新型裝配式T梁智能生產(chǎn)線選型及布置分析

張丹，錢葉琳 （安徽建工路港建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

預(yù)制裝配式橋梁是實(shí)現(xiàn)橋梁工業(yè)化建造、推動橋梁行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵手段。傳統(tǒng)橋梁預(yù)制構(gòu)件多在臨時(shí)預(yù)制梁場中生產(chǎn)，其使用范圍有限、利用率不高且對土地資源影響大。因此，根據(jù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃，建設(shè)永久性橋梁構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)工廠已逐漸成為公路橋梁行業(yè)發(fā)展趨勢。為達(dá)到新型裝配式T 梁工業(yè)化智能建造的目的，本文通過對移動及固定流水選型確定了適用于新型裝配式T 梁的智能生產(chǎn)線類型及布置形式。

2 工程概況

桐城預(yù)制廠位于桐城市東郊村，占地面積13.5萬m2，該工廠是專門為合樅高速公路供應(yīng)輕型T 梁、裝配式下部結(jié)構(gòu)、箱涵拱涵、先張法雙T 梁等預(yù)制件而建設(shè)的預(yù)制廠。其中，輕型T 梁訂單數(shù)量1920 片，根據(jù)項(xiàng)目工期需求并結(jié)合后期長期規(guī)劃，共設(shè)置5 條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線配置1 套液壓模板、4 臺移動臺車，每條生產(chǎn)線每天可生產(chǎn)1片輕型T梁。

3 智能生產(chǎn)線選型

3.1 橋梁預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線模式

根據(jù)預(yù)制場建設(shè)模式，混凝土橋梁預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)模式可分為傳統(tǒng)生產(chǎn)線、固定模臺生產(chǎn)線和環(huán)形生產(chǎn)線。

3.1.1 傳統(tǒng)生產(chǎn)線

傳統(tǒng)生產(chǎn)線采用臺座固定，人、機(jī)圍繞臺座開展施工，且需要在臺座上養(yǎng)存7～10d 左右，其主要包含以下兩種布置模式。

模式一：臺座縱向布置，該種模式下，模板、蒸養(yǎng)棚等設(shè)施可以縱向滑動，周轉(zhuǎn)便利。由于其采用兩臺龍門吊或框架式龍門吊，設(shè)備復(fù)雜，故該種生產(chǎn)模式在場地狹長情況下較為適用。

模式二：臺座橫向布置，這種模式下，模板、蒸養(yǎng)棚等設(shè)施依靠龍門吊搬運(yùn)，周轉(zhuǎn)不便，但龍門吊數(shù)量少、布置簡便且靈活、場地形狀要求較低。此外，芯模安拆區(qū)域可以和通道合并，節(jié)約部分場地面積。

傳統(tǒng)生產(chǎn)線模式存在梁廠建造成本低，在小體量預(yù)制時(shí)，設(shè)備攤銷少，優(yōu)勢較大的優(yōu)點(diǎn)。然而，其劣勢主要表現(xiàn)為預(yù)制效率一般較低，靠增加臺座數(shù)量提高生產(chǎn)效率，場地利用、周轉(zhuǎn)率低，人工多且人力成本高；采用二次張拉可提高生產(chǎn)效率，但人力、管理成本高。

3.1.2 固定模臺生產(chǎn)線

固定模臺生產(chǎn)線以固定臺座和模板為中心，物料和人員圍繞模臺作業(yè)，其主要生產(chǎn)流程與預(yù)制建筑構(gòu)件類似，生產(chǎn)線布置見圖1。

圖1 固定模臺生產(chǎn)線

固定模臺生產(chǎn)線是早期預(yù)制橋梁構(gòu)件生產(chǎn)的主要模式，自動化程度較低，但對構(gòu)件的兼容性較好，可生產(chǎn)空心板梁、T 梁、小箱梁、整跨大箱梁、節(jié)段梁和組合梁橋面板。比較特殊的是如采用先張法施加預(yù)應(yīng)力，只能采用固定模臺生產(chǎn)線。

