新型裝配式T梁智能生產線選型及布置分析

張丹，錢葉琳 （安徽建工路港建設集團有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

預制裝配式橋梁是實現(xiàn)橋梁工業(yè)化建造、推動橋梁行業(yè)轉型升級的關鍵手段。傳統(tǒng)橋梁預制構件多在臨時預制梁場中生產，其使用范圍有限、利用率不高且對土地資源影響大。因此，根據產業(yè)化發(fā)展規(guī)劃，建設永久性橋梁構件預制生產工廠已逐漸成為公路橋梁行業(yè)發(fā)展趨勢。為達到新型裝配式T 梁工業(yè)化智能建造的目的，本文通過對移動及固定流水選型確定了適用于新型裝配式T 梁的智能生產線類型及布置形式。

2 工程概況

桐城預制廠位于桐城市東郊村，占地面積13.5萬m2，該工廠是專門為合樅高速公路供應輕型T 梁、裝配式下部結構、箱涵拱涵、先張法雙T 梁等預制件而建設的預制廠。其中，輕型T 梁訂單數(shù)量1920 片，根據項目工期需求并結合后期長期規(guī)劃，共設置5 條生產線，每條生產線配置1 套液壓模板、4 臺移動臺車，每條生產線每天可生產1片輕型T梁。

3 智能生產線選型

3.1 橋梁預制構件生產線模式

根據預制場建設模式，混凝土橋梁預制構件的生產模式可分為傳統(tǒng)生產線、固定模臺生產線和環(huán)形生產線。

3.1.1 傳統(tǒng)生產線

傳統(tǒng)生產線采用臺座固定，人、機圍繞臺座開展施工，且需要在臺座上養(yǎng)存7～10d 左右，其主要包含以下兩種布置模式。

模式一：臺座縱向布置，該種模式下，模板、蒸養(yǎng)棚等設施可以縱向滑動，周轉便利。由于其采用兩臺龍門吊或框架式龍門吊，設備復雜，故該種生產模式在場地狹長情況下較為適用。

模式二：臺座橫向布置，這種模式下，模板、蒸養(yǎng)棚等設施依靠龍門吊搬運，周轉不便，但龍門吊數(shù)量少、布置簡便且靈活、場地形狀要求較低。此外，芯模安拆區(qū)域可以和通道合并，節(jié)約部分場地面積。

傳統(tǒng)生產線模式存在梁廠建造成本低，在小體量預制時，設備攤銷少，優(yōu)勢較大的優(yōu)點。然而，其劣勢主要表現(xiàn)為預制效率一般較低，靠增加臺座數(shù)量提高生產效率，場地利用、周轉率低，人工多且人力成本高；采用二次張拉可提高生產效率，但人力、管理成本高。

3.1.2 固定模臺生產線

固定模臺生產線以固定臺座和模板為中心，物料和人員圍繞模臺作業(yè)，其主要生產流程與預制建筑構件類似，生產線布置見圖1。

圖1 固定模臺生產線

固定模臺生產線是早期預制橋梁構件生產的主要模式，自動化程度較低，但對構件的兼容性較好，可生產空心板梁、T 梁、小箱梁、整跨大箱梁、節(jié)段梁和組合梁橋面板。比較特殊的是如采用先張法施加預應力，只能采用固定模臺生產線。

固定模臺生產線的臺座固定，人、機圍繞臺座開展施工。固定模臺生產線的建設技術較為簡單、場地布置靈活、建設成本低，對場地面積要求、場地形狀要求和設備數(shù)量要求較小；臺座數(shù)量可變，布置較為靈活；便于預制區(qū)生產構件的調整，通用性強，可用于游牧式預制場的建設，也可用于永久性生產基地的建設。但由于模臺的位置固定，同一工位下較難布置過多功能設施，并且必然會導致不同物料和工序流程路線發(fā)生沖突，不利于自動化程序的布置；多個臺座共用模板、蒸養(yǎng)棚等設備的情況下，管理、協(xié)調組織以及質量控制難度大，全自動化困難。

