頂置式混凝土攪拌站的設計與應用

曹傳剛

（中鐵二十二局集團有限公司 北京 100043）

1 引言

隨著國家基礎建設進程的加快，工程建設用地日趨緊張，環水保要求也日趨嚴格［1］。當前一段時間把基礎建設作為拉動經濟的主要手段，混凝土攪拌站作為基礎建設的重要組成要素融入經濟發展的主旋律、主方向，也將是其發展的必然趨勢，攪拌站的設計和使用理念也應與時俱進。

因此，混凝土攪拌站在設計中充分考慮施工工況的特殊性，加大提升生產功效的同時，也應考慮減少建站占地面積、降低裝機功率。

混凝土攪拌站建設選址通常會考慮運輸費用的經濟問題、保證混凝土質量問題、減少臨時征地占地費用問題、水資源使用問題［2］，一般選在靠近混凝土用量比較集中的場地進行建設。

著重從以下幾個方面進行設計：

（1）減少建設混凝土攪拌站占地面積。

（2）提高水的循環再利用率。

（3）有效降低裝機總功率。

（4）加強除塵設施的設計應用。

（5）混凝土攪拌站的外形要與企業文化相融合。

為此，結合以上要求，設計一款新的頂置式混凝土攪拌站（見圖1）以滿足施工生產需求，特別是有限空間的建設需求。

圖1 頂置式混凝土攪拌站

2 頂置式混凝土攪拌站設計

2.1 主體基礎結構

頂置式混凝土攪拌站主體基礎為兩層混凝土結構（見圖2中4）。這種設計在保持成本沒有變化的前提下，既提高了承重能力，同時又增加了設備本身的穩定性，為提高動態稱的計量精度提供堅實的基礎。

圖2 頂置式混凝土攪拌站配置示意

設計時將頂置式混凝土攪拌站主機底盤以下兩層設計成混凝土框架結構，混凝土主框架起支撐和承重攪拌站主體零部件的重量的作用［3］，對混凝土框架間形成的空間進行功能分割，分作控制室、休息室、洗手間、維修間、空壓機房、水箱及添加劑箱放置間等不同用途的功能間。

在兩層不同的功能間中可以考慮按照以下方案來安排，也可以根據管理者的需要和習慣來另行設置。

（1）在混凝土結構二層可設置控制室、空壓機室、休息室、洗手間等不同功能的區域。

控制室設在二層在高度上方便了攪拌站司機觀察裝載車輛的進出情況，便于攪拌站司機和車輛司機的單據傳送；空壓機室設置在這一層，縮短了泵站和氣動執行元器件間的距離，減少了壓縮空氣的壓力損失，提高了壓縮空氣的有效利用率；在二層設立休息室，方便攪拌站司機在夜班時或等待任務時就近休息，以保持最好的工作狀態；在二層設置一衛生間方便攪拌站司機，節約非工作時間。

（2）在混凝土結構一層可設置維修室、工具室、中轉水箱室、添加劑罐室、衛生間等。

工具室設在一層，方便儲存和保管維修工具和設備，如電焊機、氣割設備、維修配件、常規維修工具等，既方便管理，又減少了備品、備件的損壞和丟失；中轉水箱室、添加劑罐室設在一層，既起到保溫、防水等防護作用，同時又方便添加劑的配送；為方便維修工人和車輛司機的日常生活，一般建議在一層也設置衛生間［4］。

2.2 粉料倉置頂結構

傳統的混凝土攪拌站（見圖3）在設備設計時將所有粉料倉全部旁置于攪拌站主樓的側面，呈扇形狀布局，粉料通過螺旋輸送機輸送至攪拌站主機。

圖3 傳統混凝土攪拌站結構布局

傳統配置方式存在3個缺點：（1）整個攪拌站占地面積較大，土地使用成本加大；（2）配置的螺旋輸送機較長，加大了電機功率，造成了使用成本的增加；（3）螺旋輸送機擺角大，有功功率降低。

