预制混凝土构件自动化流水线研究

倪雪峰（1.上海东华大学旭日工商管理学院，上海 200051；2.上海城建物资有限公司，上海 200063）

预制混凝土构件自动化流水线研究

Study on Automated Assembly Line for Pre-fabricated Concrete Components

倪雪峰1,2（1.上海东华大学旭日工商管理学院，上海 200051；2.上海城建物资有限公司，上海 200063）

介绍上海城建物资有限公司临港可变式柔性自动化流水线的建设方案、流水线改造、生产工序以及辅助加工设备等技术。希望基于对引进流水线集成技术的研究，能够为建立一条国有自主开发的自动化流水线提供技术支持。在未来通过进一步研发，完成BIM模块技术，GIS定位系统、RFID芯片等信息化技术与流水线的结合，实现预制混凝土构件智能化制造。

预制混凝土构件；自动化流水线；智能化制造

1 概 述

随着近几年社会各界对装配式建筑的高度重视和大力推行，使得预制混凝土构件市场规模迅速扩大，越来越多的企业进入装配式建筑产业化的转型，为迎合市场需求全国新建改建的新型预制混凝土构件流水线也纷纷建立起来，但由于现行的技术没有进行标准化研究，很多自动化流水线面临以下问题：(1) 工厂规划不科学，直接采用“拿来主义”，在引进国内外流水线时没有对实际场地和产品种类有一个清楚的认识，导致流水线产能无法完全发挥。(2) 自动化程度低，虽然很多预制构件工厂在引入流水线后提高了生产效率，减少了不良产品的出现频率，但很多机械设备是以工作站点的形式存在，未能真正实现自动化流水线的生产方式。(3) 集团化信息管理技术应用少，现阶段大部分的构件生产工厂停留在工厂化和局部机械化的阶段，信息化技术使用匮乏，导致质量管理无法大规模管控。针对上述问题，上海城建物资有限公司临港分公司引进一条适用于国内需求的来自芬兰的自动化流水线，且根据场地规划和国内产品需求对部分工位进行适应性研究和改造，本文主要介绍其建设方案、流水线改造、生产工序以及辅助加工设备等技术，并在未来通过进一步研发，完成 BIM 模块技术，GIS 定位系统，RFID 芯片等信息化技术与流水线的结合，实现预制混凝土构件智能化制造。

2 临港 PC 流水线建设方案

2.1 场地选择

在确定厂址时，必须妥善处理下述关系：为了降低产品的运输费用，厂址宜靠近主要用户，缩小供应半径；为了降低原料的运费，厂址又宜靠近原料产地；从降低产品加工费的目的出发，又以组织集中大型生产企业为宜，以便采用先进生产技术及降低附加费用，但这又必然使供应半径扩大，产品运输费用增加。正确处理这些关系，即可降低产品成本和工程造价。除此之外，预制混凝土构件生产工厂必须配置一个占地面积较大的堆场，主要由于工地堆放及施工进度等问题，导致预制混凝土构件产品在生产后一般会在工厂堆存20～30 d 后方可运输至建筑工地使用，且大部分构件产品无法多层叠放，需要较大场地安置生产完成的预制构件。综合各方面影响因素，本文介绍的上海城建物资有限公司临港可变式柔性自动化流水线(下文简称临港 PC 流水线)，处于上海临港工业园区正博路、两港西大道厂区内，属于临港产业园区奉贤开发区，与上海市居民聚集区有一定距离，周边交通非常便利，靠近沪芦高速公路进出口；且工厂北侧靠近岸线河道，便于原材料的运输，但工厂采用进驻产业园区的方式，土地性质为租赁，因此室外堆场仅有 4.7 万 m2，无法建设更大堆场，为建成后的投产运行带来一定的缺憾。

