智能化鋼筋集中加工在建筑工程中的應(yīng)用分析

王東東，王長生，邱弘為

（1.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033；2.中建四局第三建設(shè)工程有限公司，貴州 遵義 563000）

伴隨社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人文素質(zhì)也不斷提高，新時(shí)代建筑工人對工作環(huán)境和條件要求越來越高，傳統(tǒng)的靠勞動(dòng)力解決生產(chǎn)效率的時(shí)代已滿足不了信息化時(shí)代的發(fā)展。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提到，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)要培育高素質(zhì)建筑工人和加大信息化推廣，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行工廠化制造。在建筑工程項(xiàng)目中，眾多項(xiàng)目鋼筋加工現(xiàn)場為零散加工模式，即現(xiàn)場搭設(shè)鋼筋加工棚，配備鋼筋調(diào)直剪切機(jī)、鋼筋彎曲機(jī)等半自動(dòng)化的設(shè)備，該加工模式勞動(dòng)力需求高、加工效率低、智能化程度低。在較大體量工程中，此類人工加半自動(dòng)化機(jī)械的加工模式耗時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料、低產(chǎn)，不利于項(xiàng)目成本和進(jìn)度的把控，且不符合建筑產(chǎn)業(yè)化的理念。為解決以上問題，在大型或者集中型項(xiàng)目建設(shè)過程中，可采用集中建設(shè)廠房，成立鋼筋加工流水線，形成專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的工廠化加工模式，以達(dá)到高效、降損的目的。

1 建筑市場分析

現(xiàn)階段，建筑市場逐步走向集中化、大體量化，建筑企業(yè)也開始屬地化發(fā)展，特別是“十三五”規(guī)劃提出后，大量的EPC、BOT、PPP等模式項(xiàng)目占據(jù)大部分建筑市場。近些年，工業(yè)園、棚戶區(qū)改造、拆遷安置等工程的大量產(chǎn)生，加上房地產(chǎn)項(xiàng)目本身體量較大、項(xiàng)目集中，集中化的資源整合有利于以上建筑項(xiàng)目的建設(shè)，對項(xiàng)目降本增效有較好的作用。鋼筋是建筑工程三大主材之一，在大型項(xiàng)目中，鋼筋加工占用的勞動(dòng)力、用地較多，人工加工產(chǎn)生的鋼筋費(fèi)料較多、半成品誤差較大。這在無形中增加了項(xiàng)目成本，降低了工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

2 鋼筋制作機(jī)械化與部分機(jī)械化工效對比

根據(jù)《建設(shè)工程勞動(dòng)定額 建筑工程-鋼筋工程》（LD/T 72.7—2008），手工制作時(shí)間定額=部分機(jī)械制作時(shí)間定額×2－機(jī)械制作時(shí)間定額。鋼筋部分機(jī)械制作時(shí)間定額以及鋼筋機(jī)械制作時(shí)間定額分別如表1、表2所示。通過定額中構(gòu)件鋼筋制作的機(jī)械制作時(shí)間定額和部分機(jī)械制作時(shí)間定額對比，可得出鋼筋采用機(jī)械制作比半機(jī)械制作的工效高，直徑越小的鋼筋工效差異越為明顯，如圖1所示。

表1 鋼筋部分機(jī)械制作時(shí)間定額

表2 鋼筋機(jī)械制作時(shí)間定額

圖1 直筋為16鋼筋制作工效對比

3 智能化鋼筋集中加工方法

智能化集中鋼筋加工模式是一種信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的鋼筋加工模式。它是通過BIM鋼筋翻模軟件將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙建立成鋼筋模型，導(dǎo)出構(gòu)部件鋼筋料表；操作工人按照核對無誤的鋼筋料表將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)控設(shè)備中，通過數(shù)控設(shè)備進(jìn)行調(diào)直、剪切、彎曲流水加工，在生產(chǎn)線末端得到半成品鋼筋；再按照料表對應(yīng)的構(gòu)件進(jìn)行打包、掛牌、入庫，最終根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)度集中配送至施工部位。

