預制構件廠廠區規劃及生產線工藝布局建設

方愛斌

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

近幾年國內住宅產業化發展較快，而全國預制構件廠配套不足，未來幾年各地的建筑預制構件廠數量將呈現幾何級數量增長[1-3]。另外，從全國各地產業化熱度以及PC工廠分布來看，目前全國PC工廠已達到百余家，主要分布在上海、北京、山東、遼寧、湖北、河北、安徽。

目前預制構件種類多、型號多，且分類復雜，而生產線基本以固定模臺生產線和移動式模臺生產線為主。傳統固定模臺生產線適應性強，可生產多種類型預制構件；而移動式自動化生產線受生產設備限制，生產構件形式單一，但生產效率不低于傳統固定模臺生產線，且作業環境好、污染少。

1 廠區規劃

1.1 設計原則

1）總體設計為在滿足先進生產工藝流程和最佳物流路線的前提下，充分利用現有廠房及設備，結合場地特點，做到功能分區明晰、總體布局合理、生產管理方便，并符合國家和當地政府有關城市規劃、環境保護、安全衛生、消防、節能、綠化等方面的規范和要求。

2）總平面布置做到布局合理、物流線路暢通、經濟，盡量減少物流輸送交叉作業。以生產集中專業化、資源共享最大化、公共服務統一化、營銷集約化、組織管理扁平化為目標，強調合理、實用。

3）強調“以人為本”、注重環境設計，創造一個舒適宜人的生產、生活空間，并使廠區建筑與周圍環境融合協調，展示現代化企業形象和企業的文化理念，創建最佳的企業形象和廠區環境。

總體來說，PC工廠的設計始終以經濟性、安全性、可靠性為原則。

1.2 廠區總體概況

該預制構件廠區占地面積約為113 333 m2，鄰近公路與河流，原材料和構件成品運輸方便。此基地廠區為舊廠房，因該廠區原主要生產管樁構件，故水、電、氣的供應可以滿足PC工廠的相關需求。現有一四跨車間廠房，分別為9 m×118 m、21 m×120 m、21 m×189 m、24 m×189 m；一鋼筋加工車間面積為2 736 m2（18 m×152 m）。廠區已經擁有相關的辦公實驗樓、餐飲宿舍樓、鍋爐房、攪拌站、構件堆場、原料堆場等配套設施（圖1）。

圖1 廠區平面示意

1.3 初步規劃

廠區初步規劃分兩期進行：一期設計年產能40 000 m3，二期設計年產能30 000 m3，兩期建成后設計產能達到年產70 000 m3。項目一期設計按照PC構件年產能40 000 m3進行規劃，生產車間建筑面積9 792 m2，布置1條標準多功能生產線、1個固定模臺生產車間、1個鋼筋加工車間。二期根據公司未來產能需求決定增加1條標準生產線，二期建成后，一期多功能PC生產線將調整為外墻板專用生產線，設計產能可以進一步提升。一期標準多功能生產線車間即自動流水線生產線車間，主要生產外墻板、內墻板、疊合樓板等板類構件（構件厚度≤450 mm）；固定模臺生產車間，主要生產樓梯、陽臺、空調板、梁柱等異形構件；鋼筋加工車間主要用于鋼筋網片成品的加工，主要包括鋼筋的剪切、彎曲、捆扎等工序（圖2）。

圖2 生產車間平面示意

1.4 生產線建設

一期標準多功能生產線車間即自動流水線生產線車間，原為預制管樁生產車間，主要生產管樁，車間總面積4 536 m2，長度189 m，寬度24 m，原車間水、電、氣管路無需整改，且供應正常，均可用于預制構件生產，改造集中于地面改造、軌道的鋪設安裝、模臺的架設、生產裝備的安裝、模臺蒸養管路的安裝、車間內外立面的裝飾裝修等。

2 生產線工藝布局

預制構件生產的核心關鍵是生產線的工藝形式和工藝流程，必須根據構件形式進行單獨的設計。采用不同的工藝形式，在工廠投資、生產效率、成本攤銷方面的差異很大。該廠區規劃主要有2種構件生產線形式。

2.1 固定模臺生產線

2.1.1 車間概況

固定模臺車間跨度21 m，長度120 m，廠房起吊高度為9 m，共設模臺28個，其中，3.5 m×8.0 m模臺22個，3.5 m×12.0 m模臺6個。固定模臺生產車間用于生產不適應自動流水線的異形構件及超大板類構件，并采用地臺模和固定式變頻振動臺模結合的方式進行生產，設計年產能為20 000 m3。該車間的布料主要采用提吊式布料機進行布料，因混凝土輸送小車經過此車間，所以提吊式布料機可以直接放置在輸送小車軌道下處進行接料，操作方便。在車間左側預留一個16 m×18 m的構件修補區，用于異形構件的修補，完成后直接通過行車將構件成品運輸至車間左側的構件堆場（圖3）。

