现代烧结粘土砖工业自动化与建筑节能欧洲考察与思考

陈继浩 冀志江 曹延鑫（中国建筑材料科学研究总院，北京 100024）

现代烧结粘土砖工业自动化与建筑节能欧洲考察与思考

陈继浩 冀志江 曹延鑫（中国建筑材料科学研究总院，北京 100024）

考察了欧洲装配式节能建筑所用现代烧结空心砖建材和墙体砌筑自动化生产的情况，认为可以借鉴欧洲在装配式住宅和建筑节能方面发展的经验和思路。我国应在建材生产和建筑构件的制造及整体建筑业大力发展高度机械化、高度自动化的高效建材生产技术和针对传统建筑材料节能性能的提升与改善技术，并密切配合装配式建筑的发展，进行配套建材构件的创新发展，促进建筑业整体水平的提升。

烧结多孔砖；自动化生产；建筑节能；装配式建筑

中国的建筑工业化目前正进入转型升级发展的新阶段，伴随着我国劳动力达到顶峰并逐渐减少，以及与发达国家相比建筑业较为落后的现状，要求建筑产业在现代化发展方面做出整体提升，这需要建筑工业各个行业密切合作，共同创新，促进建筑工业的根本转变。

装配式建筑将以其自动化、工业化生产、现场施工效率提高、节水节材等优势得到快速发展，是建筑产业化的重要标志，具有良好的经济、社会和环境效益。我国政府在2013年通过《绿色建筑行动方案》和《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》，促进装配式建筑和绿色建筑的普及，同时大力推广绿色建材，实现建筑工业化的节能体系[1,2]。我国的住宅产业化仍处于起步阶段，需要对国外发展经验进行深入了解，促进我国装配式住宅的快速发展[3]。我们于2016年8月考察了奥地利威尔士附近工业区的现代化烧结空心粘土砖生产线及其自动化墙体砌筑生产线，并就其空心粘土砖自动化生产线和预制墙体自动化生产线和建筑节能技术进行了交流，对其自动化生产水平和建筑节能技术发展印象深刻，也引发了对我国建筑工业和装配式住宅发展的思考。

1 欧洲国家装配式建筑发展现状

世界能源紧缺、环保压力加大，急剧增加的建设需求和劳动力短缺使成本持续上涨，欧洲国家在建筑业大力发展装配式住宅及建筑材料的机械化、自动化生产技术和建筑节能方面做出了持续努力，目前已经得到广泛应用，处于世界前列，在德国住宅预制装配式构件比例达到94.5%。这种建筑的优点是建造速度快，受气候与环境制约小，易于拆除可回收，建筑垃圾少，节约劳动力，并可提高建筑质量，提升节能与环保性能，是一种先进的生产方式，具有未来建筑行业的核心竞争力[4,5]，欧洲的装配式建筑行业的发展可以作为我国的借鉴。如德国的BIM技术体系，在各种装配式建筑项目的策划、运行和维护的全生命周期过程中进行信息共享和传递，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥了重要作用。装配式住宅是整个工业体系的配套和重新组织，其中建筑构件的预制生产线是其中一个不可缺少的重要环节，和设计、建造等密切对接，形成高效的机械化、自动化生产线。

2 现代烧结空心粘土砖工业自动化生产线

2.1 高效工业自动化生产线

我们对高效的机械化、自动化生产线印象深刻，生产线生产的粘土砖属于现代烧结空心粘土砖，这种空心粘土砖是欧洲传统常用的建筑材料，符合当地使用习惯。现代烧结空心粘土砖除粘土原材料运输和搬运、烧结成型后打包好的粘土砖运输需要劳动力外，其余包括上料、成型、切断、入窑、出窑、打包等全部自动化，生产效率很高，全部工厂连管理人员加在一起只有13人，年产不同型号的空心烧结粘土砖1亿块。为达到建造阶段装配式建筑墙体装配的高精度，其生产的砖平面平整度不超过0.1mm，尺寸精度达到毫米级，类似机械安装的精度。

生产线的管理在中央控制室，每班一人值班，对整条生产线各个环节都可监控，并且配备遥控操作器，控制人员可以在现场巡视时，对发现的问题进行遥控调整。生产线空心砖输送带如图1。

图1 自动化生产线砌块毛坯输送入窑

2.2 烧结空心粘土砖节能技术与可持续发展

在我国，实心粘土砖由于其生产、使用过程高耗能、消耗土地资源等问题，属于禁用建筑材料。在降低生产能耗、提高使用时的保温水平、提高其利用效率等方面，我国的技术发展基本处于低水平状态，没有明显进步。

此次考察的工厂制造的烧结黏土砖最大程度的利用了材料的特性，在建筑节能方面进行了多重考虑，壁厚不超过1cm，中间多层空腔，中间支撑的肋壁厚更薄，达到最大化增加热的传输路径，减少热流的损失，同时减少了粘土材料的使用量，在环保和可持续发展方面贡献明显。为充分利用废弃物，减少废弃物对环境的影响，在黏土中掺入了造纸厂形成的纤维废料，这些废料的掺入，不仅充分利用了废弃物，而且通过在烧结过程中废弃物有机质的燃烧形成的微孔，使烧结粘土砖的保温性能得到提高，导热系数提高到0.7W/m.K。通过以上措施的多重运用，50cm厚的烧结粘土砖的传热系数达到0.15W/m2·K，增强型的达到了0.13W/m2·K，已经达到被动房对墙体的要求。另外，烧结粘土砖墙的寿命达到80年，大大延长了其使用寿命，间接提高了其可持续发展性能。

