公路建设项目预制构件工厂化建造策略研究

张玉明，史晓涛，邱征 （安徽省交通航务工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 前言

近年来，住宅产业化和建筑工业化的兴起促使混凝土预制构件在国内建筑工程中广泛使用，但因为交通行业市场竞争开放度相对较低、政策支持有限等特点，预制构件的使用还尚未大规模推广。现阶段我国提出要加强对混凝土桥梁和钢结构桥梁方案比选论证，鼓励择优选用钢结构桥梁；推进钢结构桥梁工业化、标准化、智能化制造，装配化施工，提升桥梁工程的质量品质；充分考虑后期管理养护的功能性需求；加强运营期专业养护人才培养等[1-2]。

传统预制施工工艺需要建设多个预制场地，构件不能集中预制，造成土地资源浪费、增加工程造价、不利于工程质量控制和管理、不利于环境保护等一系列问题，公路建设项目构件预制产业急需进行产业升级和技术创新。

2 公路建设项目混凝土预制构件行业现状分析

2.1 行业技术水平较低

由于目前预制构件技术水平有限，基建工程仍以现场浇筑为主，预制构件适用范围小。我国公路建设领域预制构件起步较晚，技术水平落后，很多产品目前还处于研发阶段，真正投入生产还需社会各界进一步推动[3-4]。

2.2 市场需求低于预期

建设单位对现有公路建设项目预制构件工厂化建造仍停留在理论层面，缺少使用经验，存在规模化应用的疑虑，需经过一段时间的探索，短时间内暂无法大规模上线工厂化生产预制产品。

2.3 公路建设领域预制构件体量小、地点分散,难以形成规模化生产

目前公路建设领域预制构件以预制梁板以及护坡预制块为主，且体量较小，安装地点较为分散，一个建设项目可能会划分成几个标段几家不同的施工企业进行施工，因此对于单个标段或一家施工单位来说预制构件难以形成规模化、工厂化建造，需要由建设方将整个项目预制构件划分为一个标包单独进行招标，由一家施工企业中标方可集中进行工厂化预制。目前公路建设领域主要预制构件产品如表1所示。

公路建设领域预制构件产品列表 表1

2.4 公路建设领域预制构件生产企业规模小

由于公路建设领域预制构件以小型预制构件居多，市场进入壁垒不高，因此公路建设领域预制构件生产厂商以中小型企业为主，知名大型生产企业集中程度不高。而中小型企业资金有限并且设备落后，产品性能明显不如大型企业，这也导致行业产品质量参差不齐。

鉴于以上特点，可以认为公路建设领域预制构件还处于成长阶段，产品相对单一，技术水平一般。

3 公路建设项目预制构件工厂化建造必要性与可行性研究

3.1 顺应现代土建工程工业化潮流

发达国家早已形成建筑工业化发展模式并实施至今。美国在19世纪的70年代因能源危机开始探索实施施工构件预制和机械化生产，用以降低建设成本，提高构件生产工厂通用性，进而提高标准化水平。

3.2 落实国家绿色产业政策、体现五大发展理念

实现“十三五”时期发展目标，破解发展难题，须牢固树立并切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的五大发展理念，成为指导建筑、交通行业践行绿色环保、可持续性、全寿命周期发展的指导纲领。加快建立有利于建筑工业化所包含的设计、施工、部品、部件生产各个环节的标准体系，推动标准化生产模式发展，完善标准件的品类，提高适配性、通用性和可置换性[5-6]。

3.3 落实“四个交通”发展要求

落实“四个交通”发展要求，促进公路发展转型升级，建设以质量优良为前提，以资源节约、生态环保、节能高效、服务提升为主要特征的绿色公路，实现公路建设健康可持续发展的指导思想，其主要任务就是着眼周期成本，强化建设与养护并重的目标，全面实施标准化施工，建立标准化施工长效机制，实现建设工程的工艺标准化和管理标准化，鼓励公路工程构件生产工厂化与现场施工装配化，注重工程质量，提高工程耐久性，实现工程内外品质的全面提升[1-2]。

3.4 抢占预制工业化生产市场,实现产业化、规模化必要举措

全国具有先进公路工业化设计、生产和装配式施工先进技术的大型集团或企业有很多，但是目前预制构件生产环节的成果转化效率不高，但仍有一些地区在产业成果转化方面先行一步。例如江西、湖北、江苏在2015-2017年期间先后出台了装配式产业发展的规划，推出了对装配式预制构件产业的鼓励扶持政策，一大批如南昌城建建筑工业化有限公司预制梁厂纷纷建立，迅速抢占了周边省份的预制构件生产市场。

