裝配式建筑PC構件生產線工藝優化研究

陳金濤/CHEN Jin-tao

(青島光大集團大型構件有限公司，山東 青島 266400)

裝配式建筑是建筑業發展的重要方向，通過預制構件在施工現場的拼裝，把施工現場大量高強度的作業移向現代化廠房，借助自動化流水線和智能裝備進行現代化的生產，改善工人作業環境，減輕勞動強度，提高構件生產精度，縮短施工周期，降低施工噪音，減少濕作業建筑垃圾，大大提升綠色施工水平。

作為裝配式建筑產業中重要的一環，預制構件生產線的規劃和建設尤其重要。目前，國內已建成投產構件工廠1000多家，隨著預制構件生產工藝技術的快速發展，以及裝配式構件需求日益旺盛，既有生產線的規劃和生產設備一定程度上制約了生產效率，存在一定的改進和提升空間。

1 目前生產線存在的問題和不足

本文以青島某構件廠為例進行分析，該工廠為四跨車間，其中兩條自動化生產線，一條鋼筋加工生產線和一條固定模臺生產線，兩條自動化生產線均為綜合生產線，可同時滿足疊合樓板、夾心保溫外墻和內墻板等多種平板類構件的生產制作。生產線規劃方案如圖1 所示。

但實際生產經驗表明，各類平板類預制構件生產工藝和生產節拍差別較大。夾心保溫外墻板是一種中間為XPS保溫板兩側為混凝土結構的復合墻板，需要二次布料、構件厚、生產工藝復雜、養護時間長、生產節拍慢。疊合樓板生產工藝相對比較簡單，構件薄，養護時間短，生產節拍快。如使用綜合生產線兼顧各類構件的生產制作，勢必影響流水線的流暢性和生產效率，同時造成部分生產設備的冗余和浪費。

由于疊合板和墻板等預制構件使用廣泛，市場需求量大，建議將兩條綜合生產線分別更改為疊合板專用生產線和墻板專用流水線，其余類型構件多為異型構件，可在固定模臺區生產制作，從而提高產能、節省廠房空間和減少設備投入。

2 疊合板生產線優化

圖1 PC構件生產線規劃方案

原綜合生產線共37 個工位，養護窯倉位39個，構件養護時間為8h，則根據養護窯倉位計算流水線節拍為12.3min，養護窯結構和綜合生產線方案見圖2和圖3所示。目前疊合板生產工序中組模、布筋、預埋和布料工位工作量大，作業人員密集，存在工作瓶頸，同時養護窯倉位和堆垛機工作效率制約生產線節拍，故疊合板生產線優化思路如下。

1）因疊合板構件只需靜停即可拉毛，不需要高溫預養護，故將預養護窯取消，疊合板構件不需要趕平工位，也將其取消，降低設備投入。

2）疊合板構件不需要保溫板鋪設和二次預埋，將其取消，減短生產線長度。

3）為解決組模、布筋、布料工位瓶頸，增加一條模臺流轉，由原來的3條變為4條模臺并行，用于組模、布筋和預埋。

4）兩個布料工位同時進行布料，提高布料效率。

5）目前每層養護窯層高為1000mm，因疊合板厚度薄，可將養護窯單層倉位高度降低，模臺與疊合板總高度為450mm以內，考慮到流轉輪的尺寸，將養護窯層高降低至600mm即可滿足疊合板生產需要，在養護窯總高度保持不變、保證行車可以通過的前提下，可將養護窯下沉2層，養護窯層數可由原來的7層增加為14層。

圖2 原方案養護窯

圖3 原綜合生產線

圖4 優化后的疊合板專用生產線

6）根據設備廠家所提供參數，抓模式堆垛機相比托舉式堆垛機工作效率可提高1倍以上，故將原方案中托舉式堆垛機更改為抓模式堆垛機。

7）原方案拆模工位在生產疊合板時較為富裕，在此基礎上增加2個工位即可實現拆模效率翻倍。優化后的生產線方案及養護窯結構見圖4～圖6。

圖5 優化后的疊合板生產線養護窯

圖6 優化后養護窯實物圖

通過上述優化，養護窯有效倉位由原來的39個增加為81個；組模、布筋和預埋工位由原來的5個增加到10個；原綜合生產線生產疊合板時布料工位只用到1臺，現2臺同時使用；堆垛機更改為抓模式后效率將提升一倍以上；通過對以上工位和設備的優化調整，生產節拍可由原來的12.3min縮短至6.2min，同時生產線長度由179.6m減少為139.3m，縮短40.3m，有效節省車間面積。