固定模臺生產(chǎn)線的臺座固定，人、機(jī)圍繞臺座開展施工。固定模臺生產(chǎn)線的建設(shè)技術(shù)較為簡單、場地布置靈活、建設(shè)成本低，對場地面積要求、場地形狀要求和設(shè)備數(shù)量要求較小；臺座數(shù)量可變，布置較為靈活；便于預(yù)制區(qū)生產(chǎn)構(gòu)件的調(diào)整，通用性強(qiáng)，可用于游牧式預(yù)制場的建設(shè)，也可用于永久性生產(chǎn)基地的建設(shè)。但由于模臺的位置固定，同一工位下較難布置過多功能設(shè)施，并且必然會導(dǎo)致不同物料和工序流程路線發(fā)生沖突，不利于自動化程序的布置；多個(gè)臺座共用模板、蒸養(yǎng)棚等設(shè)備的情況下，管理、協(xié)調(diào)組織以及質(zhì)量控制難度大，全自動化困難。

3.1.3 綜合環(huán)形生產(chǎn)線

綜合環(huán)形生產(chǎn)線以工藝流動路線為中心，各工藝設(shè)施沿生產(chǎn)流動方向布置，其主要生產(chǎn)流程與預(yù)制建筑構(gòu)件類似，生產(chǎn)線布置見圖2。

圖2 環(huán)形生產(chǎn)線

綜合環(huán)形生產(chǎn)線是現(xiàn)代工廠化預(yù)制的主要模式，一般生產(chǎn)線對應(yīng)生產(chǎn)特定產(chǎn)品，可生產(chǎn)空心板梁、T 梁、小箱梁、組合梁橋面板，只能采用后張法工藝施加預(yù)應(yīng)力。

綜合環(huán)形生產(chǎn)線將生產(chǎn)工序的各步驟有序地組織在線形空間內(nèi)，優(yōu)化了物流和工藝路徑，將生產(chǎn)功能分隔，便于開展專業(yè)化的工作，對自動化程度的兼容性好。但生產(chǎn)空間一般呈線形展布，布局形式較為固定，并且生產(chǎn)設(shè)備對應(yīng)和特定產(chǎn)品，更換產(chǎn)品類型時(shí)需要高昂的替換成本，因此靈活度相對較低。

3.2 輕型T梁預(yù)制生產(chǎn)線適應(yīng)性

對于橋梁工程建設(shè)，大部分工程仍停留在通過臨時(shí)梁場的建設(shè)將現(xiàn)澆施工轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)制裝配的“1.0 預(yù)制化”階段。在此基礎(chǔ)上，一部分代表性工程進(jìn)行了“2.0工廠化”的積極探索，從建設(shè)臨時(shí)梁場轉(zhuǎn)換為建設(shè)永久梁場，通過引入龍門吊、鋼筋彎折機(jī)器等，實(shí)現(xiàn)橋梁預(yù)制構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)，其采用的生產(chǎn)線模式基本為固定模臺式生產(chǎn)線。部分工程提出了以智慧梁廠為建設(shè)目標(biāo)，對橋梁預(yù)制構(gòu)件自動化生產(chǎn)線及與自動化生產(chǎn)線相匹配的生產(chǎn)工藝及控制方法進(jìn)行了有益的探索。其相應(yīng)的生產(chǎn)線模式為環(huán)形自動化生產(chǎn)流水線，通過引入布料機(jī)、魚雷罐、液壓模板等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)混凝土自動化運(yùn)輸及澆筑和自動化蒸養(yǎng)，推動橋梁構(gòu)件預(yù)制向自動化、數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型升級。

