移動式預制構件工廠的探索與應用

劉備 LIU Bei；劉明宇LIU Ming-yu

（①安徽宇輝建筑產業現代化設計研究院有限公司，合肥 230601；②湖北宇輝智能科技有限公司，孝感 432000）

0 引言

國家標準《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB 50204-2015明確，預制構件分為兩種模式：“專業性企業”生產和“總承包單位”制作[1]。對于專業性企業以產業基地模式建立的固定式工廠在裝配式建筑快速發展的背景下，正經歷深刻變化，面臨著轉型升級[2]。移動式工廠是在裝配式建筑快速發展和固定式工廠局限性日益凸顯的雙重背景下提出的。

所謂移動式工廠是指采用集成模塊化預制構件生產線在施工現場或臨近場地建立的具有投資少、占地小、周期短；可擴展、可重復、可移動特點的集約型工廠。以自主開發的集成模塊化預制構件生產線建立的移動式工廠，先后在湖北、浙江、上海等多個不同工程項目上探索與應用，并持續升級與改造，實現了企業形態和生產方式的變革。

本文通過研究與分析，以親身經歷和工程實踐，闡述移動式工廠可行性與適用性。筆者希望通過本文的探討，對集成模塊化預制構件生產線促進智能建造與建筑工業化協同發展、移動式工廠適應裝配式建筑規模化發展起到推動作用。

1 移動式工廠探索

1.1 研究背景

《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》（國辦發[2016]71號）印發實施以來，以裝配式建筑為代表的新型建筑工業化快速推進，建造水平和建筑品質明顯提高。《指導意見》（建市[2020]60號）指出：大力推進先進制造設備、智能設備及智慧工地相關裝備的研發、制造和推廣應用，加快建筑工業化升級[3]。目前，建筑業生產方式仍然比較粗放，與高質量發展要求相比還有很大差距，因此以新型建筑工業化帶動建筑業全面轉型升級十分必要。

以基地模式建立的固定式工廠作為建筑工業化發展的重要基礎，屬于區域性產業。受區域經濟發展水平和產業政策支持程度的影響，市場發展不均衡和產業布局不平衡已初現。固定式工廠由于占地面積大要求高、建設周期長投入大、資源消耗大成本高、管理要求嚴風險多、投資回報慢升級難等局限性日益凸顯，正經歷深刻變化，面臨著轉型升級[2]。探索移動式工廠新型的企業形態和生產方式，對于適應裝配式建筑規模化發展具有重要意義。

1.2 探索分析

上世紀50年代，我國建筑業在前蘇聯的影響下開始走工業化道路，這一時期僅將部分構件從施工作業面搬至施工現場臨時加工區加工，仍是施工企業的一個部分。隨著預應力構件的發展，到70～80年代出現了大批的預制構件廠，基本形成了流水線生產，直至上世紀末遭遇了生存危機。新世紀伊始，在相關政策和示范工程的推動下，裝配式建筑建造模式得到發展，預制構件進入了工廠化生產時代。但這一階段標準化程度低、生產設備落后、工藝水平有限，從某種程度上說是簡單地將現場施工搬進工廠生產。隨著建筑工業化程度的提高，對預制構件生產的精益化、自動化、信息化需要越來越高，生產工藝技術也向著精細化、合理化、智能化的方向發展。

2010年，考察日本、德國等先進技術后并進行了國產化改造。近十年裝配式建筑探索與實踐中，先后在哈爾濱、沈陽、合肥、上海、武漢等地投資設立了多個固定式工廠，如圖1。

圖1 合肥固定式工廠

2019年，系統總結固定式工廠運營經驗，并借鑒國內外游牧式生產方式成功案例的基礎上，首次在承建的裝配式建筑項目上，采用集成模塊化生產線建立移動式工廠，如圖2。

圖2 孝感移動式工廠

移動式工廠與將部分構件從施工作業面搬至施工現場臨時加工有著本質的不同，也不是簡單地將工廠生產搬到現場制作。而是以機械化設備、智能化設備、集成化裝備為支撐；自動化、數字化、信息化技術為手段建立的集約型工廠。

移動式工廠的場地選擇與工藝布局是難點和重點。研究分析表明，場地優先選擇工程項目施工現場或臨近場地，可采用輕鋼結構快速建立臨時性廠房，也可選擇周邊已有工業廠房或生產車間。工藝布局應根據項目規模、構件類型、進度需求綜合確定，以平面環形和立體空間工藝布局相結合來提高坪效比。其設計規模，如表1。

表1 移動式工廠設計規模劃分

移動式工廠的核心關鍵是以機械化設備、智能化設備、集成化裝備為支撐的集成模塊化生產線，一般包括：工位控制系統、標準模臺、擺渡車、上料機、布料機、振動臺、堆碼機和養護室等具有機械化單機設備、集成化電氣裝備以及智能化專用設備，如圖3。

