亓 群，李海生，韓松燦，姜云雷，呂 鑫

(1.榮華建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 青島 266600；2.榮華智能集成建造科技有限公司，山東 青島 266000；3.山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590)

0 引言

裝配式作為機(jī)械工業(yè)化生產(chǎn)安裝、集成標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、信息化管控和智能化工程應(yīng)用的現(xiàn)代化工程建造方式[1-2]，是建筑行業(yè)不斷向工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化和低碳化發(fā)展的一條必經(jīng)之路。預(yù)制構(gòu)件是最小的生產(chǎn)單元，作為裝配式建筑的核心貫穿了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工整個(gè)階段。但隨著預(yù)制構(gòu)件規(guī)格、類(lèi)型的不斷增加，對(duì)構(gòu)件信息的管理及構(gòu)件實(shí)體的存放利用等問(wèn)題亟待解決，因此，建立裝配式生產(chǎn)工藝分類(lèi)編碼體系，在實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息參數(shù)管理、提高生產(chǎn)效率等方面有舉足輕重的作用。

諸多學(xué)者針對(duì)裝配式構(gòu)件分類(lèi)編碼體系進(jìn)行了深入研究。丁少華[3]提出了BIM技術(shù)環(huán)境下編碼體系的應(yīng)用方案，并結(jié)合具體工程案例進(jìn)行分析，論證了預(yù)制構(gòu)件編碼體系的可行性。印江[4]建立了裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)、施工和驗(yàn)收過(guò)程的質(zhì)量信息化平臺(tái)，為編碼體系的應(yīng)用提供了載體。李逸澤[5]通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外裝配式標(biāo)準(zhǔn)體系，提出具體的分類(lèi)和編碼規(guī)則，利用BIM-RFID技術(shù)作為載體和平臺(tái)，保證編碼信息在項(xiàng)目各階段的流通。董嘉林等[6]通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外信息分類(lèi)編碼體系框架內(nèi)容，制定了適用于我國(guó)裝配式建筑構(gòu)件的編碼規(guī)則。

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工，主要是針對(duì)節(jié)點(diǎn)及構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，因此難免會(huì)造成預(yù)制構(gòu)件類(lèi)型繁雜，不利于裝配式工廠實(shí)施流水作業(yè)?；贐IM技術(shù)，嘗試建立集成化、信息化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)，并創(chuàng)建多方協(xié)同辦公平臺(tái)。利用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模型避免出現(xiàn)沖突，保障預(yù)制裝配式構(gòu)件信息的上傳、留存及調(diào)用。目前預(yù)制構(gòu)件裝配式工廠的信息化程度較低，大多采用人力規(guī)劃的方式進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的制定和實(shí)施，不僅出錯(cuò)率高、效率低，且對(duì)加急構(gòu)件生產(chǎn)的應(yīng)急能力也有待進(jìn)一步提高[7]。

基于上述背景，本文針對(duì)裝配式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝及存在問(wèn)題進(jìn)行分析，提出一種裝配式施工工藝編碼分類(lèi)體系，其中裝配式生產(chǎn)工藝主要包括組裝模具、安置鋼筋、放置預(yù)埋件、澆筑混凝土并振搗拉毛、構(gòu)件養(yǎng)護(hù)、拆模、構(gòu)件成品檢查、修補(bǔ)等工序；特點(diǎn)主要是工藝連續(xù)性較強(qiáng)、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、單位尺寸較大等，針對(duì)不同構(gòu)件有不同的預(yù)制生產(chǎn)工藝?；诖耍岢鲆环N構(gòu)件分類(lèi)編碼體系，通過(guò)編碼概括構(gòu)件的生產(chǎn)工藝及所需的人力物力等信息，可提高裝配式的生產(chǎn)效率，有利于提高裝配式工廠應(yīng)對(duì)緊急構(gòu)件生產(chǎn)的能力[8]。