對新型裝配式T 梁生產(chǎn)，采用固定模臺式生產(chǎn)線及環(huán)形生產(chǎn)線均可實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，比傳統(tǒng)臨時(shí)預(yù)制梁場采用的單一集中生產(chǎn)模式效率高。其中固定模臺式生產(chǎn)線自動化程度較低，但靈活性較高；而環(huán)形生產(chǎn)線自動化程度較高，但靈活性相對較低。

從表1 中可以看出，環(huán)形自動化流水生產(chǎn)線比固定模臺式生產(chǎn)線在生產(chǎn)效率、場地占用、人力成本等方面具備明顯優(yōu)勢，自動化程度較高，但只適用于生產(chǎn)固定型號產(chǎn)品，靈活性較差。對于新型裝配式T 梁而言，其尺寸、型號較為標(biāo)準(zhǔn)，且其跨徑、截面尺寸、鋼筋及鋼束布置標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，有利于標(biāo)準(zhǔn)化、自動化施工。對于環(huán)形生產(chǎn)線具有較高的兼容性，宜采取環(huán)形生產(chǎn)線布置，充分發(fā)揮自動化優(yōu)勢，提高生產(chǎn)效率，推動交通工程預(yù)制構(gòu)件向自動化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。

表1 預(yù)制生產(chǎn)模式特點(diǎn)比較

4 智能生產(chǎn)線布置

4.1 生產(chǎn)線布局方法

根據(jù)工業(yè)工程中對生產(chǎn)線的定義，即原材料經(jīng)過特定生產(chǎn)步驟最終形成成品的生產(chǎn)組織形式。生產(chǎn)線布局即考察原材料、生產(chǎn)線和成品三者之間的排布方式和空間幾何特點(diǎn)，用以供工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)參考和定義。

根據(jù)工業(yè)工程的原理，生產(chǎn)線布局可分為直線型、折線型和框圖式。由于預(yù)制T 梁產(chǎn)品具有體積大、質(zhì)量重的特點(diǎn)，而框圖式只適用于小型工業(yè)產(chǎn)品的靈活布局。本研究根據(jù)現(xiàn)有PC 構(gòu)件的生產(chǎn)實(shí)踐，提出一種三明治式的生產(chǎn)線布局。

4.2 生產(chǎn)線布局邏輯

根據(jù)現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)，無論采用何種工藝，新型裝配式T 梁生產(chǎn)都包含施工前準(zhǔn)備、鋼筋工程、模板工程、混凝土工程、預(yù)應(yīng)力混凝土工程和質(zhì)量檢驗(yàn)這六項(xiàng)分項(xiàng)工程。

施工前準(zhǔn)備包含設(shè)計(jì)技術(shù)交底、施工組織設(shè)計(jì)、專項(xiàng)施工方案、管理與組織安排以及原材料檢驗(yàn)等。

鋼筋工程包含鋼筋加工、鋼筋連接、鋼筋綁扎以及鋼筋安裝等。

模板工程包含模板設(shè)計(jì)、模板安裝以及模板拆除等。

混凝土工程包含混凝土拌制、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑以及混凝土養(yǎng)護(hù)等。

預(yù)應(yīng)力混凝土工程包含預(yù)應(yīng)力筋制作、錨夾具安裝、連接器安裝、管道安裝、施加預(yù)應(yīng)力以及孔道壓漿及封錨等。

質(zhì)量檢驗(yàn)包含實(shí)測項(xiàng)目和外觀質(zhì)量。

按照生產(chǎn)線的邏輯結(jié)構(gòu)，可為每一個(gè)工作步驟安排一個(gè)獨(dú)立的工作空間，但實(shí)際上，這樣做既不經(jīng)濟(jì)也不合理。在工廠的實(shí)際預(yù)制中，部分工作是共享同一工作空間的。實(shí)際上，腹板鋼筋安裝、端模安裝和預(yù)埋件安裝是在同一臺位上進(jìn)行的，而側(cè)膜安裝和混凝土澆筑是在同一臺位上進(jìn)行的，同時(shí)混凝土采用魚雷罐運(yùn)輸會跨越從鋼筋綁扎到混凝土澆筑的全部空間。

