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        裝配式混凝土建筑預(yù)制構(gòu)件的定制生產(chǎn)組織設(shè)計(jì)

        2022-09-07 06:40:32湯序霖何炳泉黃厚軍葉嘉彬
        廣東土木與建筑 2022年8期
        關(guān)鍵詞:平面布置堆場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件

        湯序霖,何炳泉,黃厚軍,2,葉嘉彬

        (1、廣州機(jī)施建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣州 510725;2、廣州市建筑集團(tuán)有限公司 廣州 510030)

        《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出,將大力發(fā)展智能建造和裝配式建筑,促進(jìn)建筑業(yè)從追求高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。裝配式建筑已成為推動(dòng)建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要抓手[1?2],而預(yù)制混凝土構(gòu)件的工廠生產(chǎn)則是整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型的重要樞紐。將分散各地的施工作業(yè)轉(zhuǎn)入集中的預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn),具有如下明顯優(yōu)勢(shì):加速專業(yè)化隊(duì)伍的引入,為后續(xù)引入自動(dòng)化生產(chǎn)提供了便利[3];極大減少施工過(guò)程的高空作業(yè),提高施工安全性;提升建筑產(chǎn)品的質(zhì)量[4]。

        預(yù)制混凝土構(gòu)件的工廠生產(chǎn)是裝配式建筑研究中的關(guān)鍵點(diǎn),已有的研究主要集中在生產(chǎn)的過(guò)程,如生產(chǎn)工藝[5]、預(yù)制構(gòu)件模具設(shè)計(jì)與選用等[6]。目前裝配式全面應(yīng)用的趨勢(shì)下,預(yù)制構(gòu)件的定制化生產(chǎn)難以避免。同時(shí),由于相關(guān)產(chǎn)品的體積大,僅基于工藝過(guò)程的組織生產(chǎn)方式容易導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件廠的堆場(chǎng)迅速進(jìn)入飽和癱瘓狀態(tài),不利于工廠產(chǎn)能提升。因此,本文以某裝配式建筑項(xiàng)目為例,基于項(xiàng)目對(duì)象分析需求邊界條件,提出預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)進(jìn)度與施工現(xiàn)場(chǎng)相協(xié)調(diào)的組織方式,以期對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)組織提供參考與借鑒。

        1 項(xiàng)目背景

        廣州某大廈采用混凝土框架?剪力墻結(jié)構(gòu)體系,地上19 層,其中7 層以上框架部分全預(yù)制拼裝,裝配率達(dá)67%[7],其建筑效果如圖1 所示。項(xiàng)目總建筑面積約4.4萬(wàn)m2,建筑高78.5 m,地上19層。預(yù)制構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)層的分布如圖2所示,種類有:預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、全預(yù)制陽(yáng)臺(tái)。項(xiàng)目中預(yù)制構(gòu)件總數(shù)量為3 246件,具體如表1所示。

        表1 項(xiàng)目的預(yù)制構(gòu)件總數(shù)Tab.1 Total Prefabricated Components of the Project

        圖1 某大廈效果Fig.1 Design Sketch of the Building

        圖2 預(yù)制構(gòu)件分布示意圖Fig.2 Distribution Diagram of Prefabricated Components

        2 預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)組織

        2.1 目標(biāo)分析與組織形式

        本項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)中計(jì)劃結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度為6~7天/層,通過(guò)分析包括預(yù)制構(gòu)件在內(nèi)的垂直運(yùn)輸能力,選用2 臺(tái)TC7030 塔吊,可滿足6 天/層的需求。采用如圖3所示的施工平面布置,由于現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄,布置的預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)存放數(shù)量有限,僅可作為預(yù)制構(gòu)件的周轉(zhuǎn)場(chǎng)地,不適合大面積儲(chǔ)存。

        圖3 項(xiàng)目施工平面布置Fig.3 Plane Arrangement of Construction Project

        本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件廠的平面布置如圖4 所示,經(jīng)分析,工廠堆場(chǎng)可存放約2層的預(yù)制構(gòu)件。

