“十三五”期間我國裝配式建筑機械化技術(shù)的發(fā)展

張磊慶，蔣中興

（1.中國建筑科學研究院有限公司 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.中鐵城建集團有限公司，湖南 長沙 410208）

裝配式建筑是傳統(tǒng)建造方式的重大變革，其核心是機械化，基礎是標準化。“十三五”期間，我國裝配式建筑面積保持高速增長。到2020 年，全國新開工裝配式建筑共計6.3 億m2，占新建建筑面積的比例約為20.5%，其中新開工裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑4.3 億m2，占新開工裝配式建筑的比例為68.3%；裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑1.9 億m2，占新開工裝配式建筑的比例為30.2%。

在裝配式建筑推廣過程中，其機械化施工技術(shù)及其配套的機械裝備得以快速發(fā)展。以下從裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑的機械化技術(shù)方面進行闡述。

1 PC構(gòu)件生產(chǎn)的機械化

預制混凝土構(gòu)件（PC 構(gòu)件）是裝配式建筑的基本單元和主要組成。借助自動化設備精準的特性，可以對預制構(gòu)件的幾何尺寸及內(nèi)部鋼筋直徑、間距、鋼筋保護層厚度等重要參數(shù)進行精準設計、定位、生產(chǎn)，優(yōu)化整合預制構(gòu)件生產(chǎn)流程，提高構(gòu)件產(chǎn)品質(zhì)量，同時大大縮短工作時間。預制構(gòu)件生產(chǎn)裝備決定了預制構(gòu)件的成本和質(zhì)量，主要包括PC 生產(chǎn)線、鋼筋加工生產(chǎn)設備、混凝土攪拌站等，其中PC 生產(chǎn)線是核心構(gòu)成。

1.1 PC 構(gòu)件生產(chǎn)線

PC 構(gòu)件生產(chǎn)設備是通過構(gòu)件模具和振動模臺將成型鋼筋、預拌混凝土混合成型為混凝土預制構(gòu)件的專用成套設備，是混凝土預制構(gòu)件生產(chǎn)的核心，實現(xiàn)了建筑構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率。不同類型的構(gòu)件，其生產(chǎn)工藝有所不同，但生產(chǎn)線的主要設備組成相近，主要包括模臺、布料機、魚雷罐、振動平臺、翻轉(zhuǎn)臺、平移車、抹光機、拉毛機、養(yǎng)護窯等。

1.2 鋼筋加工生產(chǎn)設備

PC 預制構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)要求鋼筋加工方式必須由簡單的工地加工轉(zhuǎn)型到PC 工廠智能化生產(chǎn)。“十三五”期間，我國的鋼筋加工生產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展，尤其是PC 焊網(wǎng)生產(chǎn)線和PC 桁架生產(chǎn)線技術(shù)日新月異。

鋼筋焊接網(wǎng)片是PC 構(gòu)件中最常用的鋼筋組焊制品，選擇焊網(wǎng)設備須兼顧各個構(gòu)件的不同需求，還得考慮更換規(guī)格的靈活性?！笆濉逼陂g，北京建機院完成了國家重點研發(fā)計劃項目子課題“外墻板構(gòu)件鋼筋開口網(wǎng)片柔性焊接技術(shù)與設備研發(fā)”，成功研發(fā)了開口網(wǎng)柔性成型生產(chǎn)線、封閉箍筋全自動成型設備、模塊鋼筋骨架自動成型機、鋼筋網(wǎng)雙向自動彎曲生產(chǎn)線、預制混凝土可編程多自由度復合振動臺等多項新技術(shù)與新產(chǎn)品。PC 專用的智能化鋼筋柔性網(wǎng)焊接生產(chǎn)線，實現(xiàn)從盤條原料到開孔網(wǎng)片的全過程計算機控制，全自動生產(chǎn)，可根據(jù)設計圖一次性生產(chǎn)出不同規(guī)格的焊接鋼筋網(wǎng)，無需手工剪切，見圖1。

圖1 鋼筋焊接網(wǎng)片生產(chǎn)線

目前，主流PC 構(gòu)件鋼筋桁架生產(chǎn)線的桁架高低范圍值一般在60～450mm，桁架高度調(diào)整快速，準確，電動整體升降，以適應不同焊接高度的需要，無需單獨配套鋼筋預矯直及拉伸設備；設有獨立微調(diào)機構(gòu)，實現(xiàn)對桁架直線度的精確調(diào)整，保證無側(cè)彎、上下彎等變形；送料機構(gòu)與輔助送料機構(gòu)通過連桿同步送料，防止送料時鋼筋被推彎，確保成品桁架平直美觀；具有放線卡阻報警和缺料檢查等功能，確保無廢品和生產(chǎn)的連續(xù)性，見圖2。

