智慧生產導向的混凝土預制構件生產效益及路徑

摘" 要：建筑行業正經歷著前所未有的劇烈變革，裝配式建筑發展導向更為明確，建筑產業進入智慧發展階段。其中混凝土預制構件的大規模生產便是智慧生產導向下建筑行業創新發展的典型成果。混凝土預制構件的智慧化、一體化生產將產生綠色、便捷、節能、高效等綜合效益，帶動建筑工業化水平的提升，凸顯工業信息化管理和智能化應用優勢。這也將是建筑行業當前發展以及未來預制技術發展的必然趨勢。本文將站在智慧生產的導向下研究混凝土預制構件的生產問題，分析預制構件的生產效益及科學路徑。

關鍵詞：智慧生產；混凝土預制構件；生產效益；路徑文章編號：2095-4085（2024）11-0243-03

作者簡介：陳巨美（1992.11—），男，山東菏澤人，本科，工程師，研究方向為智能制造。

混凝土預制構件生產是建筑行業新興的建筑材料生產模式，具有高效、節能、環保等優勢，目前已在建筑領域得到了推廣應用。其可以解決傳統混凝土構件生產中效率低下、品控難、資源浪費等現實問題，真正做到以智慧生產為導向，提升混凝土預制構件生產的綜合效益。智慧生產導向下的混凝土預制構件批量化生產也能確保產品質量的一致性和穩定性，提升企業的市場競爭力，推動建筑行業的穩定發展。關于智慧生產導向的混凝土預制構件生產效益及路徑的專題研究具有現實意義。

1" 混凝土預制構件智慧生產背景

當前，建筑材料的智慧生產已經不是新興概念。在進入21世紀之后，建筑材料智慧化生產導向越來越明確，技術創新成果不斷涌現，裝配式建筑結構應用更為普遍，為公路、鐵路、管道、隧道、橋梁、綜合建筑體等建設提供穩定的材料支持［1］。智慧生產導向下的混凝土預制構件就是在這樣的背景下應運而生，其得益于建筑行業的創新發展、科技的進步、環境保護要求的提升及資源利用效率提升的訴求，同時其又與建筑品質的提升息息相關。當前城市化進程速度加快，人們對居住環境的要求更高。建筑行業處于蓬勃發展的態勢，但傳統建筑材料生產當中暴露出的問題也引發社會的持續關注，主要如資源的浪費、能源的消耗、環境的污染。因此，尋求更為智慧與可持續發展的生產方式，滿足建筑行業的發展需求十分必要。此外，科學技術創新成果不斷涌現，為建筑材料的創新生產提供多元支持。例如3D打印技術的問世、納米材料的普及應用、智能傳感器的推廣等都使得建筑材料的智能化生產有了更多可能。在全球范圍內，人們對環境保護問題的關注空前增強，人們的環境保護意識加重。建筑材料作為影響環境的重要因素之一，如何實現生產過程的綠色環保化是當前建筑材料生產設計所需要迫切解決的問題。通過智慧化的生產做到精準的控制和生產監測，可以有效降低建筑材料生產對環境的負面影響，達成綠色建筑發展目標。在建筑行業長期的發展過程中，建筑材料生產過程中出現的資源浪費問題與當前社會可持續發展的理念形成激烈沖突。如何有效節約能源、水資源等成為建筑材料生產時需要關注的點。智慧生產導向下的混凝土預制構件生產可以在數據分析和優化管理的雙重支持下，提升資源利用率，降低資源浪費程度，有效縮減生產成本［2］。當前，人們對建筑品質要求也有大幅度提升，智慧生產導向下的建筑材料預制生產與建筑品質的提升息息相關。智慧生產過程可以確保材料生產中的質量穩定性和一致性，提高建筑材料品質和性能，增強建筑安全性、舒適性和耐久性，滿足人們對高品質建筑的需要。

