■陳宇翔

（義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 義烏 322000）

建筑業(yè)是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要主體，隨著社會(huì)環(huán)境的變化，裝配式建筑成為行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。2015年，我國(guó)發(fā)布《工業(yè)化建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，決定在全國(guó)全面推廣裝配式建筑,并預(yù)計(jì)在未來15年到20年內(nèi)取得突破性進(jìn)展。2016年2月22日國(guó)務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，要求要因地制宜發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)等裝配式建筑，力爭(zhēng)用10年左右的時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%[1]。由此可見，在我國(guó)現(xiàn)階段建筑行業(yè)中，裝配式建筑的研究方向極其重要，而在裝配式建筑中最為關(guān)鍵的就是預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)制造，預(yù)制配件生產(chǎn)制造技術(shù)和能力的發(fā)展是整個(gè)行業(yè)發(fā)展的保障。在我國(guó)現(xiàn)在建筑技術(shù)中，裝配式預(yù)制構(gòu)件主要以混凝土構(gòu)件（PC構(gòu)件）為主，因此本文內(nèi)容均以PC構(gòu)件為研究對(duì)象。

一、模具設(shè)計(jì)階段

建筑構(gòu)件的模具設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接影響到整個(gè)構(gòu)件的制造成本以及使用壽命，所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)首先就要考慮到模具的剛度問題，如果剛度不夠，就會(huì)導(dǎo)致模具可周轉(zhuǎn)次數(shù)大大降低，進(jìn)而產(chǎn)生高額的二次追加模具費(fèi)用或模具維修費(fèi)用，甚至出現(xiàn)因此而導(dǎo)致極大影響工程進(jìn)度的情況，同時(shí)也可能產(chǎn)生因模具剛度不夠而出現(xiàn)模具瑕疵以致于影響生產(chǎn)的構(gòu)件質(zhì)量的情況。其次，在模具的設(shè)計(jì)中，需要考慮到模具的通用性，也就是增大模具的重復(fù)利用率，這就要求在設(shè)計(jì)過程中考慮到工程的連貫性，使模具在一個(gè)工程結(jié)束后，能夠投入到下一工程的使用或進(jìn)行小整改即可投入后續(xù)工程使用，避免出現(xiàn)模具單個(gè)工程項(xiàng)目使用后即無法與后續(xù)工程銜接而廢棄的情況，如圖1所示為立打樓梯模具三維圖。最后，在模具的設(shè)計(jì)過程中，還需要考慮到建筑構(gòu)件的生產(chǎn)工藝，否則生產(chǎn)效率將被大大降低，只有對(duì)生產(chǎn)工藝有相當(dāng)?shù)牧私舛覍⑵淇紤]在模具設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，才有可能在保證模具剛度和精度的前提下，減少模具組模和拆模工序的數(shù)量和時(shí)間，提高生產(chǎn)效率[2]。

二、生產(chǎn)加工設(shè)備

（一）劃線機(jī)

在PC構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，首先需要確定邊模和預(yù)埋件的準(zhǔn)確位置，用劃線機(jī)將這些位置在底模上劃出。劃線機(jī)主要由機(jī)械部分、控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、劃線系統(tǒng)組成。其中，機(jī)械部分主要包含走行支架、橫梁、主副端梁、精密導(dǎo)軌、控制面板等；控制系統(tǒng)包括數(shù)控系統(tǒng)、電器配套1套、控制面板；伺服系統(tǒng)由X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)、伺服變壓器等組成；劃線系統(tǒng)由劃線車、劃線支架、劃筆、筆墨系統(tǒng)組成。劃線機(jī)為橋式結(jié)構(gòu)，可以適用于各種規(guī)格的通用模型疊合板，墻板底模的劃線可根據(jù)實(shí)際要求處理復(fù)雜圖形，精確定位系統(tǒng)，保證圖形的準(zhǔn)確。

（二）混凝土輸送機(jī)、布料機(jī)

