預制混凝土構件自動化流水線研究

倪雪峰（1.上海東華大學旭日工商管理學院，上海 200051；2.上海城建物資有限公司，上海 200063）

預制混凝土構件自動化流水線研究

Study on Automated Assembly Line for Pre-fabricated Concrete Components

倪雪峰1,2（1.上海東華大學旭日工商管理學院，上海 200051；2.上海城建物資有限公司，上海 200063）

介紹上海城建物資有限公司臨港可變式柔性自動化流水線的建設方案、流水線改造、生產工序以及輔助加工設備等技術。希望基于對引進流水線集成技術的研究，能夠為建立一條國有自主開發的自動化流水線提供技術支持。在未來通過進一步研發，完成BIM模塊技術，GIS定位系統、RFID芯片等信息化技術與流水線的結合，實現預制混凝土構件智能化制造。

預制混凝土構件；自動化流水線；智能化制造

1 概 述

隨著近幾年社會各界對裝配式建筑的高度重視和大力推行，使得預制混凝土構件市場規模迅速擴大，越來越多的企業進入裝配式建筑產業化的轉型，為迎合市場需求全國新建改建的新型預制混凝土構件流水線也紛紛建立起來，但由于現行的技術沒有進行標準化研究，很多自動化流水線面臨以下問題：(1) 工廠規劃不科學，直接采用“拿來主義”，在引進國內外流水線時沒有對實際場地和產品種類有一個清楚的認識，導致流水線產能無法完全發揮。(2) 自動化程度低，雖然很多預制構件工廠在引入流水線后提高了生產效率，減少了不良產品的出現頻率，但很多機械設備是以工作站點的形式存在，未能真正實現自動化流水線的生產方式。(3) 集團化信息管理技術應用少，現階段大部分的構件生產工廠停留在工廠化和局部機械化的階段，信息化技術使用匱乏，導致質量管理無法大規模管控。針對上述問題，上海城建物資有限公司臨港分公司引進一條適用于國內需求的來自芬蘭的自動化流水線，且根據場地規劃和國內產品需求對部分工位進行適應性研究和改造，本文主要介紹其建設方案、流水線改造、生產工序以及輔助加工設備等技術，并在未來通過進一步研發，完成 BIM 模塊技術，GIS 定位系統，RFID 芯片等信息化技術與流水線的結合，實現預制混凝土構件智能化制造。

2 臨港 PC 流水線建設方案

2.1 場地選擇

在確定廠址時，必須妥善處理下述關系：為了降低產品的運輸費用，廠址宜靠近主要用戶，縮小供應半徑；為了降低原料的運費，廠址又宜靠近原料產地；從降低產品加工費的目的出發，又以組織集中大型生產企業為宜，以便采用先進生產技術及降低附加費用，但這又必然使供應半徑擴大，產品運輸費用增加。正確處理這些關系，即可降低產品成本和工程造價。除此之外，預制混凝土構件生產工廠必須配置一個占地面積較大的堆場，主要由于工地堆放及施工進度等問題，導致預制混凝土構件產品在生產后一般會在工廠堆存20～30 d 后方可運輸至建筑工地使用，且大部分構件產品無法多層疊放，需要較大場地安置生產完成的預制構件。綜合各方面影響因素，本文介紹的上海城建物資有限公司臨港可變式柔性自動化流水線(下文簡稱臨港 PC 流水線)，處于上海臨港工業園區正博路、兩港西大道廠區內，屬于臨港產業園區奉賢開發區，與上海市居民聚集區有一定距離，周邊交通非常便利，靠近滬蘆高速公路進出口；且工廠北側靠近岸線河道，便于原材料的運輸，但工廠采用進駐產業園區的方式，土地性質為租賃，因此室外堆場僅有 4.7 萬 m2，無法建設更大堆場，為建成后的投產運行帶來一定的缺憾。

