裝配式混凝土建筑預(yù)制構(gòu)件的定制生產(chǎn)組織設(shè)計(jì)

湯序霖，何炳泉，黃厚軍，2，葉嘉彬

（1、廣州機(jī)施建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣州 510725；2、廣州市建筑集團(tuán)有限公司 廣州 510030）

《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，將大力發(fā)展智能建造和裝配式建筑，促進(jìn)建筑業(yè)從追求高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。裝配式建筑已成為推動(dòng)建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要抓手［1?2］，而預(yù)制混凝土構(gòu)件的工廠生產(chǎn)則是整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型的重要樞紐。將分散各地的施工作業(yè)轉(zhuǎn)入集中的預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)，具有如下明顯優(yōu)勢(shì)：加速專業(yè)化隊(duì)伍的引入，為后續(xù)引入自動(dòng)化生產(chǎn)提供了便利［3］；極大減少施工過程的高空作業(yè)，提高施工安全性；提升建筑產(chǎn)品的質(zhì)量［4］。

預(yù)制混凝土構(gòu)件的工廠生產(chǎn)是裝配式建筑研究中的關(guān)鍵點(diǎn)，已有的研究主要集中在生產(chǎn)的過程，如生產(chǎn)工藝［5］、預(yù)制構(gòu)件模具設(shè)計(jì)與選用等［6］。目前裝配式全面應(yīng)用的趨勢(shì)下，預(yù)制構(gòu)件的定制化生產(chǎn)難以避免。同時(shí)，由于相關(guān)產(chǎn)品的體積大，僅基于工藝過程的組織生產(chǎn)方式容易導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件廠的堆場(chǎng)迅速進(jìn)入飽和癱瘓狀態(tài)，不利于工廠產(chǎn)能提升。因此，本文以某裝配式建筑項(xiàng)目為例，基于項(xiàng)目對(duì)象分析需求邊界條件，提出預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)進(jìn)度與施工現(xiàn)場(chǎng)相協(xié)調(diào)的組織方式，以期對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)組織提供參考與借鑒。

1 項(xiàng)目背景

廣州某大廈采用混凝土框架?剪力墻結(jié)構(gòu)體系，地上19 層，其中7 層以上框架部分全預(yù)制拼裝，裝配率達(dá)67%［7］，其建筑效果如圖1 所示。項(xiàng)目總建筑面積約4.4萬m2，建筑高78.5 m，地上19層。預(yù)制構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)層的分布如圖2所示，種類有：預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、全預(yù)制陽臺(tái)。項(xiàng)目中預(yù)制構(gòu)件總數(shù)量為3 246件，具體如表1所示。

表1 項(xiàng)目的預(yù)制構(gòu)件總數(shù)Tab.1 Total Prefabricated Components of the Project

圖1 某大廈效果Fig.1 Design Sketch of the Building

圖2 預(yù)制構(gòu)件分布示意圖Fig.2 Distribution Diagram of Prefabricated Components

2 預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)組織

2.1 目標(biāo)分析與組織形式

本項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)中計(jì)劃結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度為6～7天/層，通過分析包括預(yù)制構(gòu)件在內(nèi)的垂直運(yùn)輸能力，選用2 臺(tái)TC7030 塔吊，可滿足6 天/層的需求。采用如圖3所示的施工平面布置，由于現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄，布置的預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)存放數(shù)量有限，僅可作為預(yù)制構(gòu)件的周轉(zhuǎn)場(chǎng)地，不適合大面積儲(chǔ)存。

圖3 項(xiàng)目施工平面布置Fig.3 Plane Arrangement of Construction Project

本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件廠的平面布置如圖4 所示，經(jīng)分析，工廠堆場(chǎng)可存放約2層的預(yù)制構(gòu)件。

圖4 預(yù)制構(gòu)件廠平面分析Fig.4 Plane Arrangement of Prefabricated Component Factory

綜合上述條件，采用預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)進(jìn)度與施工現(xiàn)場(chǎng)相協(xié)調(diào)的組織方式，按“構(gòu)件廠生產(chǎn)?構(gòu)件廠儲(chǔ)存?現(xiàn)場(chǎng)堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)”方式流水。預(yù)制構(gòu)件廠先生產(chǎn)兩層的預(yù)制構(gòu)件，然后按6天/層的強(qiáng)度持續(xù)進(jìn)行至項(xiàng)目構(gòu)件生產(chǎn)完成。該生產(chǎn)組織方式既能滿足項(xiàng)目施工進(jìn)度的要求，同時(shí)考慮預(yù)制構(gòu)件廠與施工現(xiàn)場(chǎng)堆場(chǎng)的儲(chǔ)存條件，流水生產(chǎn)的組織方式強(qiáng)度均勻、費(fèi)用較低。同時(shí)，利用先生產(chǎn)兩層的預(yù)制構(gòu)件作為適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存量提供了緩沖周轉(zhuǎn)，防止現(xiàn)場(chǎng)階段性趕工或預(yù)制構(gòu)件損壞而需更換。