為徹底解決傳統混凝土攪拌站存在的設計和使用缺陷，最大限度地節約建站土地占用，實現節能環保的生產，設計時將傳統混凝土攪拌站中旁置的粉料倉全部上移至混凝土攪拌站主樓結構頂部（見圖2中1）。

頂置式混凝土攪拌站的設計方式成功解決了傳統混凝土攪拌站存在的設計缺陷，可實現節約占地面積約250 m2，節約土地用量21%左右。

混凝土站因受混凝土初凝時間、運輸成本的限制，一般多建在混凝土使用比較集中的附近場地，在構成建設攪拌站的成本中土地成本占據相當大一部分。為此，將粉料倉設計在攪拌站的頂部，大大減少了攪拌站的占地面積，同時降低了建設混凝土攪拌站的土地使用成本［5］。

過去幾年，許多施工現場進購的砂石料中含有大量的泥沙塵，在采用垂直輸送時會有大量的泥沙粘在皮帶或鏈斗上無法自行清理，限制了設備的使用，降低了生產功效。

隨著國家對于工程質量、工程安全、環保要求的不斷提高，混凝土攪拌站越來越多地采用經過選粉、水洗、烘干的精品骨料［6］，為供料垂直輸送提供了可能。骨料輸送設備采用垂直輸送皮帶機（見圖4）或大方量提升斗（見圖5）可減少整站的占地面積二分之一左右［7］，將會更大限度地節約土地資源。

圖4 垂直輸送皮帶機

圖5 斗式提升機

2.3 降低總裝機容量，節約使用成本

頂置式混凝土攪拌站的粉料通過螺旋輸送機方式進行輸送。由于粉料倉設置在計量單元的上方（見圖2中2），不但縮短了從粉料倉到對應計量稱的距離，同時也改善了粉料輸送的角度，粉料輸送可以實現小角度或者水平螺旋輸送。

頂置式混凝土攪拌站大大縮短螺旋輸送機的長度，同時降低輸送裝機功率。一般工地的混凝土攪拌站需要配置6個粉料倉，同步配置6條輸送機，每一條螺旋輸送機功率為22 kW，采用頂置式設計的單臺功率不足10 kW，螺旋輸送機裝機總功率降低72 kW。采用低功耗電器系統，在能源緊張，全球倡導低碳經濟的形勢下，每年可為企業節約消耗電力費用相當可觀［8］。

2.4 控制系統設計

頂置式混凝土攪拌站的控制系統（見圖6）采用最新研發的BSMIS軟件系統。充分利用成熟的信息和網絡技術，整合現有的生產控制系統，根據國家相關標準和規定，開發的企業級應用平臺。具有以下優點：

圖6 控制系統操作面板

（1）通過BSMIS系統，可以對銷售、原材料、實驗室、生產經營、車隊、倉庫配件、人力資源和財務等各個業務環節進行全面管理。

（2）可以監控和調度本企業在移動通信網絡覆蓋范圍內的罐車和泵車，實現生產任務的智能調度，實現多生產機組的聯合生產與實時監控。

（3）通過BSMIS系統，實現企業信息化，規范企業管理，優化資源組合，降低能源消耗，提高產品質量和企業運營效率［9］。

2.5 外觀設計

攪拌站外觀設計既要體現設計風格，又要展現施工單位的企業文化，隨著施工企業品牌意識的強化和施工文明工地標準化的要求，不僅僅要求攪拌站高效使用、技術先進、安全可靠、配置合理，往往在外觀設計上要求越來越高，高大上的設計要求與日俱增，設計者就要不斷向施工單位高品質外觀產品需求上實現轉變［10］。工地上場初期，業主單位通常把攪拌站建設和使用情況作為考核目標，誰建得快、建得漂亮，誰就是標桿、就是主色調，因此對于攪拌站外封設計要有獨特的風格。頂置式混凝土攪拌站在外封設計上引用了更多建筑設計理念，從而使攪拌站更好地滿足施工企業文化和文明施工標準化要求，與周邊的環境或一個城市的主旋律相同或相近，增加了整體的和諧和美感（見圖7）。