3.1 輕量化鋼筋模型建立

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙創(chuàng)建BIM信息化模型，同時(shí)對鋼筋建模過程設(shè)定鋼筋布置規(guī)則，把二維的圖紙模型建立成具有結(jié)構(gòu)部件鋼筋型號(hào)、尺寸、連接方式的輕量化鋼筋模型，通過模型可以得到各個(gè)建筑構(gòu)件單支鋼筋信息。

利用鋼筋模型生成初步料單，根據(jù)鋼筋型號(hào)、加工順序及安裝區(qū)域等信息自動(dòng)分類匯總，通過軟件自動(dòng)優(yōu)化配料和工位分配，使鋼筋切割按長短科學(xué)搭配，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)套料，將廢料量控制到最低，最后提前生成各工位加工鋼筋料單和分揀料單。導(dǎo)出的料表經(jīng)過專業(yè)鋼筋工長檢查、核對無誤后傳送至生產(chǎn)線。

3.2 智能化鋼筋集中加工生產(chǎn)線

將智能化和信息化的設(shè)備、系統(tǒng)應(yīng)用于鋼筋加工設(shè)備，形成全自動(dòng)化的鋼筋加工設(shè)備，再根據(jù)鋼筋半成品的加工需求整合設(shè)備，集中組裝形成鋼筋加工生產(chǎn)流水線，從而實(shí)現(xiàn)信息化代人、機(jī)械化減人的目標(biāo)。某鋼筋集中加工廠及生產(chǎn)線布置圖如圖2、圖3所示。

圖2 鋼筋集中加工廠布置圖

圖3 鋼筋集中加工生產(chǎn)線布置圖

智能化鋼筋集中加工生產(chǎn)線主要分為棒材加工生產(chǎn)線和線材生產(chǎn)線。棒材生產(chǎn)線核心為數(shù)控棒材剪切線、鋸切套絲線，主要用于筏板、梁、柱等大直徑主受力鋼筋剪切和套絲；線材生產(chǎn)線由數(shù)控鋼筋彎曲機(jī)和數(shù)控彎箍機(jī)組成，用于板筋、箍筋、墻筋等小直徑鋼筋的彎曲成型。生產(chǎn)線可根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度和需要進(jìn)行人員合理化調(diào)整，高峰期鋼筋需用量大時(shí)實(shí)行操作人員三班倒制度。根據(jù)中交一公局西昌東延線棚改項(xiàng)目的實(shí)踐總結(jié)：兩條生產(chǎn)線配備1臺(tái)數(shù)控鋼筋彎曲機(jī)、2臺(tái)數(shù)控彎箍機(jī)、1臺(tái)數(shù)控剪切線，日產(chǎn)能可達(dá)20～50t/d；需要的操作人員為13人。

4 智能化鋼筋集中加工應(yīng)用過程中的常見問題及對策

4.1 常見問題

加工廠規(guī)劃不合理，達(dá)不到流水生產(chǎn)線要求。由于眾多建筑工程項(xiàng)目鋼筋加工均為現(xiàn)場半自動(dòng)化加工，沒有集中加工生產(chǎn)線經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)線建設(shè)時(shí)原材存料區(qū)、加工設(shè)備區(qū)、半成品打包區(qū)、半成品庫存區(qū)規(guī)劃設(shè)置不合理，造成線材到生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運(yùn)不方便、半成品打包混亂、半成品庫存凌亂的現(xiàn)象，導(dǎo)致運(yùn)至現(xiàn)場的鋼筋半成品不能與構(gòu)件一一對應(yīng)，形成現(xiàn)場多料、缺料、二次加工、二次分料的現(xiàn)象。不僅造成原材料的浪費(fèi)，同時(shí)增加了現(xiàn)場鋼筋班組工作量，未能達(dá)到提能增效的目的。

