高速公路智能化鋼筋加工廠建設研究

李 闖

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000）

1 鋼筋場施工概述

鋼筋的機械制造時間定額如表l所示。

表1 鋼筋機械制作時間定額 單位：h

2 智能化鋼筋集中加工方法解析

智能化集中鋼筋加工模式集信息、標準和專業于一體。該系統利用BIM鋼筋翻模軟件，將建筑結構設計圖紙制作成鋼筋模型，導出構件鋼筋料表。

操作人員將正確的鋼筋料表數據輸入數控設備中進行整理、剪切、彎流加工，在流水線的尾部生成半成品鋼筋，根據料表對應的構件進行包裝、標牌、入庫，根據現場進度集中配送施工現場。

2.1 輕量化鋼筋模型建立

（1）依據結構設計圖紙建立BIM信息化模型，在鋼筋建模過程中設置鋼筋布置規則，將二維圖紙模型構造為輕量化鋼筋模型，包括結構構件鋼筋型號、尺寸、連接方式等，通過模型可獲得各建筑構件單根鋼筋的信息。

（2）根據鋼筋模型初步生成料單，按照鋼筋型號和加工順序以及安裝區域自動進行分類匯總。利用相關軟件自動改良配料、優化工位分配，在切割鋼筋過程中，注意按照長短進行科學搭配，達到自動套料的目的，降低費料量。

（3）確保每個工位鋼筋的各料單在加工和分揀前生成。

始于1978年的改革開放，激活了個體戶和私營經濟等經濟形態，對國有經濟造成了極大沖擊，農村改革全面推開，大張旗鼓搞家庭聯產承包責任制，城市里出現個體戶承包飯店開小商店等現象，但由于改革時機不成熟，國企基本上是一片凍土。

（4）導出的料單經相關負責人檢查合格準備無誤后傳送到生產線。

2.2 生產線

在鋼筋加工設備上采用智能化和信息化的設備系統，形成全自動的鋼筋加工設備，根據鋼筋半成品的加工要求，對設備進行整合、組裝，共同構成鋼筋加工生產流水線，達到信息化代人、機械化減人的目的。

前者主要由數控棒材剪切線和鋸切套絲線組成，常在樁、柱、梁等大直徑受力鋼筋的剪切套絲中使用。后者主要由數控鋼筋彎曲機和數控彎箍機組成，常在板筋、箍筋、彎鉤筋、馬凳筋等小直徑鋼筋的彎曲成型中使用。流水線根據現場施工進度及需要進行人員的合理調整，在鋼筋供用量較大的季節，實行操作人員三班倒。二條生產線分別配有l臺數控彎箍機、2臺數控剪切機、1臺數控剪切線，日生產能力20～50 t/d，工作人員13人。

3 具體應用

3.1 工程概況

欒川至盧氏高速公路主體工程，標段主線長12.003 km，包括樞紐互通立交2處，主線路基長度1 359.54 m，6座主線橋梁、8座匝道橋梁，涵洞通道共14道，2座主線隧道。主要加工鋼筋、型鋼種類有樁基鋼筋籠、墩柱鋼筋、承臺鋼筋、系梁及蓋梁鋼筋、預制梁鋼筋、涵洞鋼筋、隧道二襯鋼筋以及隧道初支鋼拱架等，加工總量44 079 t，存在加工種類多、型號復雜、精度要求高等特點。

3.2 現場實施

開工前，技術部人員對鋼筋加工廠進行統一規劃，按照加工任務量對鋼筋加工廠進行功能區劃分，將鋼筋加工廠劃分為鋼筋籠加工區、箍筋加工區、鋼筋彎曲區、隧道拱架加工區等，所有的功能區的生產線均按照原材料區、傳送平臺、加工區和半成品存放區以及成品制作區的順序布設。

根據功能區劃分情況，通過配置智能化數控設備，實現鋼筋加工的智能化、標準化。

（1）智能數控加工設備的選用。

①全自動拱架彎曲機、等離子數控切割機和聯合剪沖機、拱架焊接機器人以及鋼筋網片排焊機是隧道型材加工區的主要構成器械。

②數控鋸切套絲流水線、半自動鋼筋籠滾焊機是橋梁鋼筋籠加工區的核心組成設備。

③數控調直切斷彎曲一體設備、智能5頭彎曲中心和立式智能鋼筋機器人共同構成橋梁上部構造鋼筋制作區。

為了使以上的智能設備在合理組合后發揮最佳效益，實現鋼筋制造由機械化到智能化的跨越，相關人員根據長期的實踐經驗，通過與廠家合作的方式，對其進行部分研發和改進，提高施工智能化程度。

（2）感應裝置的運用。

在鋼筋籠滾焊機上安裝感應裝置，若滾焊機正常運轉，放線器和滾焊機同步作業；若鋼筋系統發生異常，放線器會被拉緊發生傾覆。全自動滾焊機放線器防傾倒感應裝置的出現改善該情況。