2.2 厂房整体布局

临港 PC 流水线是引进芬兰的流水线设备，整个厂房包括 2 个生产车间，每个车间跨度 48 m、长度 135 m，总面积约 13 000 m2。

由于场地属于租赁性质，在原有厂房内直接建造芬兰的相同流水线设备施工难度较大，因此在其基础上根据场地实际情况进行了整体布局设置。

(1) 解决厂房地质受力问题，临港工业园区地质属于三角洲冲击平原，河口砂嘴砂岛地貌类型。在厂房建设初期，需要对整个厂区地坪进行静压桩施工，桩端入土深度25～30 m 为宜，并对单桩进行静载荷测试，确定最佳入土深度和桩型。静压桩施工完成后对地坪第一次浇筑混凝土，混凝土厚度 30 cm，然后根据图纸布置各工位预埋铁，且以原点为基点，一次性校准水平高度，待混凝土养护完成后，进行第二次混凝土浇筑，两次浇筑均采用标号 C30 强度混凝土。

(2) 解决混凝土拌站接入问题。由于预制混凝土构件是将预拌的混凝土浇筑至事先拼装好的钢模中成型的产品，所以要求混凝土拌站离流水线台模距离尽可能缩短。根据现场厂区布置及厂房间隔距离，决定将混凝土搅拌楼设置在两个间距 13 m 的厂房过道间，以便于对两个厂房的流水线同时供应混凝土。

(3) 解决预制混凝土构件成型养护问题。进口流水线要求养护窑温度达到 60～70℃，且通过加热水循环方式保证窑内温度，即意味着水温需加热到 92℃ 以上才能实现。目前国内品牌工业燃气锅炉都无法达到这一要求，需采用进口同类产品。我方经过多次筛选，决定选用一款美国产燃气锅炉，该产品经检测加热温度可达到 96℃ 以上，满足设计要求。

目前一期厂房施工完毕，主要设备包括一条进口 PC 生产流水线，混凝土搅拌楼，钢筋加工机械组，起重设备，预制构件养护系统，混凝土中心试验室，行政办公楼等设施。建成后的 PC 流水线有 60 个尺寸为 3.5 m×8.5 m 的模台，在同一块模台上可浇筑 2 件预制构件，日产量最大值为 2 500 m2/d；如果年工作日为 250 d，最大产量为 700 000 m2/年(二班)；整条线路的利用率约为 0.7，周期约为20 min，是目前上海市自动化程度最高，设备最先进的 PC生产流水线。

3 临港PC流水线改造

临港 PC 流水线在引进流水线的基础上进行国内产品的适应性研究和改造，最终实现在快速有效的生产简单产品的同时制造耗时而更复杂的产品，而不同产品的生产、工序之间互不影响。这一切为能够同步灵活地进行生产不同产品提供了可能性，使更改生产的操作控制变得简单。

(1) 增加中转工位。在流水线工位布置上，充分考虑构件生产难易不同、工艺复杂程度不同以及质检后修补等因素，设置了中转工位，通过中央传输车可以从正常工位将模台移至中转工位，等完成作业后再移回流水线，确保了整条流水线的顺畅运行。

(2) 灵活设置养护窑高度。在养护窑高度设置方面，充分考虑上海地区 PC 产品需求，既有高度小的隔层，用来养护小的 PC 产品，可以节省空间，又留有高度大的隔层给异型构件，避免了普通流水线异型构件不能进窑养护的状况。

(3) 精准定位。在生产预制混凝土构件关键的拼模工位，采用先进的全自动绘图仪，将产品轮廓绘制在模台上，方便模具精准定位，从而确保了复杂预制构件产品的质量。

(4) 精准计量。在混凝土放料车上设置了计量装置，可根据产品体积做到精准放料，从而控制质量，减少余料。

4 临港 PC 流水线生产工序

临港 PC 流水线工序布置图见图1。

图1 临港 PC 流水线工序布置图

(1) 模台清扫工序：由清扫机对上一次构件生产残留在模台上的混凝土残渣和灰尘进行清洁，保证下一次构件生产的质量。

(2) 数控划线工序：为了保证构件的尺寸质量，使用数控划线机精确划线，标记边模安装位置。

(3) 喷油工序：由喷油机对模台均匀喷洒脱模剂以方便构件顺利脱模，保证构件质量。

(4) 安装模具、钢筋、预埋件工序：此工序包括模具拼装、钢筋安放、各种预埋件的组装等工作，以上几项工作可不分先后顺序。模具拼装包括边模、窗模、门模等的装配。各种边模的表面处理按图纸要求做相应的处理，包括涂脱模油、水洗剂等工作。预埋件的组装包括预埋预留孔洞、各种线管水管、各种开关电盒、各种起吊和支撑螺丝等。