圖3 集成模塊化預制構件生產線典型布置圖

據相關調研與有關數據，裝配式建筑面積與預制構件換算系數大致在0.10～0.14。因此，對于一個10萬m2的裝配式建筑項目而言，即1.0～1.4萬m3的預制構件需求，采用集成模塊化生產線建立移動式工廠技術層面基本可行，但必須結合社會層面因素和符合經濟層面要求，以滿足裝配式建筑實施的可行性與適用性。

1.3 案例借鑒

相關資料顯示：在日本東京一個超高層建筑工地，由于市區道路狹窄、車輛無法通行，施工企業在工地建立了臨時預制構件工廠，如圖4。美國較多的使用預應力構件和預制外墻掛板等，主要采用固定方式制作，對于大型構件往往在施工現場預制，如圖5。

圖4 東京工地臨時性工廠

圖5 美國游牧式預制現場

有關文獻可知：國內最早是萬科與中天建設嘗試現場預制[4]。先后在西安的萬科·東方傳奇和萬科城8#地項目建立游牧式構件場，如圖6。在成功實踐的基礎上并進行進一步優化，中天九建與建業集團在鄭州的建業·花園里項目建立游牧式構件場，如圖7。

圖6 西安萬科游牧式構件場

圖7 鄭州萬科游牧式構件場

根據調研了解：北京燕通、市政路橋為補充固定式工廠產能，在其產業基地內建立游牧式流水生產線，如圖8、圖9。中建科技以REMPC一體化建造理念，面對工期緊、規模小、運距遠的裝配式建筑項目，在孝感市某施工現場建立了游牧式PC構件廠，如圖10。中核集團以現場進行少量預制構件作制，為加快施工進度，降低協調難度、減少建造成本等，在深圳市某施工現場建立預制構件加工區，如圖11。

圖8 北京燕通游牧式生產線

圖9 北京市政游牧式生產線

圖10 中建科技游牧式工廠

圖11 中核游牧式PC加工區

國內還有諸如：受運輸限制的大尺寸疊合板和無基地生產的預制樓梯，在施工現場進行游牧式生產的實踐[5][6]。再者，建筑工程的預制雙T板、市政工程的綜合管廊、橋梁工程的預制梁柱以及管道工程的預制管道等，也常常在施工現場或臨近場地建立生產線進行實施。

國內外游牧式生產方式的實踐積累了大量經驗，但也有一定的局限性。有益地實踐充分表明：該方式有它獨特的優勢，作為建筑工業化的一種模式具有十分重要地現實意義。因此，如何將游牧式和工廠化相結合，解決游牧式生產和固定式工廠的局限性是移動式工廠的重要研究內容。

1.4 實踐探索

自“移動式工廠”新概念提出以后，依托企業全產業鏈的優勢，建立了集成模塊化生產線制造與組裝基地，并首次在承建的裝配式建筑項目上建立了移動式工廠進行探索，積累了有益的實踐經驗。

2019年，在受市場供不應求和市區運輸受限情況下，作為建設單位降低采購難度和成本的重要措施，將移動式工廠搬遷到萬科在浙江溫州裝配式建筑項目的施工現場，如圖12。

圖12 第一代移動式工廠

2020年，在受新冠疫情和原材料上漲雙重影響下，作為加快工程建設進度和彌補工廠產能不足的重要措施，將移動式工廠建立在上海寶山裝配式建筑項目的臨近場地，如圖13。

圖13 第二代移動式工廠

2021年，在探究新型管理模式與組織方式的同時，提高裝備集成化程度和智能化水平，再次將移動式工廠建立在湖北孝感承建裝配式建筑二期總承包項目的臨近場地，如圖14。

圖14 第三代移動式工廠

2021年以后，為實現企業形態和生產方式的變革，提高集成模塊化生產線的適用性，先后在河北霸州、涿州等地以升級改造后的集成模塊化生產線建立具有投資少、占地小、周期短的集約型工廠進行有益的嘗試，以適應裝配式建筑規模化發展的需要。

實踐過程中不難發現：集成模塊化生產線及關鍵技術是核心，也是解決游牧式生產和固定式工廠局限性的重要支撐。同時也證明了：移動式工廠在裝配式建筑實施中具有可行性與適用性，能夠實現企業形態和生產方式的變革。

2 工程項目應用

移動式工廠先后在湖北、浙江、上海等多個地區的裝配式建筑項目上應用，并且取得了預期的效果。累計完成裝配式建筑約60萬m2，如表2。

表2 移動式工廠實施應用案例

應用1：七里湖安置房一期是政府投資的重點民生工程，10棟住宅建筑采用裝配式建造，構件類型包括：預制內外墻板、預制疊合板、預制陽臺板、預制疊合梁、預制樓梯等。該項目為工程總承包模式，移動式工廠納入總承包管理，組織協調上十分有利。在生產線設備不完善和倉儲問題尖銳的條件下，5個月完成生產任務，并在半個月內完成拆除，取得了預期研發目標和效果。在提高裝備的集成化程度和設備的智能化水平同時，為實現裝配式建造的“兩提、兩減”目標，再次在二期項目臨近場地建立移動式工廠。