        圖4 預(yù)制構(gòu)件廠平面分析Fig.4 Plane Arrangement of Prefabricated Component Factory

        綜合上述條件,采用預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)進(jìn)度與施工現(xiàn)場(chǎng)相協(xié)調(diào)的組織方式,按“構(gòu)件廠生產(chǎn)?構(gòu)件廠儲(chǔ)存?現(xiàn)場(chǎng)堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)”方式流水。預(yù)制構(gòu)件廠先生產(chǎn)兩層的預(yù)制構(gòu)件,然后按6天/層的強(qiáng)度持續(xù)進(jìn)行至項(xiàng)目構(gòu)件生產(chǎn)完成。該生產(chǎn)組織方式既能滿足項(xiàng)目施工進(jìn)度的要求,同時(shí)考慮預(yù)制構(gòu)件廠與施工現(xiàn)場(chǎng)堆場(chǎng)的儲(chǔ)存條件,流水生產(chǎn)的組織方式強(qiáng)度均勻、費(fèi)用較低。同時(shí),利用先生產(chǎn)兩層的預(yù)制構(gòu)件作為適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存量提供了緩沖周轉(zhuǎn),防止現(xiàn)場(chǎng)階段性趕工或預(yù)制構(gòu)件損壞而需更換。

        按上述生產(chǎn)組織方式,預(yù)制構(gòu)件廠規(guī)劃生產(chǎn)1 層的預(yù)制構(gòu)件量為6 d,并提前12 d 啟動(dòng)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)。預(yù)制構(gòu)件廠每天所需生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量如表2所示。

        表2 預(yù)計(jì)生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件效率與模具數(shù)量分析Tab.2 Expected Production Efficiency of Prefabricated Components and Analysis of Mould Numbers

        2.2 模具的數(shù)量確定

        預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的主要模具類型如圖5所示,預(yù)制疊合板的采用鋼底模與可組合側(cè)模具的方案如圖5?所示,預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯、全預(yù)制陽(yáng)臺(tái)等采用定制的獨(dú)立模具方案如圖5?所示。

        圖5 主要模具類型Fig.5 The Types of Moulds

        生產(chǎn)預(yù)制疊合板的鋼底模數(shù)量的確定主要按層平鋪的面積進(jìn)行套數(shù)估算。具體實(shí)施中,由于鋼底模作為預(yù)制構(gòu)件廠的初始建設(shè)項(xiàng)目,因此只需要進(jìn)行項(xiàng)目的核算;同時(shí),組合側(cè)模可進(jìn)行尺寸的組合,多項(xiàng)目側(cè)模重復(fù)使用的情況也較為普遍。此外,目前采用流水生產(chǎn)線生產(chǎn)疊合板也是一種常用的方式。但對(duì)于預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯、全預(yù)制陽(yáng)臺(tái)等采用定制的獨(dú)立模具,標(biāo)準(zhǔn)化的程度較底,對(duì)項(xiàng)目的生產(chǎn)組織關(guān)系密切。獨(dú)立模具的數(shù)量確定往往是生產(chǎn)組織中的重點(diǎn),其影響因素主要包括:預(yù)制構(gòu)件種類、數(shù)量、尺寸、生產(chǎn)工藝等。以采用獨(dú)立模具的預(yù)制柱為例,對(duì)其確定流程展開(kāi)分析。

        ⑴ 如表2 所示,對(duì)預(yù)制柱模具的影響最大的因素為生產(chǎn)效率。在每日生產(chǎn)數(shù)量固定的情況下,可通過(guò)節(jié)約生產(chǎn)過(guò)程模具的占用時(shí)間,從而減少固定模具的數(shù)量。因此,采用早強(qiáng)混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝,縮短構(gòu)件脫模時(shí)間效果最為明顯。本項(xiàng)目中,由于采用蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝成本過(guò)高,因此采用早強(qiáng)混凝土達(dá)到2 d 脫模的效果,初步確定預(yù)制柱的模具為12套。

        ⑵初步確定預(yù)制柱的模具數(shù)量后,需對(duì)構(gòu)件尺寸進(jìn)行分析,合并歸類本項(xiàng)目所有預(yù)制柱(共計(jì)407件)的尺寸信息,分析確定12套模板的尺寸,如表3 所示。對(duì)于梁、柱等直線型構(gòu)件,僅考慮截面尺寸,實(shí)際模具長(zhǎng)度覆蓋構(gòu)件中的最大長(zhǎng)度,以端模調(diào)整符合各構(gòu)件,本項(xiàng)目將柱分為5 種類型。其中類型4 不單獨(dú)開(kāi)模,基于類型1 或者類型2 的模具,利用墊高塊配合改裝完成;類型5為剩余非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件,且與前3 類形式?jīng)]有任一截面尺寸相同,可考慮采用木模板完成。

        ⑶確定柱模板的數(shù)量和尺寸后,進(jìn)行柱端模具的確定工作。由于采用出筋的構(gòu)件制作方式,端模與配筋的關(guān)系密切,可優(yōu)化的空間受限。主要考慮截面配筋的數(shù)量與位置,并通過(guò)端部橡膠塞的使用,減少端模的種類。