4.3 生產(chǎn)線功能區(qū)劃分

根據(jù)新型裝配式T 梁的生產(chǎn)工藝流程，將自動化生產(chǎn)功能區(qū)劃分為鋼筋安裝區(qū)（橫移區(qū)）、混凝土澆筑區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)、張拉區(qū)、提梁區(qū)（橫移區(qū)）。

鋼筋安裝區(qū)（橫移區(qū)）用于鋼筋的吊裝或?qū)⒒芈飞系囊苿优_座橫移到生產(chǎn)線上；

澆筑區(qū)經(jīng)上道工序完成吊裝腹板鋼筋后移模至本區(qū)，本區(qū)需要完成合模、吊裝頂板鋼筋、澆筑混凝土，澆筑完成后靜停、脫模，當(dāng)強(qiáng)度滿足縱向移梁強(qiáng)度后移梁至養(yǎng)護(hù)區(qū)；

養(yǎng)護(hù)區(qū)把梁體縱向移動到固定式養(yǎng)護(hù)室內(nèi)部，智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)可根據(jù)工藝數(shù)據(jù)自行設(shè)計(jì)溫控曲線，實(shí)現(xiàn)溫度與濕度的自動調(diào)整，到達(dá)要求強(qiáng)度后移梁至張拉、提梁區(qū)；

張拉區(qū)進(jìn)行梁體預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉，并完成預(yù)應(yīng)力孔道的智能壓漿；

提梁區(qū)（橫移區(qū)）進(jìn)行提梁至臨時(shí)存梁區(qū)，或?qū)⑸a(chǎn)線上的移動臺座橫移到回路。

4.4 生產(chǎn)線兼容性分析

4.4.1 不同跨徑尺寸的適應(yīng)性

新型裝配式T 梁的常用跨徑為15m、20m、25m，目前根據(jù)其最大跨徑梁體的尺寸要求，按照取各功能區(qū)30m長度的方式進(jìn)行新型裝配式T 梁智能生產(chǎn)線的布置。因此，在其他較小跨徑尺寸梁體的生產(chǎn)過程中，僅需通過調(diào)整各臺座之間的縱向布置間距，使得各功能區(qū)的縱向布置仍能滿足其生產(chǎn)需求。

4.4.2 其他類型構(gòu)件的適應(yīng)性

根據(jù)橋梁構(gòu)件工廠訂單生產(chǎn)需求，在需要將原新型裝配式T 梁生產(chǎn)線更換為其他類型構(gòu)件生產(chǎn)線時(shí)，僅需根據(jù)構(gòu)件尺寸更換軌道上各臺座、模板，并根據(jù)軌道布置間距要求重新合理選擇生產(chǎn)線軌道及回路軌道，并合理調(diào)整各功能區(qū)的縱向間距。其中，當(dāng)需要生產(chǎn)的其他類型構(gòu)件尺寸橫向?qū)挾容^大，超過蒸養(yǎng)棚尺寸時(shí)，可根據(jù)訂單中生產(chǎn)數(shù)量、期限等要求綜合分析，設(shè)置臨時(shí)移動蒸養(yǎng)棚或較大尺寸的固定蒸養(yǎng)棚。

5 結(jié)語

本文主要針對新型裝配式T 梁智能生產(chǎn)線選型及布置展開研究，給出了智能生產(chǎn)線選型、總體布置方案；對比分析了新型裝配式T 梁對各類生產(chǎn)線模式的適應(yīng)性，建議在其生產(chǎn)智能生產(chǎn)過程中采用環(huán)形生產(chǎn)線布置模式；完成了生產(chǎn)線功能區(qū)的劃分，并對廠房內(nèi)各功能區(qū)進(jìn)行了合理布置。