裝配式建筑預制墻板生產線研究與應用

馬川峰，祝玉君，田仁元，曹 正，楊 旭

(1.黑龍江宇輝新型建筑材料有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000；2.廊坊凱博建設機械科技有限公司，河北 廊坊 065001）

裝配式建筑是一種新型建造建筑的模式，其采用標準化設計、工廠化生產、裝配化施工，并融合了現代化信息管理技術，是實現建筑工業化的必由之路。由住建部出臺的《建筑產業現代化發展綱要》指出，計劃到2025 年裝配式建筑面積占新開工建筑的比例30%以上。2020年由住建部、工業和信息化部等九部門聯合印發《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》，該意見指出推進新型建筑工業化與國家推進建筑產業現代化和裝配式建筑是一脈相承的。因此，以裝配式建筑為代表的新型建筑工業化被快速推進，全國各地相繼建立了大量預制混凝土構件工廠。

預制混凝土構件作為裝配式建筑中最基本的組成單元，根據其在建筑物中發揮的功能不同，可以分為預制墻板、預制梁、預制柱等構件，可通過工廠化生產，然后運輸到施工現場進行裝配，其工廠化生產是裝配式建筑發展的關鍵環節。雖然預制墻板構件幾何形狀比較規范及批量大，其生產采用循環式流水線的生產方式，即通過模臺在流水線上流轉，依次完成各道加工工序，但是與其相配套鋼筋生產線為單一鋼筋設備的簡單堆砌，需要大量人工將半成品鋼筋綁扎成預制墻板構件用鋼筋骨架，這種加工方式自動化程度低，嚴重影響預制墻板構件生產線的生產效率。

為了提升預制墻板構件的生產效率，我公司依托于科技部“十三五”國家重點研發計劃項目《預制混凝土構件工業化生產關鍵技術及裝備》，根據示范基地的實際需求引進高效鋼筋骨架加工技術與設備，通過與現有的預制構件生產工藝相結合，提升預制墻板構件的生產效率，為我國裝配式建筑發展提供關鍵技術和設備保障。

1 PC構件示范基地介紹

1.1 總體概述

示范基地主要包括原料堆場、PC 構件生產車間、鍋爐房、攪拌站、成品構件堆場、辦公實驗樓等設施，占地面積15 萬m2，共計有220 塊模臺，年產能達到10.8 萬m3。該基地可生產裝配整體式剪力墻結構、裝配整體式框架結構、裝配整體式框剪結構體系下，各種類型剪力墻、三明治外墻、外掛板、雙面疊合墻、輕質填充墻、疊合樓板、樓梯、陽臺、梁、柱、綜合管廊等預制構件。

1.2 PC構件加工車間

PC 構件加工車間的廠房結構為排架結構，外圍護體系為彩鋼結構，長為156m，寬為66m，占地面積為10 296m2。PC 構件加工車間內主要包括2 條自動化流水生產線、1 條固定模臺生產線、1 條鋼筋生產線、1 套雙聯混凝土攪拌站。自動化流水生產線尺寸為27m×180m，用于生產預制墻板、疊合樓板等預制構件；固定模臺生產線尺寸為27m×100m，用于生產預制陽臺、預制樓梯等結構復雜的預制構件；鋼筋生產線主要用于鋼筋成品和半成品的加工制作儲存；雙聯混凝土攪拌站可以為預制構件生產線提供澆筑所需的混凝土。

1.3 預制墻板構件流水生產線

預制墻板構件的生產采用循環式的自動化流水生產線，通過模臺在流水線上流轉，依次完成空模清理、數控噴油劃線、邊模安裝、鋼筋骨架綁扎、預埋件放置、混凝土澆筑和振搗、靜置養護、墻板抹光處理、預制構件脫模、構件起吊等預制構件生產工藝，其工藝布局如圖1 所示。

圖1 預制墻板工藝布局圖

1.4 鋼筋加工生產線

合理的空間布置是提高生產效率關鍵，特別是鋼筋加工區域內設備眾多，功能多樣，布置時盡量按照預制構件加工的工序流程。鋼筋加工中所用的設備包括桁架生產線、柔性焊網機、切斷機、板筋線、切斷調直機、彎箍機等，其布局如圖2 所示。鋼筋加工生產線區域設置有物流通道，主要用于將鋼筋原材運輸到鋼筋加工區，或者是將鋼筋半成品及成品運輸到構件生產線。

圖2 鋼筋生產線布局圖

2 預制墻板構件生產線的研究應用

2.1 項目介紹

預制墻板構件生產線包括疊合板流水生產線、預制外墻板流水生產線和預制內墻板流水生產線，其鋼筋骨架加工流程如圖3 所示。鋼筋焊接網片（簡稱網片）和封閉箍筋是預制墻板構件用鋼筋骨架的基本組成單元，其加工精度和效率直接影響到預制墻板用鋼筋骨架加工。

