全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線技術(shù)研究

張孝虹

摘 要：梁板預(yù)制傳統(tǒng)工藝需要較多勞務(wù)人員，且現(xiàn)場施工環(huán)境較差，不便于現(xiàn)場質(zhì)量安全管理，另外目前人力成本增加，勞務(wù)工人老齡化加重，工業(yè)化建造是公路工程未來發(fā)展的大方向。梁板預(yù)制能否參照工廠化流水線生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)流水線預(yù)制值得深入研究。工業(yè)化建造可以節(jié)約場站用地，改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，保證施工質(zhì)量，減少安全隱患，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)工人，加快產(chǎn)業(yè)升級。

關(guān)鍵詞：工業(yè)化建造;全自動(dòng);生產(chǎn)線;梁板預(yù)制

0 引言

近年來，隨著人工成本的急劇上升，國人環(huán)境意識(shí)的提高，橋梁工業(yè)化已成為時(shí)代發(fā)展的趨勢，交通運(yùn)輸部十三五規(guī)劃中也明確提出加快橋梁工業(yè)化的發(fā)展。建設(shè)全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)梁板預(yù)制是公路行業(yè)工業(yè)化建造發(fā)展的必然趨勢，主要表現(xiàn)在：

（1）符合國家產(chǎn)業(yè)升級政策和發(fā)展規(guī)劃要求;

（2）傳統(tǒng)的梁板預(yù)制需要大量的場地、模板，作業(yè)環(huán)境較差，不便于現(xiàn)場管理;全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)，循環(huán)利用，可有效地降低資源，是我國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必然要求;

（3）能夠應(yīng)對人力資源緊缺及成本持續(xù)提高的難題。目前建筑工人逐步減少，人工成本大幅增加，農(nóng)民工轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)工人，是必然趨勢。工業(yè)化橋梁建造適應(yīng)了這一需求;

（4）保障梁板預(yù)制質(zhì)量。通過全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線進(jìn)行梁板預(yù)制，可以保障成品的尺寸、外觀及實(shí)體質(zhì)量;

（5）能夠保障工程工期。全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)梁板流水施工，梁板預(yù)制為場內(nèi)加工，不受天氣、環(huán)境等外圍因素影響，每天產(chǎn)量穩(wěn)定，有利于工程進(jìn)度管理。

當(dāng)前，我國橋梁梁板預(yù)制總體仍然處于傳統(tǒng)工藝階段，梁板預(yù)制全自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)更是處于萌芽階段。因此，開展全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線技術(shù)研究具有十分重要的意義。

1 全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線概況

全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線主要包括混凝土運(yùn)輸及布料系統(tǒng)，生產(chǎn)線系統(tǒng)，數(shù)控蒸汽養(yǎng)生及智能張拉壓漿系統(tǒng)，噴淋養(yǎng)生及存梁。

混凝土運(yùn)輸及布料系統(tǒng)：混凝土采用魚雷罐+自動(dòng)布料機(jī)實(shí)現(xiàn)混凝土自動(dòng)運(yùn)輸及布料，魚雷罐直接在拌合樓出料口裝載混凝體，通過運(yùn)輸軌道，直接運(yùn)輸至布料機(jī)上方，布料機(jī)縱、橫向軌道進(jìn)行分層布料。

梁板預(yù)制生產(chǎn)線：梁板預(yù)制生產(chǎn)線采用固定側(cè)模+移動(dòng)底座系統(tǒng)，相比較于傳統(tǒng)工藝主要區(qū)別在于“模板不動(dòng)，底座移動(dòng)”，每條生產(chǎn)線配置一套模板、四個(gè)底座，分為鋼筋安裝臺(tái)座、混凝土澆筑臺(tái)座、蒸汽養(yǎng)生臺(tái)座、張拉壓漿臺(tái)座，張拉壓漿完成后經(jīng)橫移軌道運(yùn)輸區(qū)噴淋養(yǎng)生區(qū)及存梁區(qū)，最后臺(tái)車通過循環(huán)軌道回到鋼筋安裝臺(tái)座區(qū)域，以此進(jìn)行循環(huán)流水作業(yè)。

