倪雪峰（1.上海東華大學(xué)旭日工商管理學(xué)院，上海 200051；2.上海城建物資有限公司，上海 200063）

預(yù)制混凝土構(gòu)件自動(dòng)化流水線研究

Study on Automated Assembly Line for Pre-fabricated Concrete Components

倪雪峰1,2（1.上海東華大學(xué)旭日工商管理學(xué)院，上海 200051；2.上海城建物資有限公司，上海 200063）

介紹上海城建物資有限公司臨港可變式柔性自動(dòng)化流水線的建設(shè)方案、流水線改造、生產(chǎn)工序以及輔助加工設(shè)備等技術(shù)。希望基于對(duì)引進(jìn)流水線集成技術(shù)的研究，能夠?yàn)榻⒁粭l國有自主開發(fā)的自動(dòng)化流水線提供技術(shù)支持。在未來通過進(jìn)一步研發(fā)，完成BIM模塊技術(shù)，GIS定位系統(tǒng)、RFID芯片等信息化技術(shù)與流水線的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土構(gòu)件智能化制造。

預(yù)制混凝土構(gòu)件；自動(dòng)化流水線；智能化制造

1 概 述

隨著近幾年社會(huì)各界對(duì)裝配式建筑的高度重視和大力推行，使得預(yù)制混凝土構(gòu)件市場規(guī)模迅速擴(kuò)大，越來越多的企業(yè)進(jìn)入裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)型，為迎合市場需求全國新建改建的新型預(yù)制混凝土構(gòu)件流水線也紛紛建立起來，但由于現(xiàn)行的技術(shù)沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究，很多自動(dòng)化流水線面臨以下問題：(1) 工廠規(guī)劃不科學(xué)，直接采用“拿來主義”，在引進(jìn)國內(nèi)外流水線時(shí)沒有對(duì)實(shí)際場地和產(chǎn)品種類有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致流水線產(chǎn)能無法完全發(fā)揮。(2) 自動(dòng)化程度低，雖然很多預(yù)制構(gòu)件工廠在引入流水線后提高了生產(chǎn)效率，減少了不良產(chǎn)品的出現(xiàn)頻率，但很多機(jī)械設(shè)備是以工作站點(diǎn)的形式存在，未能真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線的生產(chǎn)方式。(3) 集團(tuán)化信息管理技術(shù)應(yīng)用少，現(xiàn)階段大部分的構(gòu)件生產(chǎn)工廠停留在工廠化和局部機(jī)械化的階段，信息化技術(shù)使用匱乏，導(dǎo)致質(zhì)量管理無法大規(guī)模管控。針對(duì)上述問題，上海城建物資有限公司臨港分公司引進(jìn)一條適用于國內(nèi)需求的來自芬蘭的自動(dòng)化流水線，且根據(jù)場地規(guī)劃和國內(nèi)產(chǎn)品需求對(duì)部分工位進(jìn)行適應(yīng)性研究和改造，本文主要介紹其建設(shè)方案、流水線改造、生產(chǎn)工序以及輔助加工設(shè)備等技術(shù)，并在未來通過進(jìn)一步研發(fā)，完成 BIM 模塊技術(shù)，GIS 定位系統(tǒng)，RFID 芯片等信息化技術(shù)與流水線的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土構(gòu)件智能化制造。