面对现阶段进入预制构件市场的良好契机，混凝土预制构件工厂化建造作为实现公路行业的行业领先、国内一流战略的重要举措，需抢占预制结构生产的制高点，创建品牌，实现产业投资利益的最大化，并为实现公路建设工业化生产的全面领先打下坚实基础。

3.5 公路工程预制构件具备工厂化建造条件

工业化的前提是微观构件标准化，公路设计的标准化和体系化，是实现高效经济预制结构的必要条件。公路设计标准化的概念源于桥梁结构的特殊性，桥梁结构在大型起重设备的协助下一般具有较便捷的可拆卸和可安装性能。桥梁结构预制构件产品通用性强、标准件多，能够实现统一模具制作，并通过特定方式组合形成产品。公路工程预制构件设计的标准化就是基于桥梁结构以上特点经综合研究形成的设计理念、设计方案，进而可以编制成套的标准设计图集。

3.6 预制构件工厂化建造恰逢进入行业发展的有利时机

按照产品周期理论，产品生命周期是指一种产品从发明推广到应用、普及和衰败的过程。生命周期传统上可分为四个阶段：导入期、成长期、成熟期和衰退期。目前公路建设预制构件产品理论上处于成长期，在此阶段产品需求急剧膨胀，行业内的企业数量逐步增加，行业在经济结构中的主体地位得到加强，产品质量与标准化程度提高，成本有效下降。对于企业来说，此时是进入该行业的最佳时机。

4 公路建设项目预制构件工厂化建造实施策略

预制构件工厂化建造按照“工厂化、集约化、专业化”的要求进行选址和规划，明确预制厂及混凝土拌和站设置规模及位置，本着安全适用、经济合理、绿色环保的原则，考虑公路建设项目预制构件规模化生产、工厂化建造需要，必须充分运用“四新”技术及信息化手段以达到提质、增效、降本、减耗的目的。

4.1 混凝土拌和站建设

4.1.1 场地选址

混凝土拌和站建设应按照“工厂化、集约化、专业化”的要求进行综合选址与规划，明确建设规模及位置，确保做到混凝土集中拌制，钢筋集中加工，构件集中预制的“三集中”标准，实现构件预制工厂化生产、专业化施工、集约化管理。

4.1.2 场地布设

拌和站场地应按照拌和作业区、材料计量区、材料堆放区、运输车辆停放区、试验区、集料水洗区、集料堆放区，内设洗车池、污水沉淀池、污水处理循环利用系统、固体废料堆放处理及排水系统等进行合理划分、集中布置，并采用封闭式管理，场地面积应满足生产、施工需求和工程进度要求。

4.1.3 拌和站设备选型

拌和设备选用国内先进的智能型拌和站，采用计算机控制系统，保证计量准确且性能稳定。计算机控制系统须采用动态面板显示，能清楚了解各部分的运行情况，并可进行报表打印管理；异常工况及故障自动检测，采用文字、声、光、报警提示，以方便故障的检修及排除。

4.1.4 材料堆放区

根据预制构件规模计算原材料存储料仓数量，储料仓间设置隔墙，采用C20钢筋混凝土现浇，高标号混凝土的原材料要设置水洗装置，设置循环水沉淀池。储料仓场地及进出场道路必须全部硬化，硬化标准采用重型路面设计标准，储料仓顶棚设置钢结构大棚进行全封闭。

4.2 预制厂建设

4.2.1 场地选址

预制厂场地选址应充分考虑原材料进场道路、预制构件成品运输道路以及运距等因素，结合生产用水、用电方便程度，尽量选择距离建设项目施工主线相对较近的地方。

4.2.2 场地布设

预制厂场地应按照拌合站、材料堆放区，钢筋加工区，构件预制区、蒸养区、喷淋养生区、成品堆放区、进出场道路、绿化区域、试验室等进行合理划分、综合布置，主要功能区要采用硬隔离进行分开设置。根据场区所承担的预制任务，逐一计算出每一单项所需的占地面积，累计面积即是所需面积，考虑到富余量，实际征地面积要大于理论计算占地面积，实际征地按比理论占地面积的大20%进行征地。

