馬川峰，祝玉君，田仁元，曹 正，楊 旭

(1.黑龍江宇輝新型建筑材料有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000；2.廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司，河北 廊坊 065001）

裝配式建筑是一種新型建造建筑的模式，其采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，并融合了現(xiàn)代化信息管理技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的必由之路。由住建部出臺(tái)的《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》指出，計(jì)劃到2025 年裝配式建筑面積占新開工建筑的比例30%以上。2020年由住建部、工業(yè)和信息化部等九部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》，該意見指出推進(jìn)新型建筑工業(yè)化與國家推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和裝配式建筑是一脈相承的。因此，以裝配式建筑為代表的新型建筑工業(yè)化被快速推進(jìn)，全國各地相繼建立了大量預(yù)制混凝土構(gòu)件工廠。

預(yù)制混凝土構(gòu)件作為裝配式建筑中最基本的組成單元，根據(jù)其在建筑物中發(fā)揮的功能不同，可以分為預(yù)制墻板、預(yù)制梁、預(yù)制柱等構(gòu)件，可通過工廠化生產(chǎn)，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行裝配，其工廠化生產(chǎn)是裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。雖然預(yù)制墻板構(gòu)件幾何形狀比較規(guī)范及批量大，其生產(chǎn)采用循環(huán)式流水線的生產(chǎn)方式，即通過模臺(tái)在流水線上流轉(zhuǎn)，依次完成各道加工工序，但是與其相配套鋼筋生產(chǎn)線為單一鋼筋設(shè)備的簡單堆砌，需要大量人工將半成品鋼筋綁扎成預(yù)制墻板構(gòu)件用鋼筋骨架，這種加工方式自動(dòng)化程度低，嚴(yán)重影響預(yù)制墻板構(gòu)件生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

為了提升預(yù)制墻板構(gòu)件的生產(chǎn)效率，我公司依托于科技部“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《預(yù)制混凝土構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備》，根據(jù)示范基地的實(shí)際需求引進(jìn)高效鋼筋骨架加工技術(shù)與設(shè)備，通過與現(xiàn)有的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝相結(jié)合，提升預(yù)制墻板構(gòu)件的生產(chǎn)效率，為我國裝配式建筑發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備保障。

1 PC構(gòu)件示范基地介紹

1.1 總體概述

示范基地主要包括原料堆場、PC 構(gòu)件生產(chǎn)車間、鍋爐房、攪拌站、成品構(gòu)件堆場、辦公實(shí)驗(yàn)樓等設(shè)施，占地面積15 萬m2，共計(jì)有220 塊模臺(tái)，年產(chǎn)能達(dá)到10.8 萬m3。該基地可生產(chǎn)裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、裝配整體式框剪結(jié)構(gòu)體系下，各種類型剪力墻、三明治外墻、外掛板、雙面疊合墻、輕質(zhì)填充墻、疊合樓板、樓梯、陽臺(tái)、梁、柱、綜合管廊等預(yù)制構(gòu)件。

1.2 PC構(gòu)件加工車間

PC 構(gòu)件加工車間的廠房結(jié)構(gòu)為排架結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)體系為彩鋼結(jié)構(gòu)，長為156m，寬為66m，占地面積為10 296m2。PC 構(gòu)件加工車間內(nèi)主要包括2 條自動(dòng)化流水生產(chǎn)線、1 條固定模臺(tái)生產(chǎn)線、1 條鋼筋生產(chǎn)線、1 套雙聯(lián)混凝土攪拌站。自動(dòng)化流水生產(chǎn)線尺寸為27m×180m，用于生產(chǎn)預(yù)制墻板、疊合樓板等預(yù)制構(gòu)件；固定模臺(tái)生產(chǎn)線尺寸為27m×100m，用于生產(chǎn)預(yù)制陽臺(tái)、預(yù)制樓梯等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的預(yù)制構(gòu)件；鋼筋生產(chǎn)線主要用于鋼筋成品和半成品的加工制作儲(chǔ)存；雙聯(lián)混凝土攪拌站可以為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線提供澆筑所需的混凝土。

1.3 預(yù)制墻板構(gòu)件流水生產(chǎn)線

預(yù)制墻板構(gòu)件的生產(chǎn)采用循環(huán)式的自動(dòng)化流水生產(chǎn)線，通過模臺(tái)在流水線上流轉(zhuǎn)，依次完成空模清理、數(shù)控噴油劃線、邊模安裝、鋼筋骨架綁扎、預(yù)埋件放置、混凝土澆筑和振搗、靜置養(yǎng)護(hù)、墻板抹光處理、預(yù)制構(gòu)件脫模、構(gòu)件起吊等預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝，其工藝布局如圖1 所示。