劃線機(jī)在底模上劃出邊模和預(yù)埋件的位置后，需要將攪拌站出來的混凝土存放輸送至布料機(jī)，再由布料機(jī)向模具中布料。

混凝土輸送機(jī)由料斗、軌道、翻轉(zhuǎn)設(shè)備和控制系統(tǒng)組成?；炷翉臄嚢枵境鰜砗筮M(jìn)入料斗，料斗通過特定軌道輸送到設(shè)定的位置后通過翻轉(zhuǎn)裝置驅(qū)動(dòng)使其旋轉(zhuǎn)，將料斗中的混凝土傾瀉到布料機(jī)中，傾瀉后通過電控系統(tǒng)控制清洗平臺(tái)，清洗平臺(tái)設(shè)置于攪拌站下方。

混凝土布料機(jī)由支架、料斗、清洗裝置和控制系統(tǒng)組成，主要用于將混凝土均勻定量地向混凝土構(gòu)件模具中布料，如圖2所示。布料機(jī)通過控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連，直接讀取圖紙數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)讀取至控制器中，再通過平面兩坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制縱向料斗升降，這樣就可以根據(jù)PC構(gòu)件的設(shè)計(jì)圖紙尺寸、設(shè)計(jì)厚度要求由程序控制均勻布料。布料機(jī)采用整幅布料，布料速度快且操作簡(jiǎn)便。

圖2 混凝土布料機(jī)

（三）振動(dòng)臺(tái)

在完成混凝土希料之后，需要將混凝土振搗使其密實(shí)，這個(gè)工作通常由振動(dòng)臺(tái)來完成。振動(dòng)臺(tái)由固定臺(tái)座、振動(dòng)臺(tái)面、減振提升裝置、鎖緊機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，是用于振搗完成布料后的混凝土的周轉(zhuǎn)平臺(tái)，將其中混凝土振搗密實(shí)，如圖3所示。固定臺(tái)座和振動(dòng)臺(tái)面前后依次布置，固定臺(tái)座與振動(dòng)臺(tái)面之間裝有減振提升裝置，周轉(zhuǎn)平臺(tái)放置于振動(dòng)臺(tái)上。振動(dòng)臺(tái)鎖緊裝置鎖緊，將周轉(zhuǎn)平臺(tái)與振動(dòng)臺(tái)鎖緊為一體，布料機(jī)在模具進(jìn)行布料。布料完成，振動(dòng)臺(tái)起升后再起振，將模具中混凝土振搗密實(shí)[3]。

圖3 振動(dòng)臺(tái)

（四）刮平機(jī)

經(jīng)過布料振搗的混凝土需要刮平才能使表面平整，刮平機(jī)由鋼支架、大車、小車、整平機(jī)構(gòu)及電氣系統(tǒng)等組成。將混凝土面看成一個(gè)由X軸和Y軸形成的平面，那么刮平機(jī)在鋼支架上沿著Y軸走行，同時(shí)整平機(jī)構(gòu)安裝在小車上，小車沿X軸方向行走，則其刮平范圍可覆蓋整個(gè)模板。刮平機(jī)構(gòu)的升降系統(tǒng)使用電動(dòng)升降，其結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，占據(jù)空間小，而且可以在規(guī)定行程范圍內(nèi)任意位置停止并自鎖。刮平機(jī)上裝有振動(dòng)電機(jī)，與升降系統(tǒng)支架裝有減振裝置，并且裝有特制刮平板，刮平板由耐磨材料按照特定的弧度壓制而成，整平效果好。走行機(jī)構(gòu)采用變頻帶剎車減速機(jī)，可以方便調(diào)整速度。

（五）堆碼機(jī)、養(yǎng)護(hù)窖

經(jīng)過振動(dòng)密實(shí)且刮平整的混凝土建筑構(gòu)件，接下來需要通過堆碼機(jī)輸送到養(yǎng)護(hù)窖的指定位置，堆碼機(jī)由行走系統(tǒng)、大架、提升系統(tǒng)、吊板輸送架、取/送模機(jī)構(gòu)、縱向定位機(jī)構(gòu)、橫向定位機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)等組成。橫向行走由變頻制動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，裝有夾軌導(dǎo)向裝置、橫向定位裝置，保證橫向走位精度，碼垛車與養(yǎng)護(hù)窖重復(fù)位置精度不變，保證將構(gòu)件送至養(yǎng)護(hù)窖中的精確位置。