2 臨港 PC 流水線建設(shè)方案

2.1 場地選擇

在確定廠址時(shí)，必須妥善處理下述關(guān)系：為了降低產(chǎn)品的運(yùn)輸費(fèi)用，廠址宜靠近主要用戶，縮小供應(yīng)半徑；為了降低原料的運(yùn)費(fèi)，廠址又宜靠近原料產(chǎn)地；從降低產(chǎn)品加工費(fèi)的目的出發(fā)，又以組織集中大型生產(chǎn)企業(yè)為宜，以便采用先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)及降低附加費(fèi)用，但這又必然使供應(yīng)半徑擴(kuò)大，產(chǎn)品運(yùn)輸費(fèi)用增加。正確處理這些關(guān)系，即可降低產(chǎn)品成本和工程造價(jià)。除此之外，預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)工廠必須配置一個(gè)占地面積較大的堆場，主要由于工地堆放及施工進(jìn)度等問題，導(dǎo)致預(yù)制混凝土構(gòu)件產(chǎn)品在生產(chǎn)后一般會(huì)在工廠堆存20～30 d 后方可運(yùn)輸至建筑工地使用，且大部分構(gòu)件產(chǎn)品無法多層疊放，需要較大場地安置生產(chǎn)完成的預(yù)制構(gòu)件。綜合各方面影響因素，本文介紹的上海城建物資有限公司臨港可變式柔性自動(dòng)化流水線(下文簡稱臨港 PC 流水線)，處于上海臨港工業(yè)園區(qū)正博路、兩港西大道廠區(qū)內(nèi)，屬于臨港產(chǎn)業(yè)園區(qū)奉賢開發(fā)區(qū)，與上海市居民聚集區(qū)有一定距離，周邊交通非常便利，靠近滬蘆高速公路進(jìn)出口；且工廠北側(cè)靠近岸線河道，便于原材料的運(yùn)輸，但工廠采用進(jìn)駐產(chǎn)業(yè)園區(qū)的方式，土地性質(zhì)為租賃，因此室外堆場僅有 4.7 萬 m2，無法建設(shè)更大堆場，為建成后的投產(chǎn)運(yùn)行帶來一定的缺憾。

2.2 廠房整體布局

臨港 PC 流水線是引進(jìn)芬蘭的流水線設(shè)備，整個(gè)廠房包括 2 個(gè)生產(chǎn)車間，每個(gè)車間跨度 48 m、長度 135 m，總面積約 13 000 m2。

由于場地屬于租賃性質(zhì)，在原有廠房內(nèi)直接建造芬蘭的相同流水線設(shè)備施工難度較大，因此在其基礎(chǔ)上根據(jù)場地實(shí)際情況進(jìn)行了整體布局設(shè)置。

(1) 解決廠房地質(zhì)受力問題，臨港工業(yè)園區(qū)地質(zhì)屬于三角洲沖擊平原，河口砂嘴砂島地貌類型。在廠房建設(shè)初期，需要對(duì)整個(gè)廠區(qū)地坪進(jìn)行靜壓樁施工，樁端入土深度25～30 m 為宜，并對(duì)單樁進(jìn)行靜載荷測試，確定最佳入土深度和樁型。靜壓樁施工完成后對(duì)地坪第一次澆筑混凝土，混凝土厚度 30 cm，然后根據(jù)圖紙布置各工位預(yù)埋鐵，且以原點(diǎn)為基點(diǎn)，一次性校準(zhǔn)水平高度，待混凝土養(yǎng)護(hù)完成后，進(jìn)行第二次混凝土澆筑，兩次澆筑均采用標(biāo)號(hào) C30 強(qiáng)度混凝土。

(2) 解決混凝土拌站接入問題。由于預(yù)制混凝土構(gòu)件是將預(yù)拌的混凝土澆筑至事先拼裝好的鋼模中成型的產(chǎn)品，所以要求混凝土拌站離流水線臺(tái)模距離盡可能縮短。根據(jù)現(xiàn)場廠區(qū)布置及廠房間隔距離，決定將混凝土攪拌樓設(shè)置在兩個(gè)間距 13 m 的廠房過道間，以便于對(duì)兩個(gè)廠房的流水線同時(shí)供應(yīng)混凝土。

(3) 解決預(yù)制混凝土構(gòu)件成型養(yǎng)護(hù)問題。進(jìn)口流水線要求養(yǎng)護(hù)窯溫度達(dá)到 60～70℃，且通過加熱水循環(huán)方式保證窯內(nèi)溫度，即意味著水溫需加熱到 92℃ 以上才能實(shí)現(xiàn)。目前國內(nèi)品牌工業(yè)燃?xì)忮仩t都無法達(dá)到這一要求，需采用進(jìn)口同類產(chǎn)品。我方經(jīng)過多次篩選，決定選用一款美國產(chǎn)燃?xì)忮仩t，該產(chǎn)品經(jīng)檢測加熱溫度可達(dá)到 96℃ 以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

目前一期廠房施工完畢，主要設(shè)備包括一條進(jìn)口 PC 生產(chǎn)流水線，混凝土攪拌樓，鋼筋加工機(jī)械組，起重設(shè)備，預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，混凝土中心試驗(yàn)室，行政辦公樓等設(shè)施。建成后的 PC 流水線有 60 個(gè)尺寸為 3.5 m×8.5 m 的模臺(tái)，在同一塊模臺(tái)上可澆筑 2 件預(yù)制構(gòu)件，日產(chǎn)量最大值為 2 500 m2/d；如果年工作日為 250 d，最大產(chǎn)量為 700 000 m2/年(二班)；整條線路的利用率約為 0.7，周期約為20 min，是目前上海市自動(dòng)化程度最高，設(shè)備最先進(jìn)的 PC生產(chǎn)流水線。