        通過(guò)上述步驟,完成模具的確定工作,可得出以下規(guī)律:①對(duì)疊合板等板式構(gòu)件而言,主要采用固定的鋼底模與組合式側(cè)模,與獨(dú)立模具的分析方法不同;②從單項(xiàng)目分析,其標(biāo)準(zhǔn)化的水平并不是影響模具的唯一因素,從表3 可知由于受構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)度與模具占用的影響,使相同截面尺寸的柱模具的類型1 需要7套;③從項(xiàng)目模具的周轉(zhuǎn)次數(shù)來(lái)看,本項(xiàng)目柱子模具周轉(zhuǎn)基本在30 次左右,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)層的周轉(zhuǎn),或者更廣義的同地塊多棟單體項(xiàng)目的周轉(zhuǎn),可降低模具的攤銷費(fèi)用,減小成本增量;④對(duì)于與配筋影響關(guān)系密切的柱端部模板或者零散的非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模板,可以采用“鋼模+木模具”或“木模板”等方案。

        表3 預(yù)制柱種類匯總Tab.3 The Types of Precast Columns

        上述分析結(jié)論僅針對(duì)預(yù)制構(gòu)件的模具組織,項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化雖對(duì)單項(xiàng)目的模具影響有限,但對(duì)工人的生產(chǎn)效率也有重要的影響;同時(shí),對(duì)于多項(xiàng)目而言,標(biāo)準(zhǔn)化的整體水平對(duì)整個(gè)構(gòu)件廠的模具改裝費(fèi)用攤銷等存在一定影響[8]。

        2.3 工廠生產(chǎn)區(qū)域場(chǎng)地布置

        通過(guò)上述的流程確定預(yù)制構(gòu)件的模具后,其工廠場(chǎng)地平面布置的本質(zhì)之一是將鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工藝在空間中進(jìn)行分布,以方便生產(chǎn)的組織[9]。本項(xiàng)目的工廠生產(chǎn)區(qū)域平面布置如圖6 所示,分為鋼筋綁扎區(qū)域、模具區(qū)域與質(zhì)檢區(qū)域等。

        圖6 預(yù)制構(gòu)件廠平面分析Fig.6 Analysis of Plane Arrangement of Prefabricated Component Factory (m)

        如圖6 所示,基于項(xiàng)目的生產(chǎn)組織需要考慮的要點(diǎn)包括:①自動(dòng)化的板式生產(chǎn)線或鋼底模的布置需大量設(shè)備調(diào)試等工作[10],基本屬于永久性布置,該部分主要是進(jìn)行產(chǎn)能復(fù)核;②獨(dú)立模具的布置較為靈活,可根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,主要考慮工廠中如大型龍門吊等永久設(shè)備的布置狀況,充分提高固定設(shè)備的使用率,對(duì)降低成本的作用明顯;③工廠平面布置中,可考慮汽車吊等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充;④場(chǎng)地的布置應(yīng)考慮材料組織的動(dòng)線,盡可能便于工人操作,以及形成工序流轉(zhuǎn);⑤最后再進(jìn)行場(chǎng)地的進(jìn)一步復(fù)核。

        3 結(jié)論

        目前裝配式全面應(yīng)用的趨勢(shì)下,預(yù)制構(gòu)件的定制化生產(chǎn)屬性難以避免。為此,提出預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)進(jìn)度與施工現(xiàn)場(chǎng)相協(xié)調(diào)的組織方式,按“構(gòu)件廠生產(chǎn)?構(gòu)件廠儲(chǔ)存?現(xiàn)場(chǎng)堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)”方式流轉(zhuǎn),重點(diǎn)分析了模具數(shù)量的確定方法與工廠場(chǎng)地平面布置要點(diǎn),同時(shí)得出以下主要結(jié)論:

        ⑴該生產(chǎn)組織方式適合當(dāng)前預(yù)制構(gòu)件的定制化生產(chǎn)屬性,避免了堆場(chǎng)等倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)快速進(jìn)入飽和癱瘓狀態(tài);

        ⑵通過(guò)節(jié)約生產(chǎn)過(guò)程模具的占用時(shí)間,如采用早強(qiáng)混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝縮短構(gòu)件脫模時(shí)間,有利于減少固定模具數(shù)量,效果明顯;

        ⑶對(duì)于零散的非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件或與配筋影響關(guān)系密切的柱端部等模板,可以采用“鋼模+木模具”、“木模板”等方案,降低生產(chǎn)的成本。

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