小型混凝土構(gòu)件流水線生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用研究

韓佳琦

摘要 傳統(tǒng)的預(yù)制工藝施工成品質(zhì)量過于依賴工人的熟練程度，同時生產(chǎn)效率不高，傳統(tǒng)工藝在質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、效率方面已然無法滿足現(xiàn)代公路建設(shè)發(fā)展的需求，文章介紹了中交二公局文萊高速七標(biāo)小構(gòu)件自動化預(yù)制生產(chǎn)線的設(shè)計布局、技術(shù)參數(shù)、工藝工序及效率比對，根據(jù)傳統(tǒng)生產(chǎn)和實際流水線生產(chǎn)作業(yè)情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比對，通過初步比對與深入研究，進(jìn)一步提升自動化生產(chǎn)水平，推動自動化向智能化轉(zhuǎn)型升級。

關(guān)鍵詞 小型混凝土構(gòu)件;流水線;效率

中圖分類號 TU756 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0072-03

0 概述

小型混凝土預(yù)制構(gòu)件廣泛用于高速公路邊坡、橋頭堆坡、邊溝等部位，其質(zhì)量和外觀越來越受到業(yè)內(nèi)的重視。傳統(tǒng)的預(yù)制工藝施工成品質(zhì)量過于依賴工人的熟練程度，生產(chǎn)效率不高[1]。隨著人口紅利的消失，人工費不斷上漲，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，傳統(tǒng)工藝在質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、效率方面已然無法滿足現(xiàn)代公路建設(shè)發(fā)展的需求。而高標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制場建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制工藝、工廠化預(yù)制生產(chǎn)才是滿足現(xiàn)階段各方需求，確保小型預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量的有效手段[2]，也是文萊高速七合同標(biāo)準(zhǔn)化施工的一項重要內(nèi)容。

1 項目生產(chǎn)線介紹

1.1 廠區(qū)生產(chǎn)線簡介

文萊高速公路路橋工程七合同主線長12.14 km（起訖樁號：K70+700～K82+840）。主要工程內(nèi)容包括：路基、橋涵、排水及防護(hù)工程。集中預(yù)制混凝土小構(gòu)件有：錐坡六棱塊、鑲邊石、水溝蓋板、邊溝砌塊等，預(yù)制混凝土方量約4 500 m3。項目按照標(biāo)準(zhǔn)化手冊建設(shè)了小型混凝土構(gòu)件預(yù)制廠，預(yù)制廠緊鄰主線，運輸便利，建設(shè)占地約2 500 m2，四周采用通透式圍欄，預(yù)制廠區(qū)采用封閉式彩鋼瓦結(jié)構(gòu)建設(shè)，廠區(qū)內(nèi)設(shè)置生產(chǎn)區(qū)、脫模區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)及成品堆放區(qū)。生產(chǎn)區(qū)內(nèi)采用混凝土硬化，柔性隔離柵分區(qū)隔離，養(yǎng)護(hù)區(qū)采用單獨封閉區(qū)間，噴淋式自動養(yǎng)護(hù)可采用手機App控制。整條自動化流水生產(chǎn)線主要為縱向固定節(jié)拍流水生產(chǎn)，人工配合擺模，叉車縱橫向區(qū)間轉(zhuǎn)運，部分半成品預(yù)埋件與鋼筋結(jié)構(gòu)提前加工完成。為節(jié)約占地，操作人員采用手持式遙控器完成開關(guān)、布料、傳輸?shù)裙ぷ?，并在布料口即擺模工人操作處設(shè)置緊急制動開關(guān)，確保安全生產(chǎn)。生產(chǎn)線主要動力為多臺電機驅(qū)動，廠區(qū)內(nèi)設(shè)有專用供電線路，嚴(yán)格按照工地用電要求設(shè)置保護(hù)措施。自動生產(chǎn)線平面布置如圖1。

1.2 生產(chǎn)線設(shè)計原理

預(yù)制構(gòu)件自動化生產(chǎn)線，主要根據(jù)小構(gòu)件設(shè)計要求、各工序的作業(yè)量、生產(chǎn)線工人的熟練度、設(shè)備的功率等因素通過變頻設(shè)備將各工序按照一定的節(jié)拍在生產(chǎn)線上進(jìn)行聯(lián)動，完成一個循環(huán)，形成流水化作業(yè)、工廠化管理[1]。

