裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)線設(shè)計(jì)及產(chǎn)能計(jì)算

王連博

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

當(dāng)前，我國(guó)高度重視發(fā)展裝配式建筑，提出了一系列發(fā)展要求，并制定了明確的發(fā)展規(guī)劃和激勵(lì)政策。一大批龍頭企業(yè)積極參與，部分地區(qū)已呈現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展態(tài)勢(shì)，其中裝配式建筑構(gòu)件廠（以下簡(jiǎn)稱PC工廠）得到了快速發(fā)展。

目前PC工廠的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)暫無(wú)專用的技術(shù)體系或標(biāo)準(zhǔn)，尚未形成系統(tǒng)的適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)體系。為此，本文總結(jié)并梳理現(xiàn)有的裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝，結(jié)合管理經(jīng)驗(yàn)，介紹目前裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)思路。

1 裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)工藝

1.1 建筑構(gòu)件的生產(chǎn)模式

目前構(gòu)件的生產(chǎn)模式主要有3種：固定模臺(tái)生產(chǎn)方式、循環(huán)式生產(chǎn)線生產(chǎn)方式、中央移送臺(tái)生產(chǎn)線生產(chǎn)方式。不同生產(chǎn)方式對(duì)設(shè)備、人員等方面的要求各有不同。循環(huán)式生產(chǎn)線生產(chǎn)方式可以集中蒸養(yǎng)，節(jié)能降耗，工序設(shè)計(jì)緊湊，工藝布局科學(xué)合理,安全性強(qiáng)，生產(chǎn)效率和機(jī)械化程度高，適合生產(chǎn)墻類及板類等幾何形狀較規(guī)范且批量大的構(gòu)件。固定模臺(tái)式生產(chǎn)方式受其它設(shè)備設(shè)施的限制較小，對(duì)構(gòu)件的尺寸限制寬松，適合生產(chǎn)批量小、幾何形狀復(fù)雜的構(gòu)件。對(duì)于構(gòu)件尺寸復(fù)雜，人工作業(yè)工序多、工序作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，尺寸又比較規(guī)范的構(gòu)件，具有一定的數(shù)量時(shí)，可采用中央移送臺(tái)式生產(chǎn)線的作業(yè)方式。

1.2 生產(chǎn)線的選擇

裝配式混凝土建筑主體結(jié)構(gòu)可采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配整體式框架剪力墻結(jié)構(gòu)等技術(shù)體系等。依據(jù)上述主要結(jié)構(gòu)體系的典型預(yù)制構(gòu)件，設(shè)計(jì)采用相應(yīng)的生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。PC構(gòu)件主要產(chǎn)品有：預(yù)制外墻板、預(yù)制內(nèi)墻板、疊合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制梁、預(yù)制柱等。不同生產(chǎn)線及其產(chǎn)品如表1所示。

表1 生產(chǎn)線及其產(chǎn)品

1.3 工藝流程設(shè)計(jì)

1.3.1外墻板的生產(chǎn)工藝

預(yù)制外墻板俗稱三明治墻板，較內(nèi)墻板增加了保溫層和外飾面層。根據(jù)結(jié)構(gòu)體系要求，底部通過(guò)套筒形式實(shí)現(xiàn)豎向連接，兩側(cè)外露箍筋，混凝土斷面為粗糙面和抗剪槽，以增加現(xiàn)澆混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。預(yù)制外墻板的生產(chǎn)方法，包括“正打”和“反打”2種形式，主要區(qū)別在于結(jié)構(gòu)層和外飾面層的澆筑順序，兩者的工藝和技術(shù)要求沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。如果外飾面層有裝飾需求，只能通過(guò)“反打”生產(chǎn)，即在底模上預(yù)先鋪設(shè)裝飾材料，“反打”工藝流程如圖1所示。與其相比，“正打”的生產(chǎn)方式有利于處理預(yù)留預(yù)埋。在選擇外墻板的生產(chǎn)方式時(shí)，要兼顧產(chǎn)品需求及現(xiàn)有工藝設(shè)備情況，一旦模具制作完成，再調(diào)整生產(chǎn)方式，將導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本損失。故此，在具備生產(chǎn)條件的情況下，推薦采用“正打”的生產(chǎn)方式。