按上述生產(chǎn)組織方式，預(yù)制構(gòu)件廠規(guī)劃生產(chǎn)1 層的預(yù)制構(gòu)件量為6 d，并提前12 d 啟動(dòng)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)。預(yù)制構(gòu)件廠每天所需生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量如表2所示。

表2 預(yù)計(jì)生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件效率與模具數(shù)量分析Tab.2 Expected Production Efficiency of Prefabricated Components and Analysis of Mould Numbers

2.2 模具的數(shù)量確定

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的主要模具類型如圖5所示，預(yù)制疊合板的采用鋼底模與可組合側(cè)模具的方案如圖5?所示，預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯、全預(yù)制陽臺(tái)等采用定制的獨(dú)立模具方案如圖5?所示。

圖5 主要模具類型Fig.5 The Types of Moulds

生產(chǎn)預(yù)制疊合板的鋼底模數(shù)量的確定主要按層平鋪的面積進(jìn)行套數(shù)估算。具體實(shí)施中，由于鋼底模作為預(yù)制構(gòu)件廠的初始建設(shè)項(xiàng)目，因此只需要進(jìn)行項(xiàng)目的核算；同時(shí)，組合側(cè)模可進(jìn)行尺寸的組合，多項(xiàng)目側(cè)模重復(fù)使用的情況也較為普遍。此外，目前采用流水生產(chǎn)線生產(chǎn)疊合板也是一種常用的方式。但對(duì)于預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯、全預(yù)制陽臺(tái)等采用定制的獨(dú)立模具，標(biāo)準(zhǔn)化的程度較底，對(duì)項(xiàng)目的生產(chǎn)組織關(guān)系密切。獨(dú)立模具的數(shù)量確定往往是生產(chǎn)組織中的重點(diǎn)，其影響因素主要包括：預(yù)制構(gòu)件種類、數(shù)量、尺寸、生產(chǎn)工藝等。以采用獨(dú)立模具的預(yù)制柱為例，對(duì)其確定流程展開分析。

⑴ 如表2 所示，對(duì)預(yù)制柱模具的影響最大的因素為生產(chǎn)效率。在每日生產(chǎn)數(shù)量固定的情況下，可通過節(jié)約生產(chǎn)過程模具的占用時(shí)間，從而減少固定模具的數(shù)量。因此，采用早強(qiáng)混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝，縮短構(gòu)件脫模時(shí)間效果最為明顯。本項(xiàng)目中，由于采用蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝成本過高，因此采用早強(qiáng)混凝土達(dá)到2 d 脫模的效果，初步確定預(yù)制柱的模具為12套。

⑵初步確定預(yù)制柱的模具數(shù)量后，需對(duì)構(gòu)件尺寸進(jìn)行分析，合并歸類本項(xiàng)目所有預(yù)制柱（共計(jì)407件）的尺寸信息，分析確定12套模板的尺寸，如表3 所示。對(duì)于梁、柱等直線型構(gòu)件，僅考慮截面尺寸，實(shí)際模具長度覆蓋構(gòu)件中的最大長度，以端模調(diào)整符合各構(gòu)件，本項(xiàng)目將柱分為5 種類型。其中類型4 不單獨(dú)開模，基于類型1 或者類型2 的模具，利用墊高塊配合改裝完成；類型5為剩余非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，且與前3 類形式?jīng)]有任一截面尺寸相同，可考慮采用木模板完成。

⑶確定柱模板的數(shù)量和尺寸后，進(jìn)行柱端模具的確定工作。由于采用出筋的構(gòu)件制作方式，端模與配筋的關(guān)系密切，可優(yōu)化的空間受限。主要考慮截面配筋的數(shù)量與位置，并通過端部橡膠塞的使用，減少端模的種類。