3.1.3 綜合環(huán)形生產線

綜合環(huán)形生產線以工藝流動路線為中心，各工藝設施沿生產流動方向布置，其主要生產流程與預制建筑構件類似，生產線布置見圖2。

圖2 環(huán)形生產線

綜合環(huán)形生產線是現(xiàn)代工廠化預制的主要模式，一般生產線對應生產特定產品，可生產空心板梁、T 梁、小箱梁、組合梁橋面板，只能采用后張法工藝施加預應力。

綜合環(huán)形生產線將生產工序的各步驟有序地組織在線形空間內，優(yōu)化了物流和工藝路徑，將生產功能分隔，便于開展專業(yè)化的工作，對自動化程度的兼容性好。但生產空間一般呈線形展布，布局形式較為固定，并且生產設備對應和特定產品，更換產品類型時需要高昂的替換成本，因此靈活度相對較低。

3.2 輕型T梁預制生產線適應性

對于橋梁工程建設，大部分工程仍停留在通過臨時梁場的建設將現(xiàn)澆施工轉變?yōu)轭A制裝配的“1.0 預制化”階段。在此基礎上，一部分代表性工程進行了“2.0工廠化”的積極探索，從建設臨時梁場轉換為建設永久梁場，通過引入龍門吊、鋼筋彎折機器等，實現(xiàn)橋梁預制構件的工廠化生產，其采用的生產線模式基本為固定模臺式生產線。部分工程提出了以智慧梁廠為建設目標，對橋梁預制構件自動化生產線及與自動化生產線相匹配的生產工藝及控制方法進行了有益的探索。其相應的生產線模式為環(huán)形自動化生產流水線，通過引入布料機、魚雷罐、液壓模板等設備，實現(xiàn)混凝土自動化運輸及澆筑和自動化蒸養(yǎng)，推動橋梁構件預制向自動化、數(shù)字化方向轉型升級。

對新型裝配式T 梁生產，采用固定模臺式生產線及環(huán)形生產線均可實現(xiàn)自動化生產，比傳統(tǒng)臨時預制梁場采用的單一集中生產模式效率高。其中固定模臺式生產線自動化程度較低，但靈活性較高；而環(huán)形生產線自動化程度較高，但靈活性相對較低。

從表1 中可以看出，環(huán)形自動化流水生產線比固定模臺式生產線在生產效率、場地占用、人力成本等方面具備明顯優(yōu)勢，自動化程度較高，但只適用于生產固定型號產品，靈活性較差。對于新型裝配式T 梁而言，其尺寸、型號較為標準，且其跨徑、截面尺寸、鋼筋及鋼束布置標準化程度較高，有利于標準化、自動化施工。對于環(huán)形生產線具有較高的兼容性，宜采取環(huán)形生產線布置，充分發(fā)揮自動化優(yōu)勢，提高生產效率，推動交通工程預制構件向自動化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。

表1 預制生產模式特點比較

4 智能生產線布置

4.1 生產線布局方法

根據工業(yè)工程中對生產線的定義，即原材料經過特定生產步驟最終形成成品的生產組織形式。生產線布局即考察原材料、生產線和成品三者之間的排布方式和空間幾何特點，用以供工廠規(guī)劃設計參考和定義。

根據工業(yè)工程的原理，生產線布局可分為直線型、折線型和框圖式。由于預制T 梁產品具有體積大、質量重的特點，而框圖式只適用于小型工業(yè)產品的靈活布局。本研究根據現(xiàn)有PC 構件的生產實踐，提出一種三明治式的生產線布局。