1.2.1 混凝土傳輸

生產(chǎn)線混凝土供給為項目混凝土場站集中拌合，水泥罐車運輸，生產(chǎn)線端頭處設(shè)置2 m3儲料倉，保證混凝土和易性，且儲存混凝土?xí)r間不宜超過30 min，儲存量不超過1.5 m3，其主要作用：一是為了確?；炷凉?yīng)，保證生產(chǎn)連續(xù)，二是為了保證通過螺旋定時輸料時，布料的均勻與方量的準(zhǔn)確，混凝土進(jìn)入料倉滿1 m3后，啟動螺旋輸料機，經(jīng)過布料口流量監(jiān)測入模，期間混凝土入倉與布料同時進(jìn)行，混凝土罐車到場后及時檢測混凝土各項指標(biāo)，根據(jù)塌落度及時調(diào)整布料速率。

1.2.2 模具

構(gòu)件模具采用ABS塑料模具，輕便耐磨、方便工人轉(zhuǎn)移，模具內(nèi)均勻涂刷環(huán)保型脫模劑（提前完成），工人將模具擺放于布料口下方，混凝土通過變頻定時設(shè)備分批次定量注入放置好的模具中，若存在鋼筋結(jié)構(gòu)或預(yù)埋件，提前設(shè)置混凝土流量與批次，留足安裝鋼筋或預(yù)埋件的間隙時間，由另一名工人完成安裝，擺放模具與安裝鋼筋預(yù)埋件的速率直接影響整個流程的效率，可根據(jù)工人的熟練度和勞動強度調(diào)整傳輸速度。

1.2.3 振搗與轉(zhuǎn)移

按照各類構(gòu)件提前設(shè)計好的布料程序完成布料后，由布料口的輸送帶將裝構(gòu)件傳輸?shù)秸駝悠脚_，平臺長3 m等間距設(shè)置4臺振動器，分2個振動區(qū)段，振動區(qū)設(shè)計為傳輸振動一體式結(jié)構(gòu)，傳輸過程中持續(xù)振動，布料口傳輸帶與振動平臺傳輸分別設(shè)置不同的動力器，需根據(jù)工人勞動強度和構(gòu)件設(shè)計要求分別調(diào)整，傳輸振動不影響前一道工序，經(jīng)充分振動后（振動時間根據(jù)試驗確定，不同構(gòu)件時間不同），由兩名工人將振搗完成的構(gòu)件移至與輸送振動帶末端等高的升降叉車底板上，每層構(gòu)件之間鋪設(shè)竹膠板，每鋪筑一層升降叉車下降至輸送帶等高位置，待裝滿4層后，由另外一臺運輸叉車移運至養(yǎng)護(hù)區(qū)，升降叉車再次升高至傳輸帶等高位置鋪設(shè)好底板，此為一個循環(huán)完成[2]。

1.2.4 資源配置

每一個循環(huán)過程中運輸叉車僅在預(yù)制構(gòu)件裝滿后進(jìn)行移用，其余時間負(fù)責(zé)補充模板與鋼筋，同時不占用生產(chǎn)線上的時間。生產(chǎn)線需配備工人6人，管理人員1人，其中擺模與數(shù)控定時操作1人，搬運至轉(zhuǎn)運底板2人、叉車駕駛1人、輔助工人1人、廠區(qū)整體管理1人。

1.2.5 其他設(shè)置

該生產(chǎn)線主要特點是使用變頻編程自動化操作程序，可根據(jù)構(gòu)件設(shè)計特點，通過后臺程序自行設(shè)置傳輸皮帶運行停頓間隔、速度，靈活調(diào)整可滿足多種小構(gòu)件預(yù)制需求，同時布料口安裝流量監(jiān)控器，監(jiān)測混凝土使用方量，及時核算成本。在操作過程中根據(jù)不同階段外界條件的變化、工人體能變化、熟練程度等因素均可隨時調(diào)整變頻時間。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

生產(chǎn)線細(xì)部構(gòu)造如圖2所示，主要動力驅(qū)動系統(tǒng)為配有變速器的一體式電機，振搗動力由振動鋼梁上的4臺振動機提供，電機具體參數(shù)見表1。

為確保有保護(hù)層要求的鋼筋混凝土構(gòu)件，在振動過程中，鋼筋下沉量滿足要求，分別進(jìn)行了不同塌落度混凝土的分批布料體積試驗，再根據(jù)螺旋輸料電機功率，確定自動布料間隔時間，在生產(chǎn)過程中只需要根據(jù)不同塌落度的混凝土調(diào)節(jié)自動布料時間即可，節(jié)省了人工操作時間，提高了生產(chǎn)效率，在模具擺放上設(shè)計了專用的自動擺模輸送帶，因成本與工程量原因未進(jìn)行設(shè)置。