2.2 廠房整體布局

臨港 PC 流水線是引進芬蘭的流水線設備，整個廠房包括 2 個生產車間，每個車間跨度 48 m、長度 135 m，總面積約 13 000 m2。

由于場地屬于租賃性質，在原有廠房內直接建造芬蘭的相同流水線設備施工難度較大，因此在其基礎上根據場地實際情況進行了整體布局設置。

(1) 解決廠房地質受力問題，臨港工業園區地質屬于三角洲沖擊平原，河口砂嘴砂島地貌類型。在廠房建設初期，需要對整個廠區地坪進行靜壓樁施工，樁端入土深度25～30 m 為宜，并對單樁進行靜載荷測試，確定最佳入土深度和樁型。靜壓樁施工完成后對地坪第一次澆筑混凝土，混凝土厚度 30 cm，然后根據圖紙布置各工位預埋鐵，且以原點為基點，一次性校準水平高度，待混凝土養護完成后，進行第二次混凝土澆筑，兩次澆筑均采用標號 C30 強度混凝土。

(2) 解決混凝土拌站接入問題。由于預制混凝土構件是將預拌的混凝土澆筑至事先拼裝好的鋼模中成型的產品，所以要求混凝土拌站離流水線臺模距離盡可能縮短。根據現場廠區布置及廠房間隔距離，決定將混凝土攪拌樓設置在兩個間距 13 m 的廠房過道間，以便于對兩個廠房的流水線同時供應混凝土。

(3) 解決預制混凝土構件成型養護問題。進口流水線要求養護窯溫度達到 60～70℃，且通過加熱水循環方式保證窯內溫度，即意味著水溫需加熱到 92℃ 以上才能實現。目前國內品牌工業燃氣鍋爐都無法達到這一要求，需采用進口同類產品。我方經過多次篩選，決定選用一款美國產燃氣鍋爐，該產品經檢測加熱溫度可達到 96℃ 以上，滿足設計要求。

目前一期廠房施工完畢，主要設備包括一條進口 PC 生產流水線，混凝土攪拌樓，鋼筋加工機械組，起重設備，預制構件養護系統，混凝土中心試驗室，行政辦公樓等設施。建成后的 PC 流水線有 60 個尺寸為 3.5 m×8.5 m 的模臺，在同一塊模臺上可澆筑 2 件預制構件，日產量最大值為 2 500 m2/d；如果年工作日為 250 d，最大產量為 700 000 m2/年(二班)；整條線路的利用率約為 0.7，周期約為20 min，是目前上海市自動化程度最高，設備最先進的 PC生產流水線。

3 臨港PC流水線改造

臨港 PC 流水線在引進流水線的基礎上進行國內產品的適應性研究和改造，最終實現在快速有效的生產簡單產品的同時制造耗時而更復雜的產品，而不同產品的生產、工序之間互不影響。這一切為能夠同步靈活地進行生產不同產品提供了可能性，使更改生產的操作控制變得簡單。

(1) 增加中轉工位。在流水線工位布置上，充分考慮構件生產難易不同、工藝復雜程度不同以及質檢后修補等因素，設置了中轉工位，通過中央傳輸車可以從正常工位將模臺移至中轉工位，等完成作業后再移回流水線，確保了整條流水線的順暢運行。

(2) 靈活設置養護窯高度。在養護窯高度設置方面，充分考慮上海地區 PC 產品需求，既有高度小的隔層，用來養護小的 PC 產品，可以節省空間，又留有高度大的隔層給異型構件，避免了普通流水線異型構件不能進窯養護的狀況。

(3) 精準定位。在生產預制混凝土構件關鍵的拼模工位，采用先進的全自動繪圖儀，將產品輪廓繪制在模臺上，方便模具精準定位，從而確保了復雜預制構件產品的質量。

(4) 精準計量。在混凝土放料車上設置了計量裝置，可根據產品體積做到精準放料，從而控制質量，減少余料。

4 臨港 PC 流水線生產工序

臨港 PC 流水線工序布置圖見圖1。

圖1 臨港 PC 流水線工序布置圖

(1) 模臺清掃工序：由清掃機對上一次構件生產殘留在模臺上的混凝土殘渣和灰塵進行清潔，保證下一次構件生產的質量。

(2) 數控劃線工序：為了保證構件的尺寸質量，使用數控劃線機精確劃線，標記邊模安裝位置。

(3) 噴油工序：由噴油機對模臺均勻噴灑脫模劑以方便構件順利脫模，保證構件質量。

(4) 安裝模具、鋼筋、預埋件工序：此工序包括模具拼裝、鋼筋安放、各種預埋件的組裝等工作，以上幾項工作可不分先后順序。模具拼裝包括邊模、窗模、門模等的裝配。各種邊模的表面處理按圖紙要求做相應的處理，包括涂脫模油、水洗劑等工作。預埋件的組裝包括預埋預留孔洞、各種線管水管、各種開關電盒、各種起吊和支撐螺絲等。