1.3.2 內(nèi)墻板的生產(chǎn)工藝

內(nèi)墻板的生產(chǎn)工藝比外墻板簡(jiǎn)單，沒(méi)有擠塑板安裝工序，在混凝土澆筑工序后可進(jìn)行收面處理及養(yǎng)護(hù)。

1.3.3 疊合板生產(chǎn)工藝

通過(guò)高壓氣流對(duì)開(kāi)槽成型后的坑槽進(jìn)行清掃，將開(kāi)挖殘留松散顆粒與粉塵清掃出坑槽外，然后將坑槽坑底與壁面進(jìn)行鑿毛處理，提高其摩阻力，若坑槽內(nèi)含水量較大，應(yīng)進(jìn)行烘干處理，避免水分影響?zhàn)佑偷酿そY(jié)性能。

疊合樓板的生產(chǎn)工藝主要由組模、安裝鋼筋、澆筑振搗、拉毛、構(gòu)件養(yǎng)護(hù)、拆模等工藝組成，其工藝流程較墻板比相對(duì)簡(jiǎn)單。

2 構(gòu)件廠的整體工藝設(shè)計(jì)

2.1 總體要求及產(chǎn)能計(jì)算

首先設(shè)定工廠建設(shè)目標(biāo)，滿足裝配式建筑所有部件的生產(chǎn)制作為產(chǎn)品目標(biāo)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能假定為15萬(wàn)m3/年，且具有一定工藝先進(jìn)性，制造水平、生產(chǎn)效率較高，成品質(zhì)量得以保證的裝配式建筑構(gòu)件廠[1]。

工作制度選用2班二運(yùn)轉(zhuǎn)制或根據(jù)實(shí)際情況采用多班二運(yùn)轉(zhuǎn)制，根據(jù)生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，扣減設(shè)備維保及日常清潔等時(shí)間，有效工作時(shí)間計(jì)10 h/班，每年有效工作時(shí)間為300 d，年時(shí)基數(shù)為6000 h，故此產(chǎn)能需求應(yīng)大于25 m3/h。

根據(jù)現(xiàn)在的技術(shù)體系規(guī)范及拆分工藝要求，建筑項(xiàng)目各種構(gòu)件所占比例及體積分配大致如表2所示（采用裝配式整體剪力墻體系的項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)所得的基本數(shù)據(jù)，預(yù)制率為50%以上）。

表2 各種構(gòu)件產(chǎn)能需求測(cè)算

2.1.1 模臺(tái)利用率的測(cè)算

模臺(tái)取90 000 mm×4000 mm，根據(jù)現(xiàn)有裝配式剪力墻體系的構(gòu)件拆分結(jié)果所確定的構(gòu)件尺寸，根據(jù)構(gòu)件的種類及尺寸規(guī)格統(tǒng)計(jì)，同時(shí)也考慮模具的寬度限制，這種尺寸規(guī)格的模臺(tái)確保模臺(tái)面積利用效率的最大化，即保證每個(gè)模臺(tái)同時(shí)生產(chǎn)2塊墻板的概率最大（模臺(tái)面積利用率最大）。根據(jù)現(xiàn)有裝配式剪力墻體系的構(gòu)件拆分結(jié)果所確定的構(gòu)件尺寸，外墻板和內(nèi)墻板在模臺(tái)工作面的利用率約為45%，疊合板的利用率約為40%。按單模臺(tái)產(chǎn)能=模臺(tái)面積×模臺(tái)面積利用率×構(gòu)件厚度計(jì)算。外墻板厚度取300 mm、內(nèi)墻板厚度取200 mm、疊合樓板厚度取60 mm時(shí)，單個(gè)模臺(tái)可生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的體積為：（1）預(yù)制外墻：9×4×45%×0.3=4.86 m3；（2）預(yù)制內(nèi)墻：9×4×45%×0.2=3.24 m3；（3）疊合樓板：9×4×40%×0.06=0.864 m3。

