智慧生產(chǎn)導(dǎo)向的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效益及路徑

摘" 要：建筑行業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的劇烈變革，裝配式建筑發(fā)展導(dǎo)向更為明確，建筑產(chǎn)業(yè)進入智慧發(fā)展階段。其中混凝土預(yù)制構(gòu)件的大規(guī)模生產(chǎn)便是智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下建筑行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的典型成果?；炷令A(yù)制構(gòu)件的智慧化、一體化生產(chǎn)將產(chǎn)生綠色、便捷、節(jié)能、高效等綜合效益，帶動建筑工業(yè)化水平的提升，凸顯工業(yè)信息化管理和智能化應(yīng)用優(yōu)勢。這也將是建筑行業(yè)當(dāng)前發(fā)展以及未來預(yù)制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本文將站在智慧生產(chǎn)的導(dǎo)向下研究混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)問題，分析預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效益及科學(xué)路徑。

關(guān)鍵詞：智慧生產(chǎn)；混凝土預(yù)制構(gòu)件；生產(chǎn)效益；路徑文章編號：2095-4085（2024）11-0243-03

作者簡介：陳巨美（1992.11—），男，山東菏澤人，本科，工程師，研究方向為智能制造。

混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)是建筑行業(yè)新興的建筑材料生產(chǎn)模式，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，目前已在建筑領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。其可以解決傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中效率低下、品控難、資源浪費等現(xiàn)實問題，真正做到以智慧生產(chǎn)為導(dǎo)向，提升混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的綜合效益。智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件批量化生產(chǎn)也能確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性，提升企業(yè)的市場競爭力，推動建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。關(guān)于智慧生產(chǎn)導(dǎo)向的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效益及路徑的專題研究具有現(xiàn)實意義。

1" 混凝土預(yù)制構(gòu)件智慧生產(chǎn)背景

當(dāng)前，建筑材料的智慧生產(chǎn)已經(jīng)不是新興概念。在進入21世紀(jì)之后，建筑材料智慧化生產(chǎn)導(dǎo)向越來越明確，技術(shù)創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，裝配式建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用更為普遍，為公路、鐵路、管道、隧道、橋梁、綜合建筑體等建設(shè)提供穩(wěn)定的材料支持［1］。智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件就是在這樣的背景下應(yīng)運而生，其得益于建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展、科技的進步、環(huán)境保護要求的提升及資源利用效率提升的訴求，同時其又與建筑品質(zhì)的提升息息相關(guān)。當(dāng)前城市化進程速度加快，人們對居住環(huán)境的要求更高。建筑行業(yè)處于蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，但傳統(tǒng)建筑材料生產(chǎn)當(dāng)中暴露出的問題也引發(fā)社會的持續(xù)關(guān)注，主要如資源的浪費、能源的消耗、環(huán)境的污染。因此，尋求更為智慧與可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)方式，滿足建筑行業(yè)的發(fā)展需求十分必要。此外，科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，為建筑材料的創(chuàng)新生產(chǎn)提供多元支持。例如3D打印技術(shù)的問世、納米材料的普及應(yīng)用、智能傳感器的推廣等都使得建筑材料的智能化生產(chǎn)有了更多可能。在全球范圍內(nèi)，人們對環(huán)境保護問題的關(guān)注空前增強，人們的環(huán)境保護意識加重。建筑材料作為影響環(huán)境的重要因素之一，如何實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綠色環(huán)?；钱?dāng)前建筑材料生產(chǎn)設(shè)計所需要迫切解決的問題。通過智慧化的生產(chǎn)做到精準(zhǔn)的控制和生產(chǎn)監(jiān)測，可以有效降低建筑材料生產(chǎn)對環(huán)境的負(fù)面影響，達成綠色建筑發(fā)展目標(biāo)。在建筑行業(yè)長期的發(fā)展過程中，建筑材料生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的資源浪費問題與當(dāng)前社會可持續(xù)發(fā)展的理念形成激烈沖突。如何有效節(jié)約能源、水資源等成為建筑材料生產(chǎn)時需要關(guān)注的點。智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)可以在數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化管理的雙重支持下，提升資源利用率，降低資源浪費程度，有效縮減生產(chǎn)成本［2］。當(dāng)前，人們對建筑品質(zhì)要求也有大幅度提升，智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的建筑材料預(yù)制生產(chǎn)與建筑品質(zhì)的提升息息相關(guān)。智慧生產(chǎn)過程可以確保材料生產(chǎn)中的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性，提高建筑材料品質(zhì)和性能，增強建筑安全性、舒適性和耐久性，滿足人們對高品質(zhì)建筑的需要。