针对欧洲的环保高要求和可持续发展，采用燃气作为能源，进行烧结砖的制造，实现了清洁生产，对环境影响很小，但带来的问题是成本较高，因此，生产线从可持续角度出发，建立了余热回收利用装置，这套装置将窑炉高温段的余热送回低温段，利用余热对烧结砖进行加热，充分利用窑炉余热对砖坯进行预热，热利用形成闭环，具有整体热效率高、低污染的特点。

3 装配式节能墙体自动化生产线

3.1 粘土烧结砖装配式墙体高效自动化生产线

为配合高效率建造住宅的要求，以及整个欧洲劳动力费用昂贵的问题，发展了装配式建筑墙体生产线，作为装配式住宅整个环节中的一环，该生产线具有高度机械化、自动化的特点，能够接收设计软件设计的图纸，通过专用软件将图纸分拆成不同的墙体，计算需要的砌块堆砌方式，自动化生产线根据图纸所留门窗洞口进行烧结空心砖的堆砌粘接，不需要对此类洞口进行切割，为在门窗洞口或墙体两侧的平面形成完整平面。对于不是水平或垂直的墙面，采用线切割系统进行自动化切割，对于线槽或保险开关等小型洞口也可以通过线切割系统完成。墙体构件生产完成后，从车间起吊到集装箱内，打包后通过卡车运到施工现场，即可进行装配式住宅的建造过程。

烧结空心砖砌筑墙体生产线效率非常高，从设计到装配式墙体成品全部自动化，只有吊装和装箱需要生产人员的辅助。生产人员只有4人，每个班（8小时）可生产400m2墙体。

墙体构件砌筑自动化生产线的应用范围广，不仅可以用于其工厂生产的多孔保温砖，还可以用于如泡沫混凝土、预制混凝土砌块、轻质粘土砖等其他种类的砌块。适应性和灵活性强，一套生产线可以完成厚度从10cm到51cm的墙体的砌筑。

3.2 建筑节能与可持续发展

不同于传统使用砂浆砌筑的方式，该自动化生产线采用在两层之间喷射专用胶粘接的做法，这种做法具有两项好处：其一，效率得到提高，缝隙通过这种有机质胶粘接后，很快凝固，1小时后整面墙达到应有的强度，可以起吊，达到运输状态，省去了砌筑砂浆养护所需的大量时间；其二，避免了砂浆砌筑形成的热桥，使空心粘土砖没有缝隙热桥，原有的保温性能不因热桥而降低，从而达到较高的保温水平，50mm厚的墙体能达到被动房对墙体保温的要求。整个墙体不使用钢筋，通过锁合系统和聚氨酯粘接系统的应用，避免了热桥，形成了能达到被动房要求的保温墙体系统，并大幅减少了建筑施工现场产生的废弃物。砌筑生产线中喷涂胶粘剂如图2。

图2 装配式墙体砌筑自动化生产线喷涂胶粘剂

为达到最大限度地利用烧结空心砖，生产线中有一条供料线，根据软件形成的堆砌图纸，计算非整块的烧结空心砖所需尺寸，然后按照形成的尺寸进行切割，并通过机械手堆砌到相应的位置。最大限度地避免了生产线产生废料，利于可持续发展。

3.3 整个建筑体系的配合

作为整个建筑体系中的一环，生产线形成砌筑墙体对整个设计、生产、运输、安装和维护进行了统一考虑。生产线能够和设计软件很好结合，设计图纸传送到工厂后，通过专用软件对墙体进行分解和砌筑图纸的计算，之后对砌块砌筑形成墙体；墙体砌筑考虑了集装箱的尺寸，形成的墙体便于集装箱运输，可以直接吊装进入集装箱，通过卡车运输到施工现场，施工现场通过专用的机械干法施工，施工效率非常高，三个人每班（8h）能砌筑300m2的墙体，形成新型的建筑分工。

4 结 语

欧洲高度自动化的空心烧结粘土砖生产线，可以给我国发展装配式住宅很多启示，首先，需要大幅度提高和改造整个建筑工业体系，进行重新分工，形成设计、材料生产、构件制造、装配施工的全套建筑体系，成为有机整体，这需要整个建筑工业进行密切合作，探索创新；其次，随着我国劳动力短缺和每年巨大的建筑量持续多年，我国需要大力发展高度自动化的建筑材料生产装备，提高我国建筑材料工业的整体水平，提高建筑建造的速度和效率；第三，借鉴欧洲烧结空心粘土砖在建筑节能技术不断改善的思路和高水平发展，传统粘土砖作为A级不燃建筑材料和传统建筑材料，在砌块结构改进和建筑节能方面仍有很大提升空间，值得我们思考。

[1]王朝静，胡昊．推动装配式住宅发展的关键因素[J]．住宅科技，2016（8）：23-26．

[2]颜道淦．谈装配式住宅发展现状[J]．山西建筑，2016，42（25）：28-30．

[3]宋志平．在中欧建筑工业化论坛上的演讲—大力推进装配式建筑发展[J]．中国建材，2016,（12）：28-29．

[4]王志成,安德烈．R．杰姆斯．德国装配式住宅工业化发展态势（一）[J]．住宅与房地产，2016,(9):62-68．

[5]李瑜．德国新技术助力发展装配式建筑[J]．2016,(12):68-69．

The observe and study of modern sintered clay brick’s industrial automation and building energy conservation in europe

Observed and studied the automatic line for modern sintered clay bricks and prefab wall in Europe,we can draw on the experience of Europe on prefabricated building and building energy conservation．Our country need develop the high automatic and high mechanized technology in building materials and prefabricated building unit, and develop the technology for improving traditional building material’s energy conservation performance．Develop systematic prefab building units and cooperate the developing prefabricated buildings,furtherance the developing of whole construction industry．

sintered clay brick；industrial automation；building energy conservation；prefabricated building

TU 522．05

B

1003-8965（2017）03-0026-02