1 裝配式編碼數(shù)據(jù)庫(kù)局限性分析

傳統(tǒng)構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)參與方復(fù)雜、信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量龐大、組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜。參與方對(duì)信息要求不同，因此針對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)收集及信息處理至關(guān)重要；隨著項(xiàng)目進(jìn)展，需對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳和更新；需滿足高時(shí)效性和流動(dòng)性，表現(xiàn)在能保證多客戶(hù)端同時(shí)接入，實(shí)現(xiàn)信息同步更新，保證信息快速流動(dòng)。針對(duì)上述分析，現(xiàn)階段裝配式數(shù)據(jù)庫(kù)主要存在以下不足。

1)信息種類(lèi)和數(shù)量較少。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)由于受到技術(shù)限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的便捷、快速存儲(chǔ)；受市場(chǎng)需求的影響，構(gòu)件庫(kù)主要由設(shè)計(jì)單位組建，造成設(shè)計(jì)單位無(wú)法準(zhǔn)確了解施工單位和生產(chǎn)單位的需求。

2)信息分類(lèi)能力需進(jìn)一步提高。傳統(tǒng)交流方式主要是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雜亂無(wú)序溝通，構(gòu)件庫(kù)的技術(shù)設(shè)計(jì)人員無(wú)法完全領(lǐng)會(huì)對(duì)方的實(shí)際需要，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)裝配式數(shù)據(jù)庫(kù)信息實(shí)現(xiàn)有效分類(lèi)。

3)信息流動(dòng)性有待提高。構(gòu)件庫(kù)的構(gòu)件信息大部分 是相互獨(dú)立的，僅僅存儲(chǔ)原始信息，不能實(shí)現(xiàn)信息的流動(dòng)和更新，信息使用率較低。

基于上述對(duì)裝配式數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)狀的分析，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)象的預(yù)制參數(shù)化數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行改進(jìn)，以滿足不同層面功能構(gòu)架的設(shè)計(jì)需要。若滿足構(gòu)件庫(kù)的正常使用，亟待解決以下問(wèn)題：①制定合理的構(gòu)件入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，包括如何進(jìn)行構(gòu)件信息的上傳、審核和入庫(kù)；②構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)包含哪些功能；③構(gòu)件創(chuàng)建形式的研究，如何劃分構(gòu)件信息層次深度；④如何在裝配式構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)中快速、準(zhǔn)確檢索構(gòu)件；⑤如何準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息的增、減和更新等操作；⑥如何在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存、調(diào)用、流通相關(guān)工程項(xiàng)目的構(gòu)件信息。

借助BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的創(chuàng)建，利用BIM參數(shù)化優(yōu)勢(shì)，對(duì)構(gòu)件信息進(jìn)行快速整合；通過(guò)對(duì)構(gòu)件分類(lèi)及編碼，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息深度劃分及構(gòu)件標(biāo)識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的快速檢索。結(jié)合對(duì)工程項(xiàng)目流程梳理，提出構(gòu)件庫(kù)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，如圖1所示。

圖1 構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)思路

2 裝配式生產(chǎn)工藝研究

預(yù)制裝配式構(gòu)件生產(chǎn)流程有單一的工藝方式，也包含多種工藝相互組合的方式。①單條流水線 主要針對(duì)板式等標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)，如疊合板；②部分固定模臺(tái)+單條流水線 設(shè)置的單條流水線主要生產(chǎn)板式構(gòu)件，固定模臺(tái)生產(chǎn)一些復(fù)雜異形構(gòu)件；③雙條流水線 為提高流水線的生產(chǎn)效率，設(shè)置2條施工流水線，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型構(gòu)件產(chǎn)品的生產(chǎn)；④預(yù)應(yīng)力生產(chǎn)工藝 當(dāng)市場(chǎng)需求量大時(shí)，可設(shè)置專(zhuān)門(mén)的工廠流水線生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力樓板等構(gòu)件，同時(shí)可作為其他預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的附加流水線；⑤固定模臺(tái) 固定模臺(tái)可生產(chǎn)眾多類(lèi)型構(gòu)件，生產(chǎn)靈活性相對(duì)較強(qiáng)，如剪力墻板、疊合樓板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)板、疊合梁等構(gòu)件均可通過(guò)固定模臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)；⑥立模+固定模臺(tái) 主要用于生產(chǎn)板式構(gòu)件，包括立模生產(chǎn)和固定模臺(tái)生產(chǎn)區(qū)域。