圖2 鋼筋桁架生產(chǎn)線

2 PC構(gòu)件的吊裝機械化

預制構(gòu)件吊裝作為裝配式建筑的施工重點，在吊裝設備選型、吊點布置、施工操作、技術(shù)管理上存在諸多影響質(zhì)量、進度和安全的因素。預制構(gòu)件吊裝安裝設備主要為塔機，見圖3?！笆濉逼陂g，塔機的產(chǎn)品性能在以下幾方面取得了突破性發(fā)展。

圖3 PC構(gòu)件吊裝

1）起重性能大幅提升 預制構(gòu)件重量遠高于傳統(tǒng)建筑部件，對塔機起重量要求大幅提高。2018 年300～400tm 級別大型塔機的需求大增，不少裝配式建筑項目出現(xiàn)一機難求的現(xiàn)象。目前，有些裝配式建筑通過減小構(gòu)件尺寸和重量，160～215tm 塔機也能滿足要求，起重性能較傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工大幅提高。

2）更精密地控制 構(gòu)件安裝的精度需要塔機厘米級的控制性能，起吊平穩(wěn)、制動靈敏并具有良好的慢就位功能，性能良好的塔機可保證吊裝質(zhì)量、提高吊裝效率。

3）安全性更高 裝配式建筑施工中，構(gòu)件在吊裝下落到一定高度后通常需要人員輔助構(gòu)件就位，這促使塔機的防搖擺、懸停啟動、慢就位的穩(wěn)定性等安全性能更高。

4）穩(wěn)定性更高 相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式一般7 天一層樓的施工進度，裝配式建筑僅需在3～4 天即可完成，施工進度的加快對塔機的使用頻率更高，促使塔機產(chǎn)品的穩(wěn)定性、易維護程度以及維保人員的專業(yè)素質(zhì)不斷提高。

5）平頭式塔機需求增多 裝配式建筑施工中群塔作業(yè)是常態(tài)，對群塔作業(yè)的防碰撞、防干擾，塔機獨立高度及懸高提出特殊要求，平頭式塔機更適應裝配式建筑的群塔作業(yè)。

PC 構(gòu)件吊裝施工對塔機的性能、吊裝工藝、人員素質(zhì)等提出了更高的要求，塔機制造企業(yè)以市場需求為導向，加大研發(fā)力度，不斷進行產(chǎn)品迭代，塔機產(chǎn)品的技術(shù)性能、智能化水平、安全冗余大幅提升，也促進了裝配式建筑吊裝技術(shù)的發(fā)展。

3 PC構(gòu)件的現(xiàn)場安裝機械化

3.1 構(gòu)件安裝的機械化

裝配式建筑施工過程中，構(gòu)件的安裝定位準確與否直接影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，機械化的安裝設備是質(zhì)量的保障措施。

BIM 放樣機器人利用其快速、精準、智能、操作簡便的優(yōu)勢，將BIM 模型中的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場的精準點位，通過對點位的拾取，放樣出指定的控制線和控制角點，指導構(gòu)件的精準安裝定位，大大地減少構(gòu)件的吊裝就位時間，提高安裝效率，縮短建設工期。

北京建機院針對環(huán)形扣筋預制剪力墻裝配式建筑施工需求，創(chuàng)新研發(fā)了具有構(gòu)件自動化摘掛、尋位、調(diào)姿就位的工業(yè)化建筑豎向構(gòu)件6 自由度吊裝裝置與水平構(gòu)件吊裝裝置，實現(xiàn)了施工現(xiàn)場墻板、樓梯、疊合樓板、陽臺板等預制構(gòu)件的自動吊裝及墻板垂直度自動調(diào)整與臨時夾持，可有效提高裝配式建筑構(gòu)件的吊裝作業(yè)效率，提升作業(yè)安全性與節(jié)省人力。

3.2 構(gòu)件連接機械化

鋼筋套筒灌漿連接是PC 構(gòu)件主要連接方式，套筒灌漿質(zhì)量控制是施工的難點。上海建工、北京建機院等單位結(jié)合灌漿工藝、過程控制技術(shù)與智能化技術(shù)，研發(fā)制造的灌漿設備采用自主研發(fā)的新型輸送泵，輸出損耗小，提升了工作效率，更能滿足于現(xiàn)場的高強度工作要求。

4 結(jié)語

機械裝備是裝配式建筑發(fā)展的硬件支撐，機械化施工技術(shù)是施工效率和質(zhì)量的核心保障。“十三五”期間，我國裝配式建筑處于快速發(fā)展時期，隨著勞動力成本的上升以及施工技術(shù)、構(gòu)件加工精度與質(zhì)量、施工管理水平的提高，建筑業(yè)各學科交叉，優(yōu)勢互補，與之相適應的機械化水平也快速發(fā)展，在裝配式建筑的生產(chǎn)、運輸、吊裝、安裝等各個環(huán)節(jié)不斷創(chuàng)新和改進，大大促進了裝配式建筑的施工技術(shù)和管理水平。