環(huán)境差、不安全因素多等。

2.1.4 產(chǎn)能分析

1）陽臺(tái)構(gòu)件采用固定模具生產(chǎn)，車間內(nèi)可布置12個(gè)陽臺(tái)構(gòu)件生產(chǎn)臺(tái)座，日產(chǎn)量24塊，年產(chǎn)量最大逾7 200塊。

2）樓梯構(gòu)件采用固定模具生產(chǎn)，車間內(nèi)布置16個(gè)樓梯構(gòu)件生產(chǎn)臺(tái)座，日產(chǎn)量32塊，年產(chǎn)量最大逾9 600塊。

3）梁PC構(gòu)件采用固定模具生產(chǎn)，車間內(nèi)布置30個(gè)梁構(gòu)件生產(chǎn)臺(tái)座，日產(chǎn)量60塊，年產(chǎn)量最大逾18 000塊。

4）空調(diào)板（懸挑板）采用固定模具生產(chǎn)，車間內(nèi)布置24個(gè)空調(diào)板（懸挑板）構(gòu)件生產(chǎn)臺(tái)座，日產(chǎn)量48塊，年產(chǎn)量最大逾14 400塊[4]。

2.2 自動(dòng)化生產(chǎn)線

2.2.1 車間概況

PC自動(dòng)化流水線生產(chǎn)車間跨度24 m，長度189 m，廠房起吊高度9 m，生產(chǎn)線總長175 m，共設(shè)置30個(gè)工位，用于生產(chǎn)厚度在450 mm以內(nèi)的板類構(gòu)件，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能80 000 m3。采用自動(dòng)混凝土輸送系統(tǒng)自廠房中部外側(cè)混凝土攪拌站接料后，沿架空軌道輸送至布料工位送料。車間兩側(cè)為開放式，可用于運(yùn)輸材料車輛出入，車間一端設(shè)置了料罐沖洗區(qū)域，另一端用于將成品構(gòu)件起吊運(yùn)往構(gòu)件堆場，車間中部預(yù)留部分區(qū)域堆放鋼材、埋件等材料，車間中部鋪設(shè)平移小車軌道，用于構(gòu)件堆放運(yùn)輸，標(biāo)識(shí)完成后直接運(yùn)至構(gòu)件堆場。待二期流水線車間建成后，車間主要用于生產(chǎn)疊合板、內(nèi)墻板、外墻板等，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率（圖5、圖6）。

圖5 PC流水線生產(chǎn)車間

圖6 車間主要裝備平面示意

2.2.2 生產(chǎn)工藝流程

該生產(chǎn)線采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的構(gòu)件拆分圖紙對構(gòu)件的預(yù)埋件及平面圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成生產(chǎn)系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別的圖紙并導(dǎo)入生產(chǎn)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)識(shí)別成功后，即可采用常規(guī)傳統(tǒng)固定模臺(tái)生產(chǎn)流程結(jié)合生產(chǎn)線裝備進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的自動(dòng)化生產(chǎn)。

2.2.3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

該生產(chǎn)線布局靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，可按產(chǎn)能需求逐條投入（前期投入后可以滿足生產(chǎn)，后期投入以模臺(tái)為主，相關(guān)設(shè)備可以共用）；方案簡潔，生產(chǎn)柔性，對工人要求低（工人工作生產(chǎn)方式變動(dòng)?。瑑H借助自動(dòng)化的工具和設(shè)備以保證構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量和效率；投資精簡，舍去養(yǎng)護(hù)室，采用自然養(yǎng)護(hù)，適合中國個(gè)性化墻體的生產(chǎn)需求；集成MES控制軟件，使設(shè)備和BIM數(shù)據(jù)間可無縫銜接，并可融入到公司、集團(tuán)ERP。同樣該生產(chǎn)線也存在缺點(diǎn)，由于相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的局限性，構(gòu)件尺寸受到限制，故該生產(chǎn)線不適于生產(chǎn)高度大于450 mm的構(gòu)件。

2.2.4 產(chǎn)能分析

構(gòu)件生產(chǎn)線運(yùn)行節(jié)拍按照15 min設(shè)計(jì)，每天可安排2班生產(chǎn)，每班10 h。根據(jù)生產(chǎn)組織和循環(huán)模具的數(shù)量，生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)計(jì)可滿足連續(xù)2班生產(chǎn)要求，按每年300天工作日計(jì)算（表1）[5-6]。

表1 產(chǎn)能分析

3 結(jié)語

隨著建筑工業(yè)化水平的提高和建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種建筑體系和模式百花爭鳴，構(gòu)件廠必須朝著節(jié)能、環(huán)保、綠色的模式發(fā)展，一方面通過改進(jìn)舊的生產(chǎn)模式，加強(qiáng)管理，減少環(huán)境污染，提高生產(chǎn)效率；另一方面通過改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，提高設(shè)備的適應(yīng)性，減少設(shè)備的投資成本。