2" 混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的現(xiàn)實訴求

基于城市化進程明顯加快和建筑行業(yè)快速發(fā)展的實際，混凝土預(yù)制構(gòu)件需求量日益增長。作為工廠或生產(chǎn)基地提前制作好的建筑構(gòu)件，其可以統(tǒng)一運輸?shù)浆F(xiàn)場進行安裝和組裝，便于施工作業(yè)。目前混凝土預(yù)制構(gòu)件的需求口主要體現(xiàn)在四個層面。一是住宅建筑層面，隨著人口的增加，城市化進程的加快，住宅建設(shè)量增加?；炷令A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)可用于建住宅建筑中的墻板建設(shè)、樓梯建設(shè)、樓板供應(yīng)等，將帶來較高的施工速度和質(zhì)量，合理滿足住房供應(yīng)需求。二是在商業(yè)建筑層面。當(dāng)前商業(yè)建筑如大型的購物中心、辦公樓、酒店等不斷涌現(xiàn)，其對建筑混凝土預(yù)制構(gòu)件也有較大的需求。大體量的墻體構(gòu)件都需要混凝土預(yù)制構(gòu)件的支持，其可以有效提高施工效率并縮短工期。三是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面?；炷令A(yù)制構(gòu)件也有較大的供應(yīng)缺口。當(dāng)前國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要有橋梁、隧道、地鐵站等，都需要使用大量的混凝土構(gòu)件。如果能提前制作混凝土預(yù)制構(gòu)件，可以減少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)場的施工作業(yè)時間，減少施工作業(yè)對周邊交通的不利影響。四是農(nóng)村建設(shè)方面也需要大量的混凝土預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)。當(dāng)前我國大力推行新型農(nóng)村建設(shè)，農(nóng)村居民樓建設(shè)、水利設(shè)施建設(shè)都需要混凝土預(yù)制構(gòu)件。因此，混凝土預(yù)制構(gòu)件需求量大。做好智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件批量化生產(chǎn)，將合理滿足建筑各層面的材料供應(yīng)需求，有效保證建筑整體品質(zhì)。

3" 智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

3.1" 混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)支持

對于混凝土預(yù)制構(gòu)件智慧化生產(chǎn)來說，一是離不開專業(yè)技術(shù)與設(shè)備的基礎(chǔ)應(yīng)用支持。這些基礎(chǔ)設(shè)備主要包括傳感器、計算機控制系統(tǒng)以及智慧操作平臺等。在這些智慧化生產(chǎn)系統(tǒng)的輔助下，混凝土預(yù)制構(gòu)件能進行自動化的生產(chǎn)和全方位的生產(chǎn)監(jiān)控。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線能根據(jù)構(gòu)件生產(chǎn)訴求合理調(diào)整及優(yōu)化生產(chǎn)流程，這樣不同品類、不同規(guī)格的預(yù)制構(gòu)件能在一個生產(chǎn)基地內(nèi)快速完成。二是推行模塊化與可擴展的生產(chǎn)線設(shè)計。在智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地內(nèi)多采取模塊化設(shè)計，使生產(chǎn)線根據(jù)不同的產(chǎn)品需求進行有效調(diào)整，并做到合理化擴展。模塊化設(shè)計允許生產(chǎn)線中的各模塊獨立運作［3］，且有效地組合在一起，形成完整的生產(chǎn)系統(tǒng)。這種設(shè)計不僅可以提高生產(chǎn)線的靈活性，還能降低生產(chǎn)線的改造成本，壓縮生產(chǎn)時間。產(chǎn)生新的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)需求時，只需要更改相應(yīng)的模塊就可以實現(xiàn)生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)化。三是在預(yù)制混凝土混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地內(nèi)，一般配有數(shù)字化、智能化的后臺管理系統(tǒng)，其主要負(fù)責(zé)對混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，并給予智能調(diào)度支持。智能化管理系統(tǒng)綜合大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，對生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)進行有效的數(shù)據(jù)采集與分析，從而為生產(chǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)。智能化管理系統(tǒng)下的制造執(zhí)行系統(tǒng)則對生產(chǎn)訂單進行實時跟蹤，確保生產(chǎn)資源處于優(yōu)化配置狀態(tài)，保證混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效率和最終的資源利用率。