(5) 混凝土第一次浇筑+振动工序：由布料机对拼装完成的模台进行混凝土浇筑。通过布料机的平面运动将混凝土均匀准确地浇注在模框内。混凝土浇筑完毕后，驱动震动电机作用于模台，模台下边的振动台开始工作，该种振捣方式可确保所生产构件的密实性，保证产品质量。

(6) 养护工序：使用养护系统，可使自动化流水线不分季节全天侯地进行生产，极大提高产能，预养护时间一般为6～8 个 h。

(7) 成品吊装工序：养护好的成品，经翻身架起升一定高度后由起重设备吊装至运输车，之后运往室外成品仓库堆放。

5 临港 PC 流水线辅助加工设备

5.1 钢筋网焊接成型机 GWC3300

临港 PC 流水线用 GWC(Z)3300JZ 数控钢筋网焊接成型机，是为 PC 工厂定制的专用智能钢筋网焊接设备，与传统数控钢筋焊网机相比，其具有明显优势：(1) 纵筋及横筋均采用盘条自动上料，不需要进行预先调直切断，实现全自动生产。(2) 纵向钢筋由一套调直机构将盘条钢筋自动调直切断成系统设置长度的钢筋后，由送料机构自动输送至纵筋穿丝机构，由穿丝机构自动将纵筋送入焊接主机，形成连续生产，不需要人工操作。(3) 横向钢筋由一套调直机构将盘条钢筋自动调直切断成系统设置长度的钢筋后，自动进入落料机构，形成自动连续生产，不需要人工操作。(4) 可以自动化生产批量的网片，生产效率高，操作人员少，更换钢筋直径及规格等也非常方便，焊接完成后无余料。(5) 设备的总长度在 40 m 左右。

5.2 数控多功能钢筋弯箍机 WG12F-1

WG12F-1 数控多功能钢筋弯箍机，可将冷轧和热轧盘条钢筋进行矫直、切断和弯曲操作，用来加工结构梁或柱用箍筋，由先进的工业计算机程序控制，可加工 500 多种不同形状的箍筋，自动化程度高，操作方便，生产效率高，实现一机多用，且确保成型精度高。

6 结 语

随着国家及地方政府对于建设过程中产生的环境污染造成恶劣影响的高度重视，以及各地大力推广预制装配式建筑的相关法律法规的出台，在今后的基础设施建设、住宅建设过程中，预制混凝土构件将被大量地运用，相应的智能化生产工厂也将拔地而起，生产体量不容忽视。本文所提到的临港生产基地也是企业响应政府号召，寻求发展创新、转型升级的一种尝试。在今后的生产过程中，我们还将进一步研究和探索智能制造的精髓，将 BIM 模块技术，GIS 定位系统，RFID 芯片植入等信息化技术运用到构件生产环节中去，保证预制混凝土构件全生命周期的质量跟踪，最终实现预制混凝土构件智能化制造。

TU50

A

1674-814X(2017)01-0062-03

上海市经济和信息化委员会“装配式建筑标准化部件研发及应用产业化”编号：X CZXSJ-01-2016-03、上海市科学技术委员会“基于建筑标准化的预制构件工业化高效生产关键技术研究”编号：15DZ1203504

2016-09-11

倪雪峰，男，工程师，现供职于上海城建物资有限公司。作者通信地址：上海市曹杨路1040号中友大厦16楼，邮编：200063。