4.2 對策

在規(guī)劃鋼筋生產(chǎn)線時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃估算鋼筋日需用量、鋼筋市場供貨能力，據(jù)此來規(guī)劃鋼筋原材存料區(qū)和半成品庫存區(qū)的占地面積。根據(jù)實(shí)踐數(shù)據(jù)可得，在市場鋼筋供應(yīng)充足的情況下，現(xiàn)場智能化鋼筋加工廠建設(shè)面積可按照1000m2/3000t設(shè)置，鋼筋需用量超過3000t時(shí)僅需設(shè)置3500m2加工廠即可。建廠規(guī)劃時(shí)將鋼筋棒材、線材原料與生產(chǎn)線對應(yīng)，減少材料的二次周轉(zhuǎn)。鋼筋半成品庫存區(qū)與生產(chǎn)線也應(yīng)對應(yīng)，在半成品出料端應(yīng)存放打捆、打包所需的鐵絲、料框，鋼筋半成品成型后按照構(gòu)件的具體位置信息掛牌，所掛吊牌信息與導(dǎo)入數(shù)控系統(tǒng)的信息一致。非箍筋材料打包、打捆時(shí)按照單個(gè)構(gòu)件為單位進(jìn)行成批打包，箍筋裝框按照同規(guī)格型號(hào)進(jìn)行裝框；打包時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場垂直運(yùn)輸機(jī)械的吊運(yùn)能力，常規(guī)單捆、單框重量應(yīng)不低于1t。半成品按照現(xiàn)場鋼筋班組提交的施工部位及構(gòu)件材料計(jì)劃進(jìn)行集中配送，配送時(shí)確保無吊牌、吊牌信息不全不出庫，避免因現(xiàn)場施工時(shí)半成品鋼筋與構(gòu)件無法對應(yīng)造成現(xiàn)場二次加工或者退料、補(bǔ)料的現(xiàn)象。如果工程構(gòu)件類型較少，半成品鋼筋規(guī)格型號(hào)種類相對統(tǒng)一，可將非箍筋材料按照同規(guī)格類型進(jìn)行存庫，集中配送時(shí)按照構(gòu)件鋼筋配置信息進(jìn)行配料打捆配送。所有出庫半成品鋼筋需與現(xiàn)場施工部位構(gòu)件信息一一對應(yīng)，確保無無用、重復(fù)、不合格鋼筋出場，減少現(xiàn)場施工過程中鋼筋的損耗。

集中配送的車廂應(yīng)按照鋼筋的打捆、打包造型進(jìn)行調(diào)整，將車廂進(jìn)行分隔、分區(qū)，避免鋼筋裝車、配送和卸車時(shí)鋼筋纏結(jié)，確保半成品鋼筋運(yùn)輸、裝運(yùn)過程中吊牌的完整性和鋼筋不變形。人員選用方面，在采用智能化集中加工配送方式進(jìn)行鋼筋加工時(shí)，需配備具備現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)的鋼筋工長結(jié)合設(shè)計(jì)、規(guī)范及現(xiàn)場實(shí)際施工情況對鋼筋料表進(jìn)行審核；設(shè)備操作人員需熟練地操作，鋼筋大批量加工前需進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，減少不合格品的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)的逐步發(fā)展，建筑業(yè)也在逐步邁向產(chǎn)業(yè)化、智能化，裝配式建筑的推廣也助推著建筑的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，采用傳統(tǒng)的施工工藝和手段已經(jīng)不能滿足信息化時(shí)代的發(fā)展需要。同時(shí)，建筑業(yè)成本逐漸公開化、透明化，施工企業(yè)的效應(yīng)和品牌就更需要通過信息化減人、機(jī)械化換人的模式提高施工管理的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、產(chǎn)業(yè)化，從而提升施工效率和降低人工成本。