3 臨港PC流水線改造

臨港 PC 流水線在引進(jìn)流水線的基礎(chǔ)上進(jìn)行國內(nèi)產(chǎn)品的適應(yīng)性研究和改造，最終實(shí)現(xiàn)在快速有效的生產(chǎn)簡單產(chǎn)品的同時(shí)制造耗時(shí)而更復(fù)雜的產(chǎn)品，而不同產(chǎn)品的生產(chǎn)、工序之間互不影響。這一切為能夠同步靈活地進(jìn)行生產(chǎn)不同產(chǎn)品提供了可能性，使更改生產(chǎn)的操作控制變得簡單。

(1) 增加中轉(zhuǎn)工位。在流水線工位布置上，充分考慮構(gòu)件生產(chǎn)難易不同、工藝復(fù)雜程度不同以及質(zhì)檢后修補(bǔ)等因素，設(shè)置了中轉(zhuǎn)工位，通過中央傳輸車可以從正常工位將模臺(tái)移至中轉(zhuǎn)工位，等完成作業(yè)后再移回流水線，確保了整條流水線的順暢運(yùn)行。

(2) 靈活設(shè)置養(yǎng)護(hù)窯高度。在養(yǎng)護(hù)窯高度設(shè)置方面，充分考慮上海地區(qū) PC 產(chǎn)品需求，既有高度小的隔層，用來養(yǎng)護(hù)小的 PC 產(chǎn)品，可以節(jié)省空間，又留有高度大的隔層給異型構(gòu)件，避免了普通流水線異型構(gòu)件不能進(jìn)窯養(yǎng)護(hù)的狀況。

(3) 精準(zhǔn)定位。在生產(chǎn)預(yù)制混凝土構(gòu)件關(guān)鍵的拼模工位，采用先進(jìn)的全自動(dòng)繪圖儀，將產(chǎn)品輪廓繪制在模臺(tái)上，方便模具精準(zhǔn)定位，從而確保了復(fù)雜預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品的質(zhì)量。

(4) 精準(zhǔn)計(jì)量。在混凝土放料車上設(shè)置了計(jì)量裝置，可根據(jù)產(chǎn)品體積做到精準(zhǔn)放料，從而控制質(zhì)量，減少余料。

4 臨港 PC 流水線生產(chǎn)工序

臨港 PC 流水線工序布置圖見圖1。

圖1 臨港 PC 流水線工序布置圖

(1) 模臺(tái)清掃工序：由清掃機(jī)對(duì)上一次構(gòu)件生產(chǎn)殘留在模臺(tái)上的混凝土殘?jiān)突覊m進(jìn)行清潔，保證下一次構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量。

(2) 數(shù)控劃線工序：為了保證構(gòu)件的尺寸質(zhì)量，使用數(shù)控劃線機(jī)精確劃線，標(biāo)記邊模安裝位置。

(3) 噴油工序：由噴油機(jī)對(duì)模臺(tái)均勻噴灑脫模劑以方便構(gòu)件順利脫模，保證構(gòu)件質(zhì)量。

(4) 安裝模具、鋼筋、預(yù)埋件工序：此工序包括模具拼裝、鋼筋安放、各種預(yù)埋件的組裝等工作，以上幾項(xiàng)工作可不分先后順序。模具拼裝包括邊模、窗模、門模等的裝配。各種邊模的表面處理按圖紙要求做相應(yīng)的處理，包括涂脫模油、水洗劑等工作。預(yù)埋件的組裝包括預(yù)埋預(yù)留孔洞、各種線管水管、各種開關(guān)電盒、各種起吊和支撐螺絲等。