固定模臺(tái)生產(chǎn)工藝為：首先準(zhǔn)備構(gòu)件加工所需原料(水泥、石子、砂、預(yù)埋件、鋼筋等)，組裝模具；然后安裝鋼筋骨架及預(yù)埋件，通過(guò)布料機(jī)澆筑預(yù)先配制攪拌好的混凝土并振搗，待澆筑完成后對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行覆蓋，并進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)和脫膜，無(wú)需修補(bǔ)則將構(gòu)件移動(dòng)到指定存放地。

流水線生產(chǎn)工藝主要包括半自動(dòng)、全自動(dòng)和手控流水線3種類(lèi)型。全自動(dòng)流水線設(shè)備可實(shí)現(xiàn)鋼筋全自動(dòng)加工和混凝土成型。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)接全自動(dòng)化，生產(chǎn)機(jī)器自動(dòng)完成模板清理、劃線、組裝模具、噴脫模劑、鋼筋加工、放置鋼筋及預(yù)埋件、澆筑振搗混凝土、養(yǎng)護(hù)等過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。半自動(dòng)流水線也可實(shí)現(xiàn)部分工序自動(dòng)化，但加工鋼筋及入模等操作仍需工人完成。手控流水線是利用機(jī)械裝置將模臺(tái)運(yùn)送至每個(gè)加工區(qū)，一個(gè)循環(huán)完成后構(gòu)件進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段，其工人和對(duì)應(yīng)工作區(qū)相對(duì)固定，且在固定的位置上進(jìn)行振搗澆筑等工作。固定模臺(tái)和半自動(dòng)流水線生產(chǎn)流程如圖2所示。

圖2 裝配式構(gòu)件生產(chǎn)流程

3 生產(chǎn)工藝編碼體系研究

目前從分類(lèi)結(jié)構(gòu)而言，裝配式預(yù)制構(gòu)件分類(lèi)方法包括面分法、線分法和混合分類(lèi)法。在設(shè)計(jì)原理基礎(chǔ)上，要保證構(gòu)件編碼的唯一性、可操作性、通用性、可擴(kuò)展性等。綜合運(yùn)用編碼的唯一特性及BIM的優(yōu)勢(shì)，對(duì)構(gòu)件生產(chǎn)各階段信息實(shí)施管理，提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，降低返工率，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的價(jià)值。

通過(guò)結(jié)合裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件分類(lèi)及編碼設(shè)計(jì)的原則思路，設(shè)計(jì)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝分類(lèi)編碼包括3層代碼，第1,2層分別采用2位羅馬數(shù)字代碼，第3層采用12位羅馬數(shù)字代碼，其中包括6組2位羅馬數(shù)字，每層代碼中間采用“—”進(jìn)行連接。具體結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 編碼結(jié)構(gòu)

第1層代碼表示裝配式預(yù)制構(gòu)件的類(lèi)型，包括預(yù)制混凝土梁、柱、樓板等；第2層代碼表示裝配式預(yù)制構(gòu)件的構(gòu)件名稱(chēng)，以混凝土梁板為例有框架梁、連梁、非框架梁、基礎(chǔ)梁、墻梁、挑梁、過(guò)梁等；第3層代碼表示該構(gòu)件具體生產(chǎn)工藝，裝配式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程可大致分為組模、綁扎放置鋼筋及預(yù)埋件、混凝土澆筑及振搗、養(yǎng)護(hù)、拆模、成品檢查與修補(bǔ)6個(gè)主要過(guò)程。