3 墻板生產線優化

墻板分為三明治夾心外墻和內墻板，青島地區三明治夾心外墻較多，內墻板很少，所以墻板生產線將以生產三明治夾心外墻為主，兼顧內墻板生產。墻板生產工藝復雜，節拍慢，需要至少3次抹光收面，且間隔時間長，總時間至少2h，墻板生產線設計的生產節拍為15min，則抹光工序至少需要8個工位，原方案只有2個工位，嚴重不足；原工藝規劃方案為使用預養護窯養護后進行收面，但混凝土狀態很難控制；此外，養護窯倉位和堆垛機效率也制約生產線節拍，故墻板生產線優化思路如下。

1）因墻板厚度大，養護窯層高1000mm保持不變，在保持總高度不變的前提下，通過養護窯下沉的方式增加養護窯層數。

2）原方案預養護窯作用是加快構件初凝，故只有加熱功能，沒有加濕功能，可以對預養護窯增加加濕功能，改進后，6個預養護窯工位可作為養護窯使用。

3）墻板生產線如增加抹光工位將增加廠房長度，投入較大。現考慮將預養護窯高度由原來的1.4m增加至2m，人員可以進入預養護窯進行抹面處理，增加抹面工位。

4）夾心保溫外墻中的內葉板鋼筋不便綁扎，影響生產節拍，為加快鋼筋綁扎，可在預養護窯上制作鋼構平臺，充分利用生產線的上部空間，將內葉板模具和鋼筋提前在鋼構平臺上綁扎。優化后的養護窯及墻板生產線見圖7～圖9。

圖7 優化后的墻板生產線養護窯

圖8 優化后的墻板生產線

圖9 優化后預養護頂部鋼構平臺

通過上述優化，養護窯由原來的39個有效倉位（共42個倉位，其中3個為通道）增加為53個有效倉位；在預養護窯上部的鋼構平臺上提前進行布模和鋼筋綁扎效率可提高一倍以上；抹光工位由原來的2個工位增加為8工位，通過對以上工位和設備的優化調整，根據實際生產經驗，生產節拍可由原來的15min縮短至11min左右，生產效率提高26.6﹪。

4 數字化工廠

原工廠規劃方案中缺少數字化和智能化技術的應用，經過優化，工廠最終使用了ERP智能化管理系統、PMS生產自動化運行系統、MES生產執行系統和二維碼技術。

企業智能管理體系ERP覆蓋所有生產環節，貫穿構件的全生命周期，實現工廠設備監控、數據采集、事件預警、視頻監控、智能聯動，業務數據自動統計，全方位分析工廠運營指標，為成本核算提供數據支撐，通過綜合看板等方式直觀呈現，管理層可實時掌握工廠動態。

PMS生產自動化運行系統通過中央控制系統對攪拌站等設備進行遠程控制，實現數據采集、一體化監控、模臺自動跟蹤、自動下單、設備聯動控制以及設備健康狀態在線管理。

制造執行系統MES系統與BIM技術進行了對接，深化設計的圖紙和物料信息可無縫導入MES系統，進行智能排產，并通過組模智能化提高模臺利用率。

構件堆場基于物聯網技術，實現構件二維碼+RFID跟蹤，快速定位構件，掃碼發貨，提高發貨效率和準確率。

5 結語

本文結合實際生產經驗，對平板類構件生產工藝進行對比分析，將生產工藝和節拍差異較大的疊合板和墻板分別設計成專用生產線，取消綜合生產線的規劃方案，將墻板生產效率提高26.6﹪，疊合板生產效率提升100﹪，同時將生產線長度減少40.3m，提高了構件生產效率，有效節約了廠房面積；通過對生產線養護窯、預養護窯和堆垛機等設備進行優化升級，使預制構件的生產效率得到提高；文中構件廠優化后采用了智能化和數字化技術，使企業內部的運營效率得到了整體提升，建議新建工廠提前考慮智能化和數字化技術的應用，并提前預留系統接口。

本文可對新建裝配式建筑生產線和已建成生產線的升級改造提供參考依據。