4.2.3 钢筋加工车间

钢筋加工车间主要划分为原材堆放区、钢筋加工区、半成品以及成品堆放区，根据各功能区需求，详细计算出钢筋加工车间的占地面积。钢筋加工车间场地必须全部硬化，主道路采用重型路面结构设计，其余场地采用轻型路面结构设计。钢筋加工大棚采用全封闭结构。钢筋加工设备须采用全自动化钢筋加工及焊接技术。

4.2.4 预制车间

预制车间主要分为混凝土浇筑区、蒸养区、喷淋养生区、智能张拉压浆区，各功能区须线型流水布置，每条生产线在预制区设置蒸养设施及喷淋养生区进行养生，养生区外部设置智能张拉压浆区，在养生结束后进行预制构件张拉压浆施工。

4.3 工厂化预制“四新”技术运用

公路建设项目预制构件工厂化建造预制构件种类较多，如箱梁、T梁、钢混组合梁、通道、涵洞、墩柱、盖梁、管廊、管涵、护坡、边沟等预制构件，结构形式也多样化，各类预制构件预制工艺技术也不尽相同，但是绝大部分预制构件施工工艺都涉及模板、钢筋、混凝土等施工技术，相对于传统预制施工工艺，工厂化预制充分运用“四新”技术，大大提高了预制构件的产品质量和生产效率。

4.3.1 模板安拆工艺自动化、智能化、轻量化

预制模板采用高强度的钢材代替普通钢材，大大减轻模板自重，采用液压模板实现模板安装与拆除自动化；通过传感器与工厂生产管理系统对接，实现模板安拆智能化；采用纳米技术将模板表面覆盖一层纳米级薄膜材料，增加模板光洁度，阻断模板锈蚀，提高了模板使用寿命及预制构件产品外观质量。

4.3.2 钢筋加工设备数控化、智能化

随着近年来数控技术的不断发展，为钢筋加工设备升级换代创造了条件，实现钢筋加工设备数控化。工厂化建造钢筋加工采用数控化钢筋加工设备较大地提高了生产效率，降低了材料损耗以及人工成本，钢筋加工管理系统可以根据工程需求自动配备设备加工能力并进行监控生产和调配资源、数据统计、打印标签、分类存储与配送，大大降低项目管理费用。

4.3.3 混凝土配运自动化

采用一种全自动转运设备鱼雷罐进行混凝土运输，整个混凝土浇筑过程中，混凝土搅拌站、鱼雷罐以及生产线三者通过混凝土配送系统实现信息共享，有效控制鱼雷罐车自动进行混凝土配送，大大提高混凝土运输效率，降低运输成本。

4.3.4 预制构件全自动蒸养

为确保预制构件工序能够有效衔接，采用预制构件蒸养工序优化混凝土养护环境，实现预制构件混凝土早强、早脱模，有效解决了工厂化流水线生产资源配置问题，缩短了预制构件生产周期。

4.3.5 自动化喷淋养护

采用先进的喷淋养护设备实现预制构件全天候不间断自动喷淋养护，保证在无人控制的情况下根据设定的喷淋时间间隔自动对预制构件进行喷淋养护，始终保持预制构件处于湿润状态，有效解决了预制构件传统养护中养护不及时、干湿不均匀、水源浪费、养护有死角等问题。

4.4 预制构件工厂信息化管理

预制构件工厂信息化管理是以质量管理和作业工序管理为主线，对“人、机、料、法、环”等各关键要素的实时、全面、智能的监控和管理，重点加强预制构件生产信息化管理，通过信息化系统对整个生产线状态的监控、各工位信息交换、报警、生产过程中各工序质量控制以及进度管控，建立试验检测系统、拌和站管理系统、预制场生产管理系统联动机制，实现生产部门的信息共享，保证生产过程可追溯。

5 结语

公路建设项目预制构件工厂化建造符合当前国家对推行绿色公路、发展“四个交通”的政策要求，也是实现集约、先进、优质、高效、环保、经济等建设目标的积极手段。采用工厂化预制、信息化管理、机械化安装等手段提高劳动生产率和产品质量、缩短生产周期，运用现代科学技术和计算机信息技术促进工厂化建造快速发展，进一步强化科技创新意识，强化创新人才队伍建设，改革内部激励机制，突出现代工程技术创新，继续拓展和提升工厂化建造技术，强化创新智能化引领，推动工厂化建造与信息化的深度融合，全面提升研发、生产、管理的智能化水平，为大规模、一体化工厂化建造体系奠定基础，加速公路建设从“中国制造”向“中国智造”的转变。