構(gòu)件被送至養(yǎng)護(hù)窖中存放，經(jīng)過靜置、升溫、恒溫、降溫等幾個(gè)階段使水泥構(gòu)件凝固強(qiáng)度達(dá)到要求。養(yǎng)護(hù)窖由窖體、蒸汽系統(tǒng)(或散熱片系統(tǒng))、溫度控制系統(tǒng)等組成。根據(jù)生產(chǎn)需求設(shè)置具體養(yǎng)護(hù)工位數(shù)，其基本結(jié)構(gòu)由若干個(gè)養(yǎng)護(hù)位的孔洞和2個(gè)進(jìn)出輸送工位組成，養(yǎng)護(hù)窖有保溫門；養(yǎng)護(hù)窖采用鋼結(jié)構(gòu)支架，窖內(nèi)安裝滾輪用于輸送及支撐模板；其中溫度控制系統(tǒng)可根據(jù)需求適應(yīng)不同的養(yǎng)護(hù)工藝。立體養(yǎng)護(hù)窖窖體是由型鋼組合成框架，框架上安裝有托輪，托輪為模塊化設(shè)計(jì)。窖體外墻用保溫材料拼合而成，每列構(gòu)成獨(dú)立的養(yǎng)護(hù)空間，可分別控制各孔位的溫度。模具在立體養(yǎng)護(hù)窖中經(jīng)過靜置、升溫、恒溫、降溫等幾個(gè)階段使預(yù)制構(gòu)件凝固強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。窖體底部設(shè)置兩個(gè)進(jìn)出輸送地面輥道，模板可沿地面輥道通過。

混凝土構(gòu)件經(jīng)過養(yǎng)護(hù)，再由堆碼機(jī)的取模設(shè)備取出，通過吊板輸送架等設(shè)備，最后準(zhǔn)確地送至脫模位置進(jìn)行脫模工作。

（六）養(yǎng)護(hù)及溫控系統(tǒng)

模臺(tái)預(yù)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)包括鋼結(jié)構(gòu)支架、保溫膜、蒸汽管道、養(yǎng)護(hù)溫控系統(tǒng)等部分。養(yǎng)護(hù)通道由鋼結(jié)構(gòu)支架、養(yǎng)護(hù)棚（鋼-巖棉-鋼材料）組成，放置于輸送線上方，可以供帶制品的模板通過。通道內(nèi)的預(yù)養(yǎng)護(hù)工位由中央控制器自動(dòng)控制啟動(dòng)停止，同時(shí)由于養(yǎng)護(hù)過程中的不同階段對(duì)溫度的要求不盡相同，所以需要通過中央控制器控制系統(tǒng)的溫度變化，使系統(tǒng)內(nèi)的溫度隨著養(yǎng)護(hù)的不同階段而自動(dòng)調(diào)節(jié)至該階段下的適宜溫度，而且控制人員可以根據(jù)歷史實(shí)時(shí)記錄溫度的回放等控制混凝土構(gòu)件的質(zhì)量。另外，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可用于蒸汽養(yǎng)護(hù)過程的監(jiān)控，能自動(dòng)控制養(yǎng)護(hù)通道內(nèi)溫度，通常設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為0.6小時(shí)左右[4]。

（七）拉毛機(jī)、抹光機(jī)

脫模后的建筑構(gòu)件，為了能夠跟現(xiàn)場(chǎng)的后澆筑構(gòu)件更好地結(jié)合起來，還需對(duì)構(gòu)件新澆注混凝土的預(yù)連接表面進(jìn)行拉毛處理。拉毛機(jī)由鋼支架、變頻驅(qū)動(dòng)的大車及走行機(jī)構(gòu)、小車走行、升降機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、可拆卸的毛刷、電氣控制系統(tǒng)組成。拉毛毛刷由合金刀板組成，拉毛機(jī)在鋼支架上縱向走行，小車在大車軌道上橫向走行，拉毛范圍可覆蓋整個(gè)模板。

同時(shí)，脫模后的構(gòu)件其他面上則需要用抹光機(jī)進(jìn)行抹光，使表面更加平整光滑。抹平頭可在平面的兩個(gè)方向上自由移動(dòng)并進(jìn)行抹光工作。抹光機(jī)由門架式鋼結(jié)構(gòu)機(jī)架、走行機(jī)構(gòu)、抹光裝置、提升機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