圖3 固定模臺生產車間

鋼筋加工車間跨度9 m，長度118 m，可以布置棒材定尺剪切線、調直切斷機、彎曲機、BG18彎曲機等，具體可以根據實際需要進行鋼筋設備的采購，在車間左側設置了鋼筋半成品堆放區，并通過左側橫移車將鋼筋半成品轉運至鋼筋綁扎區進行綁扎。當此鋼筋加工車間不能滿足產能需求時，在區域西北處還有一鋼筋鋼模車間可以用于鋼筋加工，此車間跨度18 m，長度150 m，加工好的鋼筋網片需要二次轉運至構件生產車間（圖4）。

圖4 鋼筋加工車間

2.1.2 生產工藝流程

該生產車間采用傳統固定模臺生產線，生產工序繁多，構件生產流程為：模臺清理→模具拼裝→鋼筋綁扎→預埋件及門窗框的安裝→隱蔽工程驗收→混凝土的澆筑振搗→構件的養護→脫模起吊→構件標識及養護。

2.1.3 優缺點分析

目前國內構件形式多樣化、尺寸不統一，固定模臺生產方式適應性強，可避開流水線工藝節拍的束縛，生產各種不同類型的構件，對構件高度尺寸要求低。但也存在著不足，如勞動強度高、作業環境差、不安全因素多等。

2.1.4 產能分析

1）陽臺構件采用固定模具生產，車間內可布置12個陽臺構件生產臺座，日產量24塊，年產量最大逾7 200塊。

2）樓梯構件采用固定模具生產，車間內布置16個樓梯構件生產臺座，日產量32塊，年產量最大逾9 600塊。

3）梁PC構件采用固定模具生產，車間內布置30個梁構件生產臺座，日產量60塊，年產量最大逾18 000塊。

4）空調板（懸挑板）采用固定模具生產，車間內布置24個空調板（懸挑板）構件生產臺座，日產量48塊，年產量最大逾14 400塊[4]。

2.2 自動化生產線

2.2.1 車間概況

PC自動化流水線生產車間跨度24 m，長度189 m，廠房起吊高度9 m，生產線總長175 m，共設置30個工位，用于生產厚度在450 mm以內的板類構件，設計年產能80 000 m3。采用自動混凝土輸送系統自廠房中部外側混凝土攪拌站接料后，沿架空軌道輸送至布料工位送料。車間兩側為開放式，可用于運輸材料車輛出入，車間一端設置了料罐沖洗區域，另一端用于將成品構件起吊運往構件堆場，車間中部預留部分區域堆放鋼材、埋件等材料，車間中部鋪設平移小車軌道，用于構件堆放運輸，標識完成后直接運至構件堆場。待二期流水線車間建成后，車間主要用于生產疊合板、內墻板、外墻板等，進一步提高了生產效率（圖5、圖6）。

圖5 PC流水線生產車間

圖6 車間主要裝備平面示意

2.2.2 生產工藝流程

該生產線采用先進的數據導入系統，根據設計單位提供的構件拆分圖紙對構件的預埋件及平面圖進行轉換，形成生產系統可自動識別的圖紙并導入生產系統。數據識別成功后，即可采用常規傳統固定模臺生產流程結合生產線裝備進行預制構件的自動化生產。

2.2.3 優缺點分析

該生產線布局靈活，適應性強，可按產能需求逐條投入（前期投入后可以滿足生產，后期投入以模臺為主，相關設備可以共用）；方案簡潔，生產柔性，對工人要求低（工人工作生產方式變動小），僅借助自動化的工具和設備以保證構件生產的質量和效率；投資精簡，舍去養護室，采用自然養護，適合中國個性化墻體的生產需求；集成MES控制軟件，使設備和BIM數據間可無縫銜接，并可融入到公司、集團ERP。同樣該生產線也存在缺點，由于相關生產設備的局限性，構件尺寸受到限制，故該生產線不適于生產高度大于450 mm的構件。

2.2.4 產能分析

構件生產線運行節拍按照15 min設計，每天可安排2班生產，每班10 h。根據生產組織和循環模具的數量，生產線的機械設計可滿足連續2班生產要求，按每年300天工作日計算（表1）[5-6]。

表1 產能分析

3 結語

隨著建筑工業化水平的提高和建筑科學技術的發展，各種建筑體系和模式百花爭鳴，構件廠必須朝著節能、環保、綠色的模式發展，一方面通過改進舊的生產模式，加強管理，減少環境污染，提高生產效率；另一方面通過改進生產設備，提高設備的適應性，減少設備的投資成本。