通過上述步驟，完成模具的確定工作，可得出以下規(guī)律：①對(duì)疊合板等板式構(gòu)件而言，主要采用固定的鋼底模與組合式側(cè)模，與獨(dú)立模具的分析方法不同；②從單項(xiàng)目分析，其標(biāo)準(zhǔn)化的水平并不是影響模具的唯一因素，從表3 可知由于受構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)度與模具占用的影響，使相同截面尺寸的柱模具的類型1 需要7套；③從項(xiàng)目模具的周轉(zhuǎn)次數(shù)來看，本項(xiàng)目柱子模具周轉(zhuǎn)基本在30 次左右，通過標(biāo)準(zhǔn)層的周轉(zhuǎn)，或者更廣義的同地塊多棟單體項(xiàng)目的周轉(zhuǎn)，可降低模具的攤銷費(fèi)用，減小成本增量；④對(duì)于與配筋影響關(guān)系密切的柱端部模板或者零散的非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模板，可以采用“鋼模+木模具”或“木模板”等方案。

表3 預(yù)制柱種類匯總Tab.3 The Types of Precast Columns

上述分析結(jié)論僅針對(duì)預(yù)制構(gòu)件的模具組織，項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化雖對(duì)單項(xiàng)目的模具影響有限，但對(duì)工人的生產(chǎn)效率也有重要的影響；同時(shí)，對(duì)于多項(xiàng)目而言，標(biāo)準(zhǔn)化的整體水平對(duì)整個(gè)構(gòu)件廠的模具改裝費(fèi)用攤銷等存在一定影響［8］。

2.3 工廠生產(chǎn)區(qū)域場(chǎng)地布置

通過上述的流程確定預(yù)制構(gòu)件的模具后，其工廠場(chǎng)地平面布置的本質(zhì)之一是將鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工藝在空間中進(jìn)行分布，以方便生產(chǎn)的組織［9］。本項(xiàng)目的工廠生產(chǎn)區(qū)域平面布置如圖6 所示，分為鋼筋綁扎區(qū)域、模具區(qū)域與質(zhì)檢區(qū)域等。

圖6 預(yù)制構(gòu)件廠平面分析Fig.6 Analysis of Plane Arrangement of Prefabricated Component Factory （m）

如圖6 所示，基于項(xiàng)目的生產(chǎn)組織需要考慮的要點(diǎn)包括：①自動(dòng)化的板式生產(chǎn)線或鋼底模的布置需大量設(shè)備調(diào)試等工作［10］，基本屬于永久性布置，該部分主要是進(jìn)行產(chǎn)能復(fù)核；②獨(dú)立模具的布置較為靈活，可根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，主要考慮工廠中如大型龍門吊等永久設(shè)備的布置狀況，充分提高固定設(shè)備的使用率，對(duì)降低成本的作用明顯；③工廠平面布置中，可考慮汽車吊等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充；④場(chǎng)地的布置應(yīng)考慮材料組織的動(dòng)線，盡可能便于工人操作，以及形成工序流轉(zhuǎn)；⑤最后再進(jìn)行場(chǎng)地的進(jìn)一步復(fù)核。

3 結(jié)論

目前裝配式全面應(yīng)用的趨勢(shì)下，預(yù)制構(gòu)件的定制化生產(chǎn)屬性難以避免。為此，提出預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)進(jìn)度與施工現(xiàn)場(chǎng)相協(xié)調(diào)的組織方式，按“構(gòu)件廠生產(chǎn)?構(gòu)件廠儲(chǔ)存?現(xiàn)場(chǎng)堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)”方式流轉(zhuǎn)，重點(diǎn)分析了模具數(shù)量的確定方法與工廠場(chǎng)地平面布置要點(diǎn)，同時(shí)得出以下主要結(jié)論：

⑴該生產(chǎn)組織方式適合當(dāng)前預(yù)制構(gòu)件的定制化生產(chǎn)屬性，避免了堆場(chǎng)等倉儲(chǔ)系統(tǒng)快速進(jìn)入飽和癱瘓狀態(tài)；

⑵通過節(jié)約生產(chǎn)過程模具的占用時(shí)間，如采用早強(qiáng)混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝縮短構(gòu)件脫模時(shí)間，有利于減少固定模具數(shù)量，效果明顯；

⑶對(duì)于零散的非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件或與配筋影響關(guān)系密切的柱端部等模板，可以采用“鋼模+木模具”、“木模板”等方案，降低生產(chǎn)的成本。