2.1.2 生產(chǎn)節(jié)拍的制定

根據(jù)生產(chǎn)線整體規(guī)劃布局、產(chǎn)能設(shè)計(jì)需求及實(shí)際生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，國(guó)產(chǎn)循環(huán)式生產(chǎn)線節(jié)拍制定如下：預(yù)制外墻生產(chǎn)線為15 min，預(yù)制內(nèi)墻生產(chǎn)線為15 min，疊合樓板生產(chǎn)線為12 min。

經(jīng)上述計(jì)算可知，選取1條外墻板生產(chǎn)線，以生產(chǎn)外墻為主，生產(chǎn)內(nèi)墻板為輔；選取1條內(nèi)墻板、疊合板生產(chǎn)線，共同生產(chǎn)內(nèi)墻板及疊合板，基本滿足年產(chǎn)15萬(wàn)m3的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.1.3 固定模臺(tái)生產(chǎn)線的產(chǎn)能計(jì)算

選用固定模臺(tái)工位生產(chǎn)異形構(gòu)件，根據(jù)現(xiàn)有裝配式剪力墻體系的構(gòu)件拆分結(jié)果所確定的構(gòu)件尺寸，異形構(gòu)件的平均方量約為0.7 m3，固定模臺(tái)的生產(chǎn)特點(diǎn)是全部工序均在同一位置完成，根據(jù)2班二運(yùn)轉(zhuǎn)制模式，設(shè)定2班時(shí)完成組模、澆筑、養(yǎng)護(hù)、拆模等工作，即生產(chǎn)節(jié)拍為20 h，根據(jù)產(chǎn)能需求，20 m3/0.7 m3≈29個(gè)，即需要至少29個(gè)工位，才能實(shí)現(xiàn)固定模臺(tái)生產(chǎn)線的產(chǎn)能目標(biāo)。

2.2 外墻板生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)

外墻板的生產(chǎn)工序作業(yè)時(shí)間如表3所示。

表3 外墻板的生產(chǎn)工序作業(yè)時(shí)間

上述作業(yè)時(shí)間為單模臺(tái)作業(yè)時(shí)間，作業(yè)時(shí)間與機(jī)械設(shè)備性能及人工熟練度等有較大關(guān)聯(lián)，構(gòu)件的加工難易程度不同，作業(yè)時(shí)間也會(huì)有很大差異。在作業(yè)時(shí)間有效控制的前提下，為滿足生產(chǎn)節(jié)拍，應(yīng)設(shè)置對(duì)應(yīng)數(shù)量的工藝工位。再根據(jù)工藝工位數(shù)量，設(shè)備自動(dòng)化程度，確定對(duì)應(yīng)工位的人工數(shù)量。外墻板生 產(chǎn)線工位設(shè)置統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 外墻板生產(chǎn)線的工位設(shè)置統(tǒng)計(jì)

2.3 內(nèi)墻板、疊合板生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)

內(nèi)墻板生產(chǎn)線主要有模臺(tái)處理、劃線、模具安裝、鋼筋埋件安裝、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)、抹平、蒸養(yǎng)、脫模、構(gòu)件沖洗、暫存等工序；疊合板生產(chǎn)線還需要拉毛工序。這2種構(gòu)件的生產(chǎn)線工藝方案與外墻板生產(chǎn)線相比，可減少部分工位，生產(chǎn)線工藝方案也較為簡(jiǎn)單。其作業(yè)時(shí)間及工位數(shù)的確定，可參考外墻板生產(chǎn)線。

2.4 固定模臺(tái)生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)