該設備由自動斷電保護器、槽鋼、滑輪、彈簧和斷電感應器以及電線共同構成。若放線器發生拉緊，滑桿向前挪動，滾焊機自身較大的拉力使拉桿帶動彈簧發生收縮。持續收縮到一定距離時，滑桿與斷電感應器發生接觸，斷電感應器由線路傳導至滾焊機的主電源，使其斷電。放線器不會被拉至變形或直接被拉倒，滾焊機可正常作業，避免施工進度受到影響，實現安全與質量的雙向控制。

（3）BIM技術應用。

利用BIM技術、云計算和移動互聯網技術與智能化鋼筋加工設備進行無縫對接，解決工程精準算量、精細翻樣、優化下料、工廠生產、數據對接、信息管理等問題，提高生產效率、提升工程質量、降低材料浪費、減少人工投入。最具代表性的技術應用包括二維碼技術及無線云端通信技術。

①通過二維碼技術進行數據傳輸。

項目部通過BIM系統分類生成二維碼生產訂單，即為鋼筋加工生產線綁定含有二維碼圖像的任務單料牌后，智能化鋼筋加工設備通過自身掃碼槍完成生產訂單的數據錄入，啟動自動化生產。此二維碼在后面的鋼筋出庫、配送等環節中可被識別，提高生產效率，降低鋼筋生產環節的出錯率。

②通過無線云端通信技術進行數據交換。

高端智能化鋼筋加工設備自帶無線中繼模塊，無線中繼模塊可與設備控制器連接進行數據傳輸，完成鋼筋加工所需的長度、角度、數量等值的轉換。通過網絡與遠程BIM服務器進行數據交換，獲得鋼筋加工所需要的各種參數數據，提供前一批次鋼筋加工的完成情況與設備當前的運行狀態。用戶通過訪問服務器獲得鋼筋加工的進度與設備運行情況。

③智能加工設備對數據的處理。

智能加工設備通過掃描二維碼或無線通信訪問BIM服務的方式獲取加工參數，繪制所需鋼筋的加工圖形，將參數存儲在PLC控制器中，執行定量加工生產。

4 智能化鋼筋加工應用過程中的常見問題及解決措施

4.1 常見問題

加工車間的規劃不合理，無法滿足流水線的要求。許多建筑工程項目采用現場半自動加工方式加工鋼筋，無集中加工生產線的經驗，在建設生產線時，存在原材存料區、加工設備區和半成品打包區以及半成品庫存區規劃設置不合理的情況，使線材運輸不便、半成品包裝混亂、庫存雜亂，造成運輸到現場的鋼筋半成品無法與構件一一對應，造成施工場地常出現多料、缺料、二次加工和二次分料的現象[1]。浪費原材料，增加鋼筋班組現場的工作量，無法提能增效。

4.2 解決措施

對鋼筋生產線進行規劃時，應按照施工進度計劃，估算出日均鋼筋用量、鋼筋市場供給量，據此對鋼筋原料存儲區和半成品庫存區所需的場地進行規劃。從實際獲得的數據可知，市場鋼筋供應充足時，現場智能化鋼筋加工廠建筑面積可依照1 000 m2/3 000 t設置，當鋼筋需用量在3 000 t以上時，加工廠的面積設計為3 500 m2即可。在建廠規劃中，鋼筋棒和線材原材與生產線一一對應，避免材料發生二次周轉。

鋼筋半成品庫存區和生產線一一對應，鐵絲和料筐被放置在半成品的出料口處，以便于半成品打捆，裝包。成型的鋼筋半成品需要按構件的具體位置貼上二維碼標簽，所貼的吊牌信息與數控系統輸入的信息應一致。無箍筋材料打包過程中，以單個構件為單位，成批打包，打包時應考慮現場立式運輸機械的吊運能力，一般單捆單框重量應在1 t以下。

根據現場鋼筋班組提交的施工操作部位和構件材料供應計劃，集中配送半成品。配送時應堅持無二維碼標識牌，信息不全不出庫的原則，避免因半成品鋼筋和構件不對應導致現場二次加工或退料、補料情況的發生。若工程構件類型較少，半成品鋼筋規格型號較統一，可以按相同規格型號對無箍筋的材料進行儲存，集中配送時根據構件鋼筋配置信息進行打包配送。各出庫段鋼筋應與現場操作部位構件信息相對應，確保不出現無用、重復、不合格鋼筋出庫段，降低現場施工鋼筋的損耗率。

根據鋼筋的打捆、打包形式調整集中配送車，將車輛分隔、分區，防止鋼筋纏繞在配送和卸貨的車輛上，保證半成品鋼筋吊牌在輸送、裝卸時的完整性以及鋼筋的穩定性。若選用智能化集中配送法加工鋼筋，需要選用有現場作業經驗的技術帶頭人根據設計和規范以及實際作業情況，審核鋼筋料表，相關設備的施工人員熟練設備的各項操作，在加工大量鋼筋前，確保調試后的設備滿足設計需求，降低產品的不合格率。

5 結語

近年來，社會發展的速度越來越快，裝配式建筑的出現使建筑業逐漸朝向產業化、智能化方向發展。傳統的施工技術已無法適應信息化時代的發展。建筑行業的成本逐漸公開透明，施工企業的效益和品牌更需要利用信息和機械達到減人、換人的目的，提高工作效率，降低人工成本。