（八）模具清掃機(jī)

脫模后，為保證模具下一次的正常使用，需要將空模臺(tái)上附著的混凝土清理干凈。模具清掃機(jī)是由清渣鏟、橫向刷輥、支撐架、除塵器、清渣斗和電氣系統(tǒng)組成。清渣鏟能將附著的混凝土鏟下，橫向刷輥可以將底模上混凝土渣清掃，模具通過后掉落清渣斗內(nèi)。吸塵器能將毛刷激起的揚(yáng)塵吸入濾袋內(nèi)，避免粉塵污染。其控制系統(tǒng)與噴涂脫模機(jī)裝置一體化，減少操作人員。

（九）支撐、驅(qū)動(dòng)輪和控制系統(tǒng)

除了以上設(shè)備外，生產(chǎn)過程中還需要用于整條生產(chǎn)線的空模周轉(zhuǎn)平臺(tái)及帶制品周轉(zhuǎn)平臺(tái)運(yùn)輸?shù)恼字巍Ⅱ?qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)。

模板軌道自動(dòng)傳送系統(tǒng)由滾輪支架及帶制動(dòng)摩擦輪驅(qū)動(dòng)裝置組成。每條軌道板滾輪架線由1套電氣控制系統(tǒng)控制，用于協(xié)調(diào)架線與其他設(shè)備的配合工作。每套電氣控制系統(tǒng)由PLC為核心的主控制系統(tǒng)組成，下設(shè)子控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)包括變頻調(diào)速控制柜、PLC電器柜等。主控制柜由PLC及外圍輸入輸出電路組成，電機(jī)主回路的設(shè)備由變頻調(diào)速器、空氣開關(guān)、接觸器、熱繼電器等組成。每個(gè)模位設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，決定整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行模式。在子控制系統(tǒng)上的轉(zhuǎn)換開關(guān)是手/自動(dòng)擋的切換。在輸送線上不同位置布置了行程開關(guān)用于檢測(cè)模板的位置、變速等，實(shí)現(xiàn)各工位的自動(dòng)停止、啟動(dòng)、變速，并將清理裝置、噴涂脫模劑裝置、橫移車等設(shè)備開啟和停止統(tǒng)一控制。輸送線控制系統(tǒng)用于傳送空周轉(zhuǎn)平臺(tái)及帶制品周轉(zhuǎn)平臺(tái)，是一條從空模周轉(zhuǎn)平臺(tái)到成品下線的輸送線。采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行控制。操作人員可通過選擇運(yùn)行模式將整個(gè)輸送線分工，各工位可以獨(dú)立運(yùn)行及組合運(yùn)行，可以手動(dòng)/自動(dòng)/半自動(dòng)化切換運(yùn)行。

三、模具檢測(cè)及成品驗(yàn)收工藝

（一）模具驗(yàn)收

在完成模具設(shè)計(jì)制作工作后，在正式進(jìn)入模具使用和構(gòu)件生產(chǎn)之前，模具的驗(yàn)收工作是相當(dāng)有必要的，模具的驗(yàn)收工作需要遵循先外觀目測(cè)，后檢測(cè)測(cè)量的原則，檢測(cè)測(cè)量先外后內(nèi)，從外框尺寸檢查到細(xì)部配件定位檢查，再到配件自身的尺寸檢查。

模具外觀的檢測(cè)，應(yīng)該首先對(duì)模具的底架、臺(tái)模、邊模等焊接部位的焊接情況進(jìn)行檢驗(yàn)，其次檢查模具所用材料和配件的規(guī)格是否符合設(shè)計(jì)圖紙的要求，還需要檢查部件之間的連接是否牢固，以及預(yù)制構(gòu)件上的預(yù)埋件、預(yù)留孔位等是否固定可靠等。

在模具外觀滿足以上要求后，再進(jìn)行模具的內(nèi)部尺寸檢驗(yàn)，首先檢測(cè)模具的整體尺寸、扭翹、側(cè)彎等情況，然后檢測(cè)模具內(nèi)預(yù)留線盒、孔洞、埋件等配件的位置與尺寸。