圖3 鋼筋骨架加工流程示意圖

本項目采用廊坊凱博建設機械科技有限公司新研制的多規格焊網生產線和封閉箍筋生產線。與傳統焊網機相比，多規格焊網生產線針對預制構件中鋼筋骨架多規格、小批量、周期性生產的特點，通過對不同規格鋼筋自動切換技術和橫、縱筋同步供料技術進行突破，實現多種規格網片的連續自動生產，其加工網片的精度可以控制在±3mm。采用多規格焊網生產線和封閉箍筋生產線分別生產成型的網片和封閉箍筋，保證預制墻板用鋼筋骨架組合成型精度，提高預制墻板用鋼筋骨架加工效率，實現預制墻板用鋼筋骨架快速入模與拆模，加快了預制墻板自動流水生產線的節拍，提升預制墻板自動流水生產線的生產效率。

2.2 技術特點

1）多規格橫縱筋同步矯直切斷與分解的自動供料技術 多規格焊網生產線采用一種多規格橫、縱筋同步矯直切斷與分解的自動供料技術，通過多組交錯布置帶有V 槽的壓輪，根據鋼筋規格的不同調節各組壓輪的壓下量，實現了鋼筋的高速高精度矯直功能，再通過由伺服電機通過鏈傳動帶動三套矯直機構同步上下移動，與自動牽引機構和剪切機構相配合，實現了供料時三種規格鋼筋自動在線轉換和橫、縱筋同步定尺切斷與分解。

2）雙側智能配筋與多段交替傳送同步布料技術 多規格焊網生產線采用一種雙側智能配筋與多段交替傳送同步布料技術，通過撥叉型機械手左右擺動，將不同長度的橫筋條分解至兩側料倉，再通過一種階梯式多級推送機構，將不同尺寸的橫筋條推送至指定的上料工位上，實現同一工位上不同長度的橫筋條的分解、排布與組合的功能，最后通過平行排列帶有V 型鏈板的輸送鏈組，通過電機控制輸送鏈組的移動距離，實現不同形狀的網片布料功能。

3）全坐標自動焊接技術 多規格焊網生產線采用一種全坐標自動焊接技術，將每個焊點根據其所在的坐標位置分成多個焊接回路，每個焊接回路可以根據焊點不同自動匹配焊接電流、時間及壓力等參數，實現鋼筋網片連續高效自動化焊接功能。

4）封閉箍筋自動成型技術 封閉箍筋生產線采用一種封閉箍筋自動成型技術，通過控制兩個帶有電極夾鉗的機械手進行多自由度的移動，實現在箍筋彎曲成型的同時對封閉箍筋的兩個端頭自動抓取、定位和焊接功能。焊接過程中自動控制機械手移動的位移量和焊接參數，確保封閉箍筋的焊接質量。

2.3 生產線運行效果

預制墻板構件流水線的產能是用每日或每年內生產預制墻板構件的體積來衡量，其跟流水線的節拍、模臺尺寸、模臺數量、模臺利用率、完成各道工序所需時間有關。本次示范采用的PC模臺長為12m，寬為3.2m，生產節拍為20min，共有200 塊，工人輪班數量為2 次，每天凈生產時間為8h/班，模臺有效利用率為0.6，每日的產能為150m3。與傳統人工綁扎鋼筋骨架相比，節省人工20 人，縮短鋼筋骨架加工時間30min，預制墻板生產線加工效率提升60%。

2.4 社會經濟和環保效益

預制構件工廠化生產改變了傳統施工方式，將施工現場的勞動密集性和重復性工作轉移到工廠內，根據預制構件的定型化和標準化的特點，對預制構件的生產工藝進行工廠化布局，利用機械化和自動化的預制構件生產線進行生產，從而提高勞動效率，縮短施工工期。預制構件實行標準化工廠生產，減少浪費，節約原材料，與傳統建筑相比，可節約10%左右水泥和鋼材，環境污染少，符合我國綠色建筑的發展。

3 結論

隨著裝配式建筑的發展，預制構件工廠化生產將逐步取代人工操作環節，朝著機械化、自動化、管理信息化的方向發展。預制構件的生產工藝作為預制構件工廠化的基礎，加大其研究與應用顯得尤為重要。

本文以預制墻板構件生產線為研究對象，根據工廠的預制墻板構件生產線布局和生產需求，引入新型高效高精度的鋼筋加工設備多規格焊網生產線和封閉箍筋生產線，實現鋼筋骨架高效自動加工和快速組合入模，加快了預制墻板構件生產線的流轉效率，提升流水生產線的生產效率。