4.2 生產線布局邏輯

根據現(xiàn)有施工經驗，無論采用何種工藝，新型裝配式T 梁生產都包含施工前準備、鋼筋工程、模板工程、混凝土工程、預應力混凝土工程和質量檢驗這六項分項工程。

施工前準備包含設計技術交底、施工組織設計、專項施工方案、管理與組織安排以及原材料檢驗等。

鋼筋工程包含鋼筋加工、鋼筋連接、鋼筋綁扎以及鋼筋安裝等。

模板工程包含模板設計、模板安裝以及模板拆除等。

混凝土工程包含混凝土拌制、混凝土運輸、混凝土澆筑以及混凝土養(yǎng)護等。

預應力混凝土工程包含預應力筋制作、錨夾具安裝、連接器安裝、管道安裝、施加預應力以及孔道壓漿及封錨等。

質量檢驗包含實測項目和外觀質量。

按照生產線的邏輯結構，可為每一個工作步驟安排一個獨立的工作空間，但實際上，這樣做既不經濟也不合理。在工廠的實際預制中，部分工作是共享同一工作空間的。實際上，腹板鋼筋安裝、端模安裝和預埋件安裝是在同一臺位上進行的，而側膜安裝和混凝土澆筑是在同一臺位上進行的，同時混凝土采用魚雷罐運輸會跨越從鋼筋綁扎到混凝土澆筑的全部空間。

4.3 生產線功能區(qū)劃分

根據新型裝配式T 梁的生產工藝流程，將自動化生產功能區(qū)劃分為鋼筋安裝區(qū)（橫移區(qū)）、混凝土澆筑區(qū)、養(yǎng)護區(qū)、張拉區(qū)、提梁區(qū)（橫移區(qū)）。

鋼筋安裝區(qū)（橫移區(qū)）用于鋼筋的吊裝或將回路上的移動臺座橫移到生產線上；

澆筑區(qū)經上道工序完成吊裝腹板鋼筋后移模至本區(qū)，本區(qū)需要完成合模、吊裝頂板鋼筋、澆筑混凝土，澆筑完成后靜停、脫模，當強度滿足縱向移梁強度后移梁至養(yǎng)護區(qū)；

養(yǎng)護區(qū)把梁體縱向移動到固定式養(yǎng)護室內部，智能養(yǎng)護系統(tǒng)可根據工藝數(shù)據自行設計溫控曲線，實現(xiàn)溫度與濕度的自動調整，到達要求強度后移梁至張拉、提梁區(qū)；

張拉區(qū)進行梁體預應力鋼束的張拉，并完成預應力孔道的智能壓漿；

提梁區(qū)（橫移區(qū)）進行提梁至臨時存梁區(qū)，或將生產線上的移動臺座橫移到回路。

4.4 生產線兼容性分析

4.4.1 不同跨徑尺寸的適應性

新型裝配式T 梁的常用跨徑為15m、20m、25m，目前根據其最大跨徑梁體的尺寸要求，按照取各功能區(qū)30m長度的方式進行新型裝配式T 梁智能生產線的布置。因此，在其他較小跨徑尺寸梁體的生產過程中，僅需通過調整各臺座之間的縱向布置間距，使得各功能區(qū)的縱向布置仍能滿足其生產需求。

4.4.2 其他類型構件的適應性

根據橋梁構件工廠訂單生產需求，在需要將原新型裝配式T 梁生產線更換為其他類型構件生產線時，僅需根據構件尺寸更換軌道上各臺座、模板，并根據軌道布置間距要求重新合理選擇生產線軌道及回路軌道，并合理調整各功能區(qū)的縱向間距。其中，當需要生產的其他類型構件尺寸橫向寬度較大，超過蒸養(yǎng)棚尺寸時，可根據訂單中生產數(shù)量、期限等要求綜合分析，設置臨時移動蒸養(yǎng)棚或較大尺寸的固定蒸養(yǎng)棚。

5 結語

本文主要針對新型裝配式T 梁智能生產線選型及布置展開研究，給出了智能生產線選型、總體布置方案；對比分析了新型裝配式T 梁對各類生產線模式的適應性，建議在其生產智能生產過程中采用環(huán)形生產線布置模式；完成了生產線功能區(qū)的劃分，并對廠房內各功能區(qū)進行了合理布置。