數(shù)控蒸汽養(yǎng)生系統(tǒng)：蒸汽養(yǎng)生系統(tǒng)采用天然氣或生物質(zhì)鍋爐，通過蒸汽管道運(yùn)輸至蒸汽養(yǎng)生臺(tái)座，臺(tái)座上方設(shè)置活動(dòng)的蒸汽養(yǎng)生棚，棚內(nèi)設(shè)置溫度濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測棚內(nèi)溫度、濕度相關(guān)數(shù)值。

智能張拉壓漿系統(tǒng)：采用數(shù)顯設(shè)備顯示張拉力及伸長量，通過預(yù)設(shè)程序，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)張拉，張拉完成后及時(shí)采用全自動(dòng)智能大循環(huán)壓漿系統(tǒng)進(jìn)行壓漿。

噴淋養(yǎng)生及存梁：當(dāng)梁板張拉壓漿完成后，運(yùn)輸至梁板橫移區(qū)，進(jìn)行噴淋養(yǎng)生，確保梁板養(yǎng)生期，養(yǎng)生完成后移至存放區(qū)。

2 各系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

混凝土運(yùn)輸及布料系統(tǒng)：魚雷罐采用2～3方容量，裝料約80%，運(yùn)輸速度小于3 m/s，魚雷罐內(nèi)設(shè)置電機(jī)，確?；炷吝\(yùn)輸過程中拌合，避免離析。魚雷罐與布料機(jī)的高差控制在10 cm～30 cm左右，太低存在安全隱患，太高造成混凝土離析，且增加軌道成本提高。布料機(jī)的寬度控制在25 m以內(nèi)，按照每臺(tái)布料約布設(shè)3道生產(chǎn)線，布料機(jī)距離模板頂距離同魚雷罐距離布料機(jī)高度，控制在10 cm～30 cm內(nèi)。

生產(chǎn)線基礎(chǔ)：梁板預(yù)制生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是確?；A(chǔ)零沉降，在軌道鋪設(shè)之前要進(jìn)行地基承載力檢測，計(jì)算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，原則上采用PHC管樁+條形混凝土基礎(chǔ)或鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。軌道平整度須嚴(yán)格控制在3 mm以內(nèi)，否則影響梁板實(shí)體質(zhì)量。采用高精度激光水準(zhǔn)儀進(jìn)行聯(lián)測，同時(shí)在梁板預(yù)制過程中確保每月復(fù)測一次。

生產(chǎn)線臺(tái)車及模板：圍繞側(cè)模固定、底模滑動(dòng)理念，布設(shè)梁板預(yù)制生產(chǎn)線，底模移動(dòng)臺(tái)座采用箱式結(jié)構(gòu)，采用電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，模板采用液壓開合技術(shù)，模板外側(cè)布設(shè)附著式振動(dòng)器，采用梅花形布置，設(shè)置縱向及橫向振動(dòng)器，每平米應(yīng)設(shè)置不少于3個(gè)振搗器。

蒸汽養(yǎng)生：蒸汽養(yǎng)生最高溫度控制在70℃以內(nèi)，升溫及降溫速度控制在10℃/h，根據(jù)天氣情況，蒸汽養(yǎng)生時(shí)間在6 h～10 h之間。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)

全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)通過建立控制平臺(tái)，將混凝土拌合、運(yùn)輸、布料、振動(dòng)、養(yǎng)生及張拉壓漿等各系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。通過提取拌合站控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行魚雷罐運(yùn)輸控制，魚雷罐體設(shè)置傳感器分別與布料機(jī)、拌合樓對接，通過智控平臺(tái)，結(jié)合魚雷罐運(yùn)距，調(diào)試魚雷罐運(yùn)輸速度。布料機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)魚雷罐混凝土方量，設(shè)置每層布料厚度，根據(jù)魚雷罐運(yùn)輸間隔控制布料機(jī)行走時(shí)間。結(jié)合首件施工總結(jié)，確定布料機(jī)布料次數(shù)及混凝土高度，依據(jù)混凝土高速自動(dòng)打開附著式振搗器，保障混凝土施工質(zhì)量。