實(shí)際使用過(guò)程中可結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際需要，在不違背編碼的原則條件下，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的細(xì)化或增加。上述第1，2層代碼均從“01”至“99”按順序進(jìn)行排列，不足位用0補(bǔ)齊，第3層代碼從“01*01*01*01*01*01”至“99*99*99*99*99*99”按照順序進(jìn)行排列，不足位用0補(bǔ)齊。

第1位次和第2位次代碼分別表示預(yù)制構(gòu)件類(lèi)型和細(xì)分類(lèi)型，以裝配式混凝土住宅為例，列舉預(yù)制構(gòu)件庫(kù)如表1所示。

表1 裝配式混凝土住宅預(yù)制構(gòu)件庫(kù)

表2 部分裝配式構(gòu)件生產(chǎn)工藝

如表1所示，第1層代碼由“01”至“11”分別表示上表“預(yù)制混凝土梁”至“預(yù)制女兒墻”。以預(yù)制混凝土梁為例，第2層代碼由“01”至“07”分別表示“框架梁、連梁、非框架梁、基礎(chǔ)梁、墻梁、挑梁、過(guò)梁”。

以第3層第2組代碼為例，闡述放置鋼筋及預(yù)埋件的生產(chǎn)工藝，人工綁扎可分為：一面順扣綁扎法、十字花扣綁扎法、反十字花扣綁扎法、兜扣綁扎法、纏扣綁扎法，在代碼中由“01*01*01*01*01*01”至“01*05*01*01*01*01”表示。半自動(dòng)綁扎法可由工人手持鋼筋綁扎機(jī)進(jìn)行綁扎，自動(dòng)綁扎法包括機(jī)械手綁扎和無(wú)人機(jī)自動(dòng)綁扎等。結(jié)合上述半自動(dòng)、全自動(dòng)鋼筋綁扎等方法，將第3層第2組代碼編至“08”。對(duì)于是否需要布置預(yù)埋件，將第3層第2組代碼編至“16”。

以第3層第3組代碼為例，混凝土澆筑法有人工翻鍬加插釬振搗、人力斗車(chē)加振搗器、自動(dòng)卸料攤鋪干硬性混凝土加碾壓、吊灌溜筒灌注加振搗器、地泵運(yùn)送加布料機(jī)加平板振搗器、車(chē)泵直接灌注加適量振搗、泵送灌注自密實(shí)混凝土等。依據(jù)是否需分層澆筑，可分為普通澆筑、分層澆筑振搗、分層斜面澆筑、分層澆筑逐步推進(jìn)等。

綜上所述，受篇幅限制本文只對(duì)部分裝配式構(gòu)件生產(chǎn)工藝進(jìn)行編碼，如表2所示。用于裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)工藝編碼方案分為3級(jí)：第1級(jí)為構(gòu)件類(lèi)型編碼、第2級(jí)為構(gòu)件名稱(chēng)編碼、第3級(jí)為生產(chǎn)工藝編碼。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從裝配式預(yù)制構(gòu)件編碼數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性入手，分析了當(dāng)前階段一些數(shù)據(jù)庫(kù)的不足，并針對(duì)存在的缺陷，提出需解決的問(wèn)題。然后整理、歸納和總結(jié)裝配式生產(chǎn)工藝，主要包括固定模臺(tái)和流水線在內(nèi)的6種生產(chǎn)工藝，并針對(duì)不同生產(chǎn)工藝?yán)L制其對(duì)應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件制作流程，結(jié)合不同生產(chǎn)工藝分析其所需的機(jī)械材料及人力資源。最后提出3層羅馬數(shù)字代碼，從生產(chǎn)工藝的角度對(duì)裝配式預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)編碼。