應用2：老殿后和澤霞項目是城中村改造安置工程，16棟住宅采用裝配式建造，主要構件類型包括：預制疊合板、預制陽臺板、預制空調板、預制剪力墻、預制樓梯等。該項目為總承包單位在施工現場建立移動式工廠。由于現場預留堆場較小，不能滿足臨時堆放，造成生產線不能有效運轉的情況下，6個月內完成生產線安裝與調試以及預制構件生產任務，并在1個月內完成轉場。解決了建設單位降低采購難度和成本的問題，整體上實現了預定的工期、質量和成本目標。

應用3：楊行鎮商品房項目，共計44棟合院，15棟疊拼，10棟高層等住宅采用裝配式建造。預制構件包括：預制夾芯保溫外墻、預制內剪力墻、預制內墻板、預制樓梯、預制疊合板、預制凸窗、預制陽臺等。該項目采用固定式工廠和移動式工廠結合的方式進行供應。在生產線安裝受阻的情況下，經歷了6個月完成生產任務，質量和成本得到有效控制，確保項目順利達到預售條件。移動式工廠和固定式工廠各有優勢，移動式工廠在工期控制方面優于固定式工廠，但在質量控制方面劣于固定式工廠，在成本控制方面移動式工廠優勢較為明顯，但受制約因素較多。

工程實踐表明：移動式工廠作為裝配式建筑實施的重要措施之一，值得在適宜的工程項目上推廣應用。尤其，在市場供不應求和市區道路運輸受限等因素制約下，是裝配式建筑實施的有效途徑。

3 工程實踐總結

通過探索分析和工程實踐，移動式工廠可作為建設單位降低預制構件采購成本、總承包單位加快工程建設進度、固定式工廠彌補產能不足、專業性企業進入裝配式建筑領域等的有利措施。對于發展相對落后地區而言，是解決因建設基地而產能過剩矛盾的有效方法。

3.1 優劣分析

移動式工廠具有獨特的優勢，一般由總承包單位實施，相比直接采購成本大幅度減少，同時有利于統一協調管理。具體體現在以下方面：

①在質量方面：受施工現場或臨近場地環境、天氣、條件等影響以及工人熟練程度的制約，增加了質量控制難度。就在已有工業廠房或生產車間建立的集約型工廠而言，質量能夠有效控制，但工人的熟練程度依然是質量的決定因素；

②在成本方面：具初步測算，因攤銷成本低，運輸費用少，較固定式工廠降低15%以上，但受制約因素較多，成本風險較大。就大尺寸疊合板、復雜異型構件等特殊構件而言，成本優勢更加明顯；

③在進度方面：由于移動式工廠對應單一項目，配合緊密，進度可控。在市區不受交通管制、交通擁堵等影響，每月可增加6天左右的有效時間。實際案例顯示：預制構件生產周期縮短15%左右。

3.2 存在問題

移動式工廠雖然取得了初步的成果，但因場地限制，規模較小，受產業政策、行業因素的影響，在推廣與應用中存在以下問題：

①雖然規范已明確：總承包單位現場制作，沒有“進場”的驗收環節，其材料和制作質量按規定進行驗收。與專業性企業生產，規定其作為“產品”進行進場驗收不同[1]。受固定式工廠模式影響阻力很大，驗收時需與主管部門溝通；

②場地是稀缺型資源，合適的施工現場或能夠建設的臨近場地十分有限。在產業規劃完善的地區，受環保、用地、產業等限制，能否應用存在不確定性；

③受多重不確定性因素制約，風險大、管理難，場地和轉場是實施的難點。預制構件生產檢驗項目多費用高，抽樣檢測頻率需與建設、監理單位協商解決。

3.3 合理建議

為了推進移動式工廠在裝配式建筑實施中的應用，解決現實存在的一些問題，提出以下建議：

①采用移動式工廠實施裝配式建筑項目前，應對建設方案及構件生產方案進行論證，并通過環評后方可實施，并按照工廠的相關要求建立完善的技術、質量、環境、安全管理體系；

②嘗試建立基于工程總承包項目多方協同智能建造工作平臺，以ERP平臺為基礎，進一步推動向生產管理子系統的延伸，推進工藝流程數字化，實現工廠生產的信息化管理和質量追溯；

③各地產業發展有較大差異，在合適的項目上爭取政策的支持。尤其在發展相對滯后的地區，尚未建立生產基地而又必須實施時，主管部門應出臺有關支持政策，推進建筑工業化發展。

4 結語與展望

目前，裝配式建筑處于快速發展階段，逐漸向規模化方向發展。以生產基地模式建立的固定式工廠作為建筑工業化發展的重要基礎，依然是裝配式建筑實施的“主力軍”。然而，移動式工廠具有獨特優勢，也是促進裝配式建筑規模化發展的“生力軍”。

移動式工廠是建筑工業化的新型方式，作為裝配式建筑實施的重要措施之一，值得在適宜的工程項目上推廣應用。對促進智能建造與建筑工業化協同發展具有一定的作用，尤其在發展相對落后地區，對適應裝配式建筑規模化發展具有十分重要的意義。