在梁板達(dá)到拆模強(qiáng)度后，移動(dòng)臺(tái)座至蒸汽養(yǎng)生臺(tái)座。蒸汽養(yǎng)生主要通過棚內(nèi)溫度、濕度傳感器自動(dòng)控制升溫、蒸養(yǎng)及降溫流程，最后進(jìn)行智能張拉壓漿，實(shí)現(xiàn)梁板全自動(dòng)預(yù)制技術(shù)。其核心是建設(shè)中心控制平臺(tái)，整合不同廠家子系統(tǒng)，通過加設(shè)傳感器，建立梁板預(yù)制生產(chǎn)線全自動(dòng)控制系統(tǒng)。

4 功效分析及經(jīng)濟(jì)性分析

進(jìn)度穩(wěn)定：全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線經(jīng)鋼筋安裝（約1 h）、混凝土澆筑（約2 h）、等待拆模（約8 h）、蒸汽養(yǎng)生（約8 h）、張拉壓漿（約3 h）、橫移存放，可以保障條生產(chǎn)線每天預(yù)制一片梁板，產(chǎn)能較為穩(wěn)定，每月產(chǎn)能在26～30片。常規(guī)工藝采用露天預(yù)制，受天氣影響較大，在江南雨水季節(jié)，嚴(yán)重影響梁板預(yù)制生產(chǎn)，不利于項(xiàng)目進(jìn)度管理。

減少占地：目前土地資源越來越稀缺，征地及復(fù)墾費(fèi)用較高，且選址困難，全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線每條生產(chǎn)線只需要4個(gè)底座，實(shí)現(xiàn)每月生產(chǎn)28片產(chǎn)能，常規(guī)項(xiàng)目達(dá)到同等功效需要10個(gè)以上臺(tái)座，預(yù)制區(qū)占地約增加一倍。

節(jié)約人工：通過自動(dòng)化控制，大大減少模人工，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)民工向產(chǎn)業(yè)工人升級，傳統(tǒng)預(yù)制廠模預(yù)計(jì)需要30人，而全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線只需要2～3人，節(jié)約90%。

品質(zhì)提升：傳統(tǒng)預(yù)制廠梁板預(yù)制采用人工安裝模板、振搗，受工人個(gè)人技術(shù)、責(zé)任心及情緒化影響較大，全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線可以避免此類問題，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化預(yù)制，由于實(shí)現(xiàn)固定工位施工，避免現(xiàn)場環(huán)境臟亂差。

一次性投入較高：全自動(dòng)梁板預(yù)制生產(chǎn)線投入主要包括基礎(chǔ)處理、生產(chǎn)線模板、布料機(jī)與魚雷罐、蒸汽養(yǎng)生。場地處理及模板每條生產(chǎn)線費(fèi)用約200萬，考慮布料機(jī)、魚雷罐等費(fèi)用，以一個(gè)總量2 000片預(yù)制廠為例，全自動(dòng)流水線技術(shù)約需要1 500萬設(shè)備及場地費(fèi)用，而常規(guī)預(yù)制廠大約需要700萬，一次性投入較高。

5 結(jié)語

經(jīng)分析，自動(dòng)化流水式生產(chǎn)工藝在進(jìn)度管理、減少占地、節(jié)約人工、品質(zhì)提升等方面有著顯著優(yōu)勢，符合國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》規(guī)劃，對促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)工人有著重要意義，也是工程行業(yè)現(xiàn)實(shí)“中國制造”轉(zhuǎn)向“中國智造”升級的重要研究方向。其一次性投入費(fèi)用較高，但在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的大環(huán)境下，可以周轉(zhuǎn)攤銷，通過3個(gè)項(xiàng)目的輪轉(zhuǎn)可以攤銷其場地建設(shè)費(fèi)用，長遠(yuǎn)來看可以節(jié)約工程造價(jià)。專業(yè)化預(yù)制廠可以推進(jìn)實(shí)現(xiàn)行業(yè)的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化施工，目前相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟，可以推廣應(yīng)用。

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