2 生產(chǎn)效率分析

2.1 生產(chǎn)線效率比較計算

目前生產(chǎn)線主要控制節(jié)拍是布料口布料，根據(jù)外界條件及預(yù)制構(gòu)件種類的不同，主要調(diào)節(jié)時間為布料節(jié)拍。以邊溝蓋板預(yù)制為例（所有工序按最快速度計算），主要工序為A擺模3 s、B一次布料2 s、C放置鋼筋網(wǎng)片2 s、D第二次布料4 s、E運輸至振動臺3 s、F一階段流動振搗3 s、G終段振搗3 s、H堆放移運（每預(yù)制8塊進(jìn)行移運，兩臺叉車配合僅計算叉車降低與擺放底板時間為4 s），最終完成養(yǎng)護(hù)（在進(jìn)行完成E工序的同時進(jìn)入第二個循環(huán)開始A工序）。其中擺模與放置鋼筋網(wǎng)片，為工人配合完成，該工序簡單易于接受，不影響整個工序時間，按照無多余間隙的流水計算每生產(chǎn)8塊邊溝蓋板的時間：T=每板之間的時間間隔和+最后一塊板的施工流水節(jié)拍和+要求間歇和，其中模板涂刷脫模劑8塊板按照32 s計算，T=（8-1）×14+20+4+30=152 s。

傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)，同樣以邊溝蓋板為例，主要工序A擺模3 s、B一次加料5 s、C放置鋼筋網(wǎng)片2 s、D第二次加料5 s、E振搗8 s、H移運4 s。傳統(tǒng)工藝按照1個班組作業(yè)計算，每個班組需要5人，每生產(chǎn)8塊邊溝蓋板的時間：T=每板生產(chǎn)時間×板數(shù)+要求間隙和，其中模板涂刷脫模劑8塊板按照32 s計算;T=8×27+32=248 s。

在生產(chǎn)8塊邊溝蓋板上自動化生產(chǎn)線較傳統(tǒng)工藝節(jié)省了96 s，而自動化生產(chǎn)線在每個循環(huán)之間也存在著搭接，模具及鋼筋準(zhǔn)備按照提前一天計算，當(dāng)天生產(chǎn)按8塊板一個循環(huán)計算，循環(huán)之間的間隔節(jié)拍為4+14，模具按照400塊一個大循環(huán)使用計算T=49×18+118的大批量生產(chǎn)時，效率更加卓越。在持續(xù)生產(chǎn)中工人勞動強度低，自動化振搗工藝成熟，質(zhì)量有保障。

2.2 經(jīng)濟(jì)性對比分析

根據(jù)以上工藝時間統(tǒng)計從功效上對比（如表2）。

通過投入對比，此設(shè)備按生產(chǎn)20 000 m3報廢處理，生產(chǎn)設(shè)備合價7萬元，電費按現(xiàn)場統(tǒng)計計算（如表3）。

通過表3對比，首先在工藝對比分析上，使用此類自動化生產(chǎn)線，既能提高生產(chǎn)效率，同時保證了施工質(zhì)量，通過機械化、自動化代替?zhèn)鹘y(tǒng)施工工藝，節(jié)省了勞動力;其次自動化生產(chǎn)線雖看似前期一次性投入成本較高，但生產(chǎn)過程中大大節(jié)省了人工費，按2 000 m3生產(chǎn)單元，每方節(jié)省153.13-44.02=109.11元，規(guī)模及體量更大的項目節(jié)約成本更為可觀，現(xiàn)階段工程建設(shè)項目周期較短，大量的人工勞作無形中增加了管理難度與管理成本，而通過流水線式的工廠化加工，明確了各工種的職責(zé)，減少管理人員投入，初步實現(xiàn)了自動化減人。同時以此自動化流水線為雛形，深入研發(fā)自動化預(yù)制，在布料與轉(zhuǎn)移運輸上減少人員投入，實現(xiàn)預(yù)制生產(chǎn)與操控管理完全分離，通過工廠化集約生產(chǎn)有效提升標(biāo)準(zhǔn)化工藝水平，自動化減人也進(jìn)一步降低了安全風(fēng)險。

3 結(jié)束語

隨著國家及行業(yè)對構(gòu)件質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)及信息化管理要求的不斷提高，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，裝配式結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)體量將逐步增大，這也對混凝土構(gòu)件預(yù)制工藝提出了更高要求，混凝土構(gòu)件自動化、集約化預(yù)制生產(chǎn)將成為新的發(fā)展趨勢。也需要通過小構(gòu)預(yù)制自動化的研究及拓展應(yīng)用，提升各種混凝土預(yù)制構(gòu)件的自動化生產(chǎn)線的開發(fā)與研究。該文提到的創(chuàng)新型自動化生產(chǎn)線也是尋求發(fā)展創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級的一種嘗試。隨著信息技術(shù)的發(fā)展及社會的需求，自動化生產(chǎn)將進(jìn)一步朝智能化制造轉(zhuǎn)型升級。未來可分別將BIM模塊技術(shù)、GPS定位系統(tǒng)、RFID芯片植入等信息化技術(shù)運用到構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)，最終實現(xiàn)智能化制造，集約化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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