固定模臺(tái)生產(chǎn)方式是將固定式模具固定在長(zhǎng)模臺(tái)上進(jìn)行生產(chǎn)和養(yǎng)護(hù)。具體到PC工廠產(chǎn)品中，絕大部分內(nèi)、外墻板，疊合樓板均在循環(huán)式生產(chǎn)線上進(jìn)行，少量異形構(gòu)件，截面尺寸不規(guī)則無(wú)法進(jìn)入養(yǎng)護(hù)窯，所以才在固定模臺(tái)生產(chǎn)線完成。但固定模臺(tái)的生產(chǎn)方式較為落后，自動(dòng)化程度低、功效低、能源浪費(fèi)大[2]。

固定模臺(tái)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)思路主要在于空間的有效利用，半成品及成品的物流流線設(shè)計(jì)，以及提高固定模臺(tái)線的自動(dòng)化程度等。在空間利用上，對(duì)擬生產(chǎn)異形構(gòu)件的生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行合理劃分，在滿足作業(yè)條件及物流空間的情況下，對(duì)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行合理分配，避免空間的浪費(fèi)。規(guī)劃半成品、成品物流流線，確保混凝土及半成品鋼筋快速順暢的送達(dá)構(gòu)件生產(chǎn)區(qū)域，不應(yīng)與成品外運(yùn)流線互相干擾。提升固定模臺(tái)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，如使用自動(dòng)式布料機(jī)、移動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)、恒溫養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)等，不僅能提升工作效率，還能解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的能源浪費(fèi)問(wèn)題。

3 工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)組織考慮

部分工廠在工藝規(guī)劃時(shí)，對(duì)工藝設(shè)備的性能理解不深刻，對(duì)生產(chǎn)組織方式思考不充分，且目前國(guó)內(nèi)的PC工廠多采用勞務(wù)分包的用工模式，常出現(xiàn)生產(chǎn)工人定員不合理、勞動(dòng)力分工不合理的情況。自動(dòng)化設(shè)備的產(chǎn)能沒(méi)有得到釋放，機(jī)械與人工穿插，并沒(méi)有形成工業(yè)化的運(yùn)行體系，制定的生產(chǎn)節(jié)拍難以實(shí)現(xiàn)，往往還是需要增加人工數(shù)量來(lái)提高產(chǎn)能[3]。

這需要在工藝設(shè)計(jì)時(shí)采取一定的措施使各設(shè)計(jì)工序的延續(xù)時(shí)間基本相等或?yàn)樯a(chǎn)節(jié)拍的整數(shù)倍，并在生產(chǎn)組織上按此實(shí)施。主要措施有：合理的選擇、布置和使用工藝設(shè)備；盡量減少手工操作、提高自動(dòng)化程度；將某些工序合并、分解或者采用幾個(gè)平行的工作位置等。例如模具的安裝、脫模劑的涂抹和安放鋼筋，必要時(shí)可合并為一個(gè)工藝工序。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)組織是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，影響因素較多，建設(shè)初期不應(yīng)單純追求規(guī)?；蚬に囋O(shè)備的先進(jìn)性，而是應(yīng)該以產(chǎn)品為中心，合理統(tǒng)籌生產(chǎn)資源，尋找投資與回報(bào)的平衡點(diǎn)。

（2）現(xiàn)階段，面對(duì)多樣的產(chǎn)品體系，唯有創(chuàng)新適用性更強(qiáng)的工藝設(shè)備，創(chuàng)新生產(chǎn)組織形式，落實(shí)有效的管理手段，才能不斷提高產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，在工藝投資與產(chǎn)品回報(bào)上，形成良性循環(huán)。

（3）裝配式建筑是我國(guó)大力發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，今后還需在發(fā)展中不斷改進(jìn)與完善，通過(guò)大量的工程實(shí)踐進(jìn)一步積累和總結(jié)，最終形成符合我國(guó)新型建筑工業(yè)化發(fā)展要求的生產(chǎn)工藝體系。