圖1 預(yù)制墻板工藝布局圖

1.4 鋼筋加工生產(chǎn)線

合理的空間布置是提高生產(chǎn)效率關(guān)鍵，特別是鋼筋加工區(qū)域內(nèi)設(shè)備眾多，功能多樣，布置時(shí)盡量按照預(yù)制構(gòu)件加工的工序流程。鋼筋加工中所用的設(shè)備包括桁架生產(chǎn)線、柔性焊網(wǎng)機(jī)、切斷機(jī)、板筋線、切斷調(diào)直機(jī)、彎箍機(jī)等，其布局如圖2 所示。鋼筋加工生產(chǎn)線區(qū)域設(shè)置有物流通道，主要用于將鋼筋原材運(yùn)輸?shù)戒摻罴庸^(qū)，或者是將鋼筋半成品及成品運(yùn)輸?shù)綐?gòu)件生產(chǎn)線。

圖2 鋼筋生產(chǎn)線布局圖

2 預(yù)制墻板構(gòu)件生產(chǎn)線的研究應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目介紹

預(yù)制墻板構(gòu)件生產(chǎn)線包括疊合板流水生產(chǎn)線、預(yù)制外墻板流水生產(chǎn)線和預(yù)制內(nèi)墻板流水生產(chǎn)線，其鋼筋骨架加工流程如圖3 所示。鋼筋焊接網(wǎng)片（簡稱網(wǎng)片）和封閉箍筋是預(yù)制墻板構(gòu)件用鋼筋骨架的基本組成單元，其加工精度和效率直接影響到預(yù)制墻板用鋼筋骨架加工。

圖3 鋼筋骨架加工流程示意圖

本項(xiàng)目采用廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司新研制的多規(guī)格焊網(wǎng)生產(chǎn)線和封閉箍筋生產(chǎn)線。與傳統(tǒng)焊網(wǎng)機(jī)相比，多規(guī)格焊網(wǎng)生產(chǎn)線針對預(yù)制構(gòu)件中鋼筋骨架多規(guī)格、小批量、周期性生產(chǎn)的特點(diǎn)，通過對不同規(guī)格鋼筋自動(dòng)切換技術(shù)和橫、縱筋同步供料技術(shù)進(jìn)行突破，實(shí)現(xiàn)多種規(guī)格網(wǎng)片的連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)，其加工網(wǎng)片的精度可以控制在±3mm。采用多規(guī)格焊網(wǎng)生產(chǎn)線和封閉箍筋生產(chǎn)線分別生產(chǎn)成型的網(wǎng)片和封閉箍筋，保證預(yù)制墻板用鋼筋骨架組合成型精度，提高預(yù)制墻板用鋼筋骨架加工效率，實(shí)現(xiàn)預(yù)制墻板用鋼筋骨架快速入模與拆模，加快了預(yù)制墻板自動(dòng)流水生產(chǎn)線的節(jié)拍，提升預(yù)制墻板自動(dòng)流水生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

1）多規(guī)格橫縱筋同步矯直切斷與分解的自動(dòng)供料技術(shù) 多規(guī)格焊網(wǎng)生產(chǎn)線采用一種多規(guī)格橫、縱筋同步矯直切斷與分解的自動(dòng)供料技術(shù)，通過多組交錯(cuò)布置帶有V 槽的壓輪，根據(jù)鋼筋規(guī)格的不同調(diào)節(jié)各組壓輪的壓下量，實(shí)現(xiàn)了鋼筋的高速高精度矯直功能，再通過由伺服電機(jī)通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)三套矯直機(jī)構(gòu)同步上下移動(dòng)，與自動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)和剪切機(jī)構(gòu)相配合，實(shí)現(xiàn)了供料時(shí)三種規(guī)格鋼筋自動(dòng)在線轉(zhuǎn)換和橫、縱筋同步定尺切斷與分解。