(5) 混凝土第一次澆筑+振動(dòng)工序：由布料機(jī)對(duì)拼裝完成的模臺(tái)進(jìn)行混凝土澆筑。通過布料機(jī)的平面運(yùn)動(dòng)將混凝土均勻準(zhǔn)確地澆注在?？騼?nèi)?；炷翝仓戤吅螅?qū)動(dòng)震動(dòng)電機(jī)作用于模臺(tái)，模臺(tái)下邊的振動(dòng)臺(tái)開始工作，該種振搗方式可確保所生產(chǎn)構(gòu)件的密實(shí)性，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(6) 養(yǎng)護(hù)工序：使用養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，可使自動(dòng)化流水線不分季節(jié)全天侯地進(jìn)行生產(chǎn)，極大提高產(chǎn)能，預(yù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為6～8 個(gè) h。

(7) 成品吊裝工序：養(yǎng)護(hù)好的成品，經(jīng)翻身架起升一定高度后由起重設(shè)備吊裝至運(yùn)輸車，之后運(yùn)往室外成品倉庫堆放。

5 臨港 PC 流水線輔助加工設(shè)備

5.1 鋼筋網(wǎng)焊接成型機(jī) GWC3300

臨港 PC 流水線用 GWC(Z)3300JZ 數(shù)控鋼筋網(wǎng)焊接成型機(jī)，是為 PC 工廠定制的專用智能鋼筋網(wǎng)焊接設(shè)備，與傳統(tǒng)數(shù)控鋼筋焊網(wǎng)機(jī)相比，其具有明顯優(yōu)勢：(1) 縱筋及橫筋均采用盤條自動(dòng)上料，不需要進(jìn)行預(yù)先調(diào)直切斷，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。(2) 縱向鋼筋由一套調(diào)直機(jī)構(gòu)將盤條鋼筋自動(dòng)調(diào)直切斷成系統(tǒng)設(shè)置長度的鋼筋后，由送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)輸送至縱筋穿絲機(jī)構(gòu)，由穿絲機(jī)構(gòu)自動(dòng)將縱筋送入焊接主機(jī)，形成連續(xù)生產(chǎn)，不需要人工操作。(3) 橫向鋼筋由一套調(diào)直機(jī)構(gòu)將盤條鋼筋自動(dòng)調(diào)直切斷成系統(tǒng)設(shè)置長度的鋼筋后，自動(dòng)進(jìn)入落料機(jī)構(gòu)，形成自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，不需要人工操作。(4) 可以自動(dòng)化生產(chǎn)批量的網(wǎng)片，生產(chǎn)效率高，操作人員少，更換鋼筋直徑及規(guī)格等也非常方便，焊接完成后無余料。(5) 設(shè)備的總長度在 40 m 左右。

5.2 數(shù)控多功能鋼筋彎箍機(jī) WG12F-1

WG12F-1 數(shù)控多功能鋼筋彎箍機(jī)，可將冷軋和熱軋盤條鋼筋進(jìn)行矯直、切斷和彎曲操作，用來加工結(jié)構(gòu)梁或柱用箍筋，由先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)程序控制，可加工 500 多種不同形狀的箍筋，自動(dòng)化程度高，操作方便，生產(chǎn)效率高，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，且確保成型精度高。

6 結(jié) 語

隨著國家及地方政府對(duì)于建設(shè)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染造成惡劣影響的高度重視，以及各地大力推廣預(yù)制裝配式建筑的相關(guān)法律法規(guī)的出臺(tái)，在今后的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、住宅建設(shè)過程中，預(yù)制混凝土構(gòu)件將被大量地運(yùn)用，相應(yīng)的智能化生產(chǎn)工廠也將拔地而起，生產(chǎn)體量不容忽視。本文所提到的臨港生產(chǎn)基地也是企業(yè)響應(yīng)政府號(hào)召，尋求發(fā)展創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級(jí)的一種嘗試。在今后的生產(chǎn)過程中，我們還將進(jìn)一步研究和探索智能制造的精髓，將 BIM 模塊技術(shù)，GIS 定位系統(tǒng)，RFID 芯片植入等信息化技術(shù)運(yùn)用到構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)中去，保證預(yù)制混凝土構(gòu)件全生命周期的質(zhì)量跟蹤，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土構(gòu)件智能化制造。

TU50

A

1674-814X(2017)01-0062-03

上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)“裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化部件研發(fā)及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化”編號(hào)：X CZXSJ-01-2016-03、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)“基于建筑標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件工業(yè)化高效生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”編號(hào)：15DZ1203504

2016-09-11

倪雪峰，男，工程師，現(xiàn)供職于上海城建物資有限公司。作者通信地址：上海市曹楊路1040號(hào)中友大廈16樓，郵編：200063。