圖7 頂置式混凝土攪拌站應用外觀

2.6 結構設計要求

頂置式混凝土攪拌站的粉料倉頂置在混凝土攪拌站主結構上部，這樣包括粉料倉本體的重量、倉體內承載的物料在內約有1 000 t多的重量，全部由主結構來支撐，主結構設計需要滿足更高更專業的要求。

（1）框架結構的受力計算及設計。粉料倉頂置配置，加大了主機框架、基礎混凝土結構的載荷，應采取框架建模，檢算各點受力，并充分計算抗偏承重、抗傾覆、立柱受壓失穩等?，F場施工可能出現部分滿載部分空載，對角負載不對等的情況，針對不同工況的受力情況進行比對分析和檢算。

（2）整站風載荷的計算。粉料倉頂置增加了整機高度，同時增加整機的風載荷，計算整站的風載荷時要充分考慮使用地的50～100年監測頻率的氣象資料。

（3）檢算散裝水泥車輸送效率。粉料倉頂置，增加了散裝水泥輸送車輸送高度，輸送功效受到影響。充分考慮輸送車的輸出條件，盡量將輸送高度控制在合理范圍內，以輸送最大高程進行檢算，因現場特殊情況不能滿足可以考慮增加負壓供料裝置；為滿足國家和地方的環保要求，必要時可增設倉頂負壓主動除塵裝置。

（4）垂直輸送皮帶機或提升斗的設計。國內攪拌站垂直皮帶機的設計應用還很少，可參考的資料比較少，其功率計算沒有什么難度，只是機構設計的經驗不足，實際上也沒有太大的問題；對大方量提升斗功率和結構上國內也有現成的經驗，運用變頻提升很好地設置提升前后及過程中的頻率轉換［11］。

2.7 安裝要求

頂置式混凝土攪拌站的結構特殊，在安裝上也有很大的不同。

（1）設計中幾點安裝問題考慮。首先，頂置式混凝土攪拌站結構較大，又與混凝土結構相結合，不可能做成模塊化，主框架間采用連扳連接，先螺栓固定后焊接，連板均預留焊接焊縫，焊縫盡可能的是橫焊縫，避免仰焊。其次，設計風格采用總體框架上鋪放平臺的方法，平臺設計成制作運輸方便的尺寸。再次，水泥倉上置后無法將攪拌主機拆卸，設計站自吊裝設備和通道便于以后的維修維護。

（2）安裝順序。頂置式混凝土攪拌站安裝時先將攪拌主機安裝到混凝土結構上，在安裝主體框架時，先連接內部立柱，安裝稱量裝置后，再連接外圍框架，先裝下部平臺，再安上部平臺，上部水泥倉支撐用簡易胎具定位，最后安裝水泥倉，并且盡量安排在一天內完成所有倉的安裝。

（3）安裝安全問題。頂置式混凝土攪拌站吊裝應制定專項方案，嚴格按照專項方案進行安裝作業，配備指揮人員和專職安全員，從業人員經培訓合格，持證上崗，安裝人員佩戴安全帽、安全帶，安裝后用螺栓固定，并初步焊接，防止出現由于臺風等意外天氣導致不可預期的安全事故。

3 結論

當前中國經濟轉型升級步伐加快，科學技術水平不斷提高，遵循綠色、環保、智能、安全、節能、節地、高效的原則設計的頂置式混凝土攪拌站，適應了時代發展需求，具有智能化、人性化、節能化、效益化等特征，節約了生產成本，提高了生產效率，保護了生態環境，技術更成熟、性能更可靠。隨著國家基礎建設進程的加快和習近平主席提出的“綠水青山就是金山銀山”的兩山理論深入踐行，頂置式混凝土攪拌站應用前景將會更加廣闊［12］。