2）雙側(cè)智能配筋與多段交替?zhèn)魉屯讲剂霞夹g(shù) 多規(guī)格焊網(wǎng)生產(chǎn)線采用一種雙側(cè)智能配筋與多段交替?zhèn)魉屯讲剂霞夹g(shù)，通過撥叉型機(jī)械手左右擺動(dòng)，將不同長度的橫筋條分解至兩側(cè)料倉，再通過一種階梯式多級推送機(jī)構(gòu)，將不同尺寸的橫筋條推送至指定的上料工位上，實(shí)現(xiàn)同一工位上不同長度的橫筋條的分解、排布與組合的功能，最后通過平行排列帶有V 型鏈板的輸送鏈組，通過電機(jī)控制輸送鏈組的移動(dòng)距離，實(shí)現(xiàn)不同形狀的網(wǎng)片布料功能。

3）全坐標(biāo)自動(dòng)焊接技術(shù) 多規(guī)格焊網(wǎng)生產(chǎn)線采用一種全坐標(biāo)自動(dòng)焊接技術(shù)，將每個(gè)焊點(diǎn)根據(jù)其所在的坐標(biāo)位置分成多個(gè)焊接回路，每個(gè)焊接回路可以根據(jù)焊點(diǎn)不同自動(dòng)匹配焊接電流、時(shí)間及壓力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼筋網(wǎng)片連續(xù)高效自動(dòng)化焊接功能。

4）封閉箍筋自動(dòng)成型技術(shù) 封閉箍筋生產(chǎn)線采用一種封閉箍筋自動(dòng)成型技術(shù)，通過控制兩個(gè)帶有電極夾鉗的機(jī)械手進(jìn)行多自由度的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在箍筋彎曲成型的同時(shí)對封閉箍筋的兩個(gè)端頭自動(dòng)抓取、定位和焊接功能。焊接過程中自動(dòng)控制機(jī)械手移動(dòng)的位移量和焊接參數(shù)，確保封閉箍筋的焊接質(zhì)量。

2.3 生產(chǎn)線運(yùn)行效果

預(yù)制墻板構(gòu)件流水線的產(chǎn)能是用每日或每年內(nèi)生產(chǎn)預(yù)制墻板構(gòu)件的體積來衡量，其跟流水線的節(jié)拍、模臺(tái)尺寸、模臺(tái)數(shù)量、模臺(tái)利用率、完成各道工序所需時(shí)間有關(guān)。本次示范采用的PC模臺(tái)長為12m，寬為3.2m，生產(chǎn)節(jié)拍為20min，共有200 塊，工人輪班數(shù)量為2 次，每天凈生產(chǎn)時(shí)間為8h/班，模臺(tái)有效利用率為0.6，每日的產(chǎn)能為150m3。與傳統(tǒng)人工綁扎鋼筋骨架相比，節(jié)省人工20 人，縮短鋼筋骨架加工時(shí)間30min，預(yù)制墻板生產(chǎn)線加工效率提升60%。

2.4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益

預(yù)制構(gòu)件工廠化生產(chǎn)改變了傳統(tǒng)施工方式，將施工現(xiàn)場的勞動(dòng)密集性和重復(fù)性工作轉(zhuǎn)移到工廠內(nèi)，根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的定型化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝進(jìn)行工廠化布局，利用機(jī)械化和自動(dòng)化的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，從而提高勞動(dòng)效率，縮短施工工期。預(yù)制構(gòu)件實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化工廠生產(chǎn)，減少浪費(fèi)，節(jié)約原材料，與傳統(tǒng)建筑相比，可節(jié)約10%左右水泥和鋼材，環(huán)境污染少，符合我國綠色建筑的發(fā)展。

3 結(jié)論

隨著裝配式建筑的發(fā)展，預(yù)制構(gòu)件工廠化生產(chǎn)將逐步取代人工操作環(huán)節(jié)，朝著機(jī)械化、自動(dòng)化、管理信息化的方向發(fā)展。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝作為預(yù)制構(gòu)件工廠化的基礎(chǔ)，加大其研究與應(yīng)用顯得尤為重要。

本文以預(yù)制墻板構(gòu)件生產(chǎn)線為研究對象，根據(jù)工廠的預(yù)制墻板構(gòu)件生產(chǎn)線布局和生產(chǎn)需求，引入新型高效高精度的鋼筋加工設(shè)備多規(guī)格焊網(wǎng)生產(chǎn)線和封閉箍筋生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)鋼筋骨架高效自動(dòng)加工和快速組合入模，加快了預(yù)制墻板構(gòu)件生產(chǎn)線的流轉(zhuǎn)效率，提升流水生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。