3.2" 智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)

基于智慧生產(chǎn)導(dǎo)向的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)，是在信息技術(shù)和自動化設(shè)備的一系列支持下，改變傳統(tǒng)的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)模式。通過數(shù)字化設(shè)計模擬、生產(chǎn)過程自動化監(jiān)控，配合遠程管理、產(chǎn)品追溯等達到高效生產(chǎn)、品質(zhì)生產(chǎn)的目的。

首先，基于智慧生產(chǎn)導(dǎo)向與混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)需要在先進的數(shù)字化設(shè)計和模擬技術(shù)支持下進行。設(shè)計主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇設(shè)計、施工工藝選取等，通過組合選用提高設(shè)計的精度和效率，減少設(shè)計錯誤，避免重復(fù)性的操作。

其次，智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件需要保證生產(chǎn)過程的自動化，同時需要相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備給予生產(chǎn)過程監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，確保生產(chǎn)流程規(guī)范安全。在這一環(huán)節(jié)，自動化設(shè)備與專業(yè)傳感器起了巨大作用［4］，其可以針對混凝土構(gòu)件生產(chǎn)的具體流程如原料配合過程、混凝土攪拌過程、混凝土澆筑過程、混凝土養(yǎng)護過程進行一體化與標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測。在整個監(jiān)測過程中，數(shù)據(jù)作為詳實參考，可保證生產(chǎn)的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化，增加產(chǎn)品性能穩(wěn)定性。工作人員可以基于一些異常的生產(chǎn)參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)流程中的問題，減少構(gòu)件生產(chǎn)缺陷。

最后，智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)還具有產(chǎn)品追溯的可能性。系統(tǒng)通過在各環(huán)節(jié)記錄與追蹤關(guān)鍵數(shù)據(jù)，能做到對混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)全生命周期的監(jiān)管，做到無死角的管控。這樣，管理人員可以及時排查質(zhì)量隱患，快速定位故障，及時糾正錯誤，確保產(chǎn)品對應(yīng)理想的合格率。在整個智慧生產(chǎn)過程中，遠程集中控制及監(jiān)控系統(tǒng)可以全域監(jiān)視生產(chǎn)線各部位、各環(huán)節(jié)，所有流程可通過“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”實時操控，管理人員則借助通過電腦“點一點”“看一看”，動態(tài)切換不同攝像頭畫面，從而一目了然地了解到平臺建設(shè)、生產(chǎn)運行情況和設(shè)備實時狀態(tài)，全面提升了生產(chǎn)質(zhì)量和效率［5］?；炷涟韬鲜琴|(zhì)量要求較高且操作較為復(fù)雜的階段，在智慧生產(chǎn)模式下，生產(chǎn)基地內(nèi)搭建混凝土拌合站，優(yōu)化混凝土運輸方式，設(shè)置90型單機混凝土拌合機，下料口設(shè)置魚雷罐與生產(chǎn)線自動布料系統(tǒng)連接，混凝土拌和完成后直接運輸?shù)缴a(chǎn)線，實現(xiàn)混凝土生產(chǎn)、運輸一體化。鋼筋籠和模具通過運輸臺車到達自動布料和振搗工位，自動布料機采取“行走式”布料方式，布料平穩(wěn)、均勻。振搗采用浮動設(shè)計，減震氣囊技術(shù)，代替人工插入式振搗，使混凝土振搗更加智能化。

4" 智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效益

4.1" 提高作業(yè)效率

混凝土預(yù)制構(gòu)件在專業(yè)的智慧化工廠環(huán)境下進行，對比傳統(tǒng)的混凝土現(xiàn)場澆筑模式，其實現(xiàn)了施工效率的大幅度提升。在混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地內(nèi)采取流水線作業(yè)模式，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、批量化生產(chǎn)。預(yù)制構(gòu)件可以與施工現(xiàn)場同時進行，這樣就減少了施工期間的等待時間。此外，智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)還可以通過優(yōu)化生產(chǎn)方案，加強設(shè)備管理，減少生產(chǎn)誤差，減少產(chǎn)品廢品率，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性與一致性［6］。參考某預(yù)制中心的生產(chǎn)案例，在推行智慧化生產(chǎn)模式后，其相較于傳統(tǒng)的生產(chǎn)線，同數(shù)量的混凝土預(yù)制件生產(chǎn)可節(jié)約10個多小時，上百個模具能夠同時運轉(zhuǎn)，一天可以完成3000多個混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)。