(5) 混凝土第一次澆筑+振動工序：由布料機對拼裝完成的模臺進行混凝土澆筑。通過布料機的平面運動將混凝土均勻準確地澆注在模框內。混凝土澆筑完畢后，驅動震動電機作用于模臺，模臺下邊的振動臺開始工作，該種振搗方式可確保所生產構件的密實性，保證產品質量。

(6) 養護工序：使用養護系統，可使自動化流水線不分季節全天侯地進行生產，極大提高產能，預養護時間一般為6～8 個 h。

(7) 成品吊裝工序：養護好的成品，經翻身架起升一定高度后由起重設備吊裝至運輸車，之后運往室外成品倉庫堆放。

5 臨港 PC 流水線輔助加工設備

5.1 鋼筋網焊接成型機 GWC3300

臨港 PC 流水線用 GWC(Z)3300JZ 數控鋼筋網焊接成型機，是為 PC 工廠定制的專用智能鋼筋網焊接設備，與傳統數控鋼筋焊網機相比，其具有明顯優勢：(1) 縱筋及橫筋均采用盤條自動上料，不需要進行預先調直切斷，實現全自動生產。(2) 縱向鋼筋由一套調直機構將盤條鋼筋自動調直切斷成系統設置長度的鋼筋后，由送料機構自動輸送至縱筋穿絲機構，由穿絲機構自動將縱筋送入焊接主機，形成連續生產，不需要人工操作。(3) 橫向鋼筋由一套調直機構將盤條鋼筋自動調直切斷成系統設置長度的鋼筋后，自動進入落料機構，形成自動連續生產，不需要人工操作。(4) 可以自動化生產批量的網片，生產效率高，操作人員少，更換鋼筋直徑及規格等也非常方便，焊接完成后無余料。(5) 設備的總長度在 40 m 左右。

5.2 數控多功能鋼筋彎箍機 WG12F-1

WG12F-1 數控多功能鋼筋彎箍機，可將冷軋和熱軋盤條鋼筋進行矯直、切斷和彎曲操作，用來加工結構梁或柱用箍筋，由先進的工業計算機程序控制，可加工 500 多種不同形狀的箍筋，自動化程度高，操作方便，生產效率高，實現一機多用，且確保成型精度高。

6 結 語

隨著國家及地方政府對于建設過程中產生的環境污染造成惡劣影響的高度重視，以及各地大力推廣預制裝配式建筑的相關法律法規的出臺，在今后的基礎設施建設、住宅建設過程中，預制混凝土構件將被大量地運用，相應的智能化生產工廠也將拔地而起，生產體量不容忽視。本文所提到的臨港生產基地也是企業響應政府號召，尋求發展創新、轉型升級的一種嘗試。在今后的生產過程中，我們還將進一步研究和探索智能制造的精髓，將 BIM 模塊技術，GIS 定位系統，RFID 芯片植入等信息化技術運用到構件生產環節中去，保證預制混凝土構件全生命周期的質量跟蹤，最終實現預制混凝土構件智能化制造。

TU50

A

1674-814X(2017)01-0062-03

上海市經濟和信息化委員會“裝配式建筑標準化部件研發及應用產業化”編號：X CZXSJ-01-2016-03、上海市科學技術委員會“基于建筑標準化的預制構件工業化高效生產關鍵技術研究”編號：15DZ1203504

2016-09-11

倪雪峰，男，工程師，現供職于上海城建物資有限公司。作者通信地址：上海市曹楊路1040號中友大廈16樓，郵編：200063。