（二）模具清理及組裝

在模具驗(yàn)收完成后，對(duì)于新制的模具，在正式使用之前，還需要使用拋光機(jī)進(jìn)行打磨拋光處理，目的是除去模具內(nèi)腔表面的雜物和浮銹。打磨時(shí)需要把模具拆開，內(nèi)腔向上，從一個(gè)模具邊角開始向外逐步打磨，保證打磨均勻全面，不允許跳躍打磨和漏打磨。在模具清理干凈后，才可以對(duì)模具進(jìn)行組裝。

（三）鋼筋和預(yù)埋件的安裝

驗(yàn)收合格的鋼筋骨架，使用龍門吊進(jìn)行整體吊裝，將其吊至模具內(nèi)，吊裝過程中需要保證鋼筋骨架的水平平行，并且要防止鋼筋變形，線盒等預(yù)埋件需要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)用螺栓固定于模板和壓杠上。

（四）混凝土澆筑、振搗

在混凝土澆筑之前，必須先進(jìn)行嚴(yán)格的混凝土質(zhì)量檢測(cè)，通常是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土坍落度測(cè)試，控制坍落度在120 mm-160 mm。在混凝土的澆筑過程中，振動(dòng)棒須避免與預(yù)埋件等接觸，以防產(chǎn)生較大位移，對(duì)于樓梯、梁、柱等構(gòu)件，應(yīng)該采用分層振搗，一般以300mm每層比較適宜。最后，在澆筑振搗完成后，需要將多余的混凝土刮去，厚度偏差需要控制在0 mm-3 mm[5]。

（五）成型養(yǎng)護(hù)

構(gòu)件澆筑成型后要進(jìn)養(yǎng)護(hù)窖養(yǎng)護(hù)，通常的養(yǎng)護(hù)過程為：

(1)靜停 1-2h；

(2)升溫2h，升溫速度通?？刂圃?5℃/h；

(3)恒溫最高溫度控制在60℃；

(4)降溫，以15℃/h的速度降至與大氣溫度溫差小于20℃。

（六）脫模起吊

在PC構(gòu)件的脫模起吊過程中，吊點(diǎn)的選擇是重要的，需要盡量依據(jù)構(gòu)件的重心來選擇，否則可能因?yàn)闃?gòu)件荷載偏向某一方向?qū)е掳踩鹿?，由于?gòu)件幾何形狀的不規(guī)則性和體積重量的特殊性，通常只能用理論計(jì)算的方法來確定它的重心[6]。即將構(gòu)件假設(shè)為無數(shù)個(gè)基礎(chǔ)單元的組合體，并將任意一個(gè)單元的位置和密度表述為：（x，y，z）和 ρ（x，y，z），整個(gè)構(gòu)件質(zhì)量定義為 m，則可以算出對(duì)于平板型構(gòu)件P，其重心位置可以表達(dá)為：對(duì)于不規(guī)則構(gòu)件體 V，其重心位置可表達(dá)為：

脫模起吊工作的起吊點(diǎn)須盡量接近于以上方法計(jì)算所得的重心，以避免造成安全事故[7]。

（七）構(gòu)件表面修整和驗(yàn)收

構(gòu)件在脫模后在一定程度上會(huì)有一些瑕疵，在經(jīng)過工程師鑒定此瑕疵不影響結(jié)構(gòu)受力的前提下，可以對(duì)這些瑕疵進(jìn)行修整，修整后的混凝土構(gòu)件應(yīng)該采取措施進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。建筑構(gòu)件的驗(yàn)收原則與構(gòu)件模具驗(yàn)收原則相似，遵循“先外觀目測(cè)，后檢測(cè)測(cè)量”的原則[8]。

PC構(gòu)件的模具設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)工藝是現(xiàn)代建筑技術(shù)的關(guān)鍵領(lǐng)域。在PC構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，從構(gòu)件生產(chǎn)模具的設(shè)計(jì)開始到生產(chǎn)后的構(gòu)件吊裝，都要嚴(yán)格按照要求，所生產(chǎn)的PC構(gòu)件才能在強(qiáng)度、抗壓等方面達(dá)到建筑設(shè)計(jì)要求。