4.2" 提升構(gòu)件品質(zhì)

采取智慧生產(chǎn)模式進行混凝土預(yù)制構(gòu)件大批量生產(chǎn)，可以有效提升混凝土構(gòu)件的品質(zhì)。一般來說，質(zhì)量管控是整個構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最為重要的任務(wù)。采取智慧生產(chǎn)模式，機械化精準(zhǔn)作業(yè)代替了傳統(tǒng)的人工操作，能在很大程度上減少人工操作誤差。這樣原材料的配合比得到了最精準(zhǔn)的控制，使得混凝土無論是強度還是耐久性能優(yōu)勢更加突出?；炷令A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地內(nèi)作業(yè)環(huán)境比較穩(wěn)定，溫度、濕度相對可控。相較于露天環(huán)境的作業(yè)干擾來說，混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)受影響較小，施工質(zhì)量更有保障。此外，混凝土預(yù)制構(gòu)件整個生產(chǎn)過程中會有專門的質(zhì)量檢驗環(huán)節(jié)和產(chǎn)品性能測試環(huán)節(jié)，業(yè)可以為混凝土預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量提供保證。正是因為有了精準(zhǔn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)反饋支持，有了智慧管理系統(tǒng)對生產(chǎn)過程的全方面監(jiān)控，生產(chǎn)過程中的干擾因素可以被有效地避免，生產(chǎn)過程中的質(zhì)量缺陷得到科學(xué)規(guī)避，混凝土預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量更佳。

4.3" 保證生產(chǎn)安全

混凝土預(yù)制構(gòu)件采取智慧化生產(chǎn)模式，人為操作較少，整個操作安全性方面有了明顯提升。本身混凝土預(yù)制構(gòu)件所承受的荷載壓力較大，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的失誤就會引發(fā)較大的物質(zhì)損失，甚至危及到作業(yè)人員的人身安全，使得生產(chǎn)作業(yè)風(fēng)險無形加大。而采取智慧生產(chǎn)模式，混凝土預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)基地內(nèi)進行，作業(yè)人員可以在更為穩(wěn)定的環(huán)境中進行操作性的作業(yè)。

4.4" 突出節(jié)能環(huán)保

有效節(jié)約資源，保護當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境也是智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的效益體現(xiàn)。通過批量化生產(chǎn)能有效節(jié)約原材料，減少資源損耗，減少生產(chǎn)浪費。在生產(chǎn)基地內(nèi)，工作人員通過精準(zhǔn)計算原材料的使用量，就能避免不必要的浪費。而預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物和污染物也能得到及時有效的處理，特別是做到科學(xué)的回收利用，既能減少對環(huán)境的危害，又能有效節(jié)約資源，推動節(jié)約型社會的發(fā)展。因智慧生產(chǎn)導(dǎo)向下的混凝土預(yù)制構(gòu)件批量化生產(chǎn)屬于典型的機械化生產(chǎn)模式，其對于人工的需求量明顯減少，可以遏制居高不下的人工成本，做到成本的有效管控。此外，智慧生產(chǎn)也減少了現(xiàn)場施工的等待時間，減少了施工現(xiàn)場的復(fù)雜干擾，也能從一定程度上降低建筑項目的整體建設(shè)成本。因為預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)基地內(nèi)集中生產(chǎn)，現(xiàn)場施工的粉塵污染和噪音污染能得到有效控制，生產(chǎn)更具有環(huán)保優(yōu)勢。

5" 結(jié)語

建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展導(dǎo)向十分明確，采取智慧化生產(chǎn)模式，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)降膶I(yè)化建筑材料生產(chǎn)具有積極意義。預(yù)制混凝土構(gòu)件智慧化生產(chǎn)已經(jīng)初具規(guī)模，為建筑領(lǐng)域的多方面應(yīng)用提供有力支持，預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品質(zhì)量也更有保障。鑒于預(yù)制構(gòu)件智慧生產(chǎn)產(chǎn)生的紅利，不少建筑材料生產(chǎn)企業(yè)紛紛嘗試建筑材料生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，也出現(xiàn)了同質(zhì)化低價競爭的情況。企業(yè)預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量管理和售后服務(wù)方面業(yè)還存在一些不足，這些都是預(yù)制構(gòu)件建行業(yè)未來發(fā)展需要關(guān)注并解決的問題。

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