2" 混凝土預制構件生產的現實訴求

基于城市化進程明顯加快和建筑行業快速發展的實際，混凝土預制構件需求量日益增長。作為工廠或生產基地提前制作好的建筑構件，其可以統一運輸到現場進行安裝和組裝，便于施工作業。目前混凝土預制構件的需求口主要體現在四個層面。一是住宅建筑層面，隨著人口的增加，城市化進程的加快，住宅建設量增加。混凝土預制構件生產可用于建住宅建筑中的墻板建設、樓梯建設、樓板供應等，將帶來較高的施工速度和質量，合理滿足住房供應需求。二是在商業建筑層面。當前商業建筑如大型的購物中心、辦公樓、酒店等不斷涌現，其對建筑混凝土預制構件也有較大的需求。大體量的墻體構件都需要混凝土預制構件的支持，其可以有效提高施工效率并縮短工期。三是在基礎設施建設方面。混凝土預制構件也有較大的供應缺口。當前國家基礎設施建設主要有橋梁、隧道、地鐵站等，都需要使用大量的混凝土構件。如果能提前制作混凝土預制構件，可以減少基礎設施建設現場的施工作業時間，減少施工作業對周邊交通的不利影響。四是農村建設方面也需要大量的混凝土預制構件供應。當前我國大力推行新型農村建設，農村居民樓建設、水利設施建設都需要混凝土預制構件。因此，混凝土預制構件需求量大。做好智慧生產導向下的混凝土預制構件批量化生產，將合理滿足建筑各層面的材料供應需求，有效保證建筑整體品質。

3" 智慧生產導向下的混凝土預制構件生產

3.1" 混凝土預制構件生產支持

對于混凝土預制構件智慧化生產來說，一是離不開專業技術與設備的基礎應用支持。這些基礎設備主要包括傳感器、計算機控制系統以及智慧操作平臺等。在這些智慧化生產系統的輔助下，混凝土預制構件能進行自動化的生產和全方位的生產監控。預制構件生產線能根據構件生產訴求合理調整及優化生產流程，這樣不同品類、不同規格的預制構件能在一個生產基地內快速完成。二是推行模塊化與可擴展的生產線設計。在智慧生產導向下的混凝土預制構件生產基地內多采取模塊化設計，使生產線根據不同的產品需求進行有效調整，并做到合理化擴展。模塊化設計允許生產線中的各模塊獨立運作［3］，且有效地組合在一起，形成完整的生產系統。這種設計不僅可以提高生產線的靈活性，還能降低生產線的改造成本，壓縮生產時間。產生新的混凝土預制構件生產需求時，只需要更改相應的模塊就可以實現生產線的轉化。三是在預制混凝土混凝土預制構件生產基地內，一般配有數字化、智能化的后臺管理系統，其主要負責對混凝土預制構件生產過程進行實時監控，并給予智能調度支持。智能化管理系統綜合大數據技術、云計算技術、物聯網技術等，對生產過程的各個環節進行有效的數據采集與分析，從而為生產決策提供科學依據。智能化管理系統下的制造執行系統則對生產訂單進行實時跟蹤，確保生產資源處于優化配置狀態，保證混凝土預制構件生產效率和最終的資源利用率。

3.2" 智慧生產導向下的混凝土預制構件生產環節

基于智慧生產導向的混凝土預制構件生產，是在信息技術和自動化設備的一系列支持下，改變傳統的混凝土預制構件生產模式。通過數字化設計模擬、生產過程自動化監控，配合遠程管理、產品追溯等達到高效生產、品質生產的目的。

首先，基于智慧生產導向與混凝土預制構件生產需要在先進的數字化設計和模擬技術支持下進行。設計主要包括結構設計、材料選擇設計、施工工藝選取等，通過組合選用提高設計的精度和效率，減少設計錯誤，避免重復性的操作。

其次，智慧生產導向下的混凝土預制構件需要保證生產過程的自動化，同時需要相應的監測設備給予生產過程監測數據反饋，確保生產流程規范安全。在這一環節，自動化設備與專業傳感器起了巨大作用［4］，其可以針對混凝土構件生產的具體流程如原料配合過程、混凝土攪拌過程、混凝土澆筑過程、混凝土養護過程進行一體化與標準化監測。在整個監測過程中，數據作為詳實參考，可保證生產的流程化、標準化，增加產品性能穩定性。工作人員可以基于一些異常的生產參數，及時發現生產流程中的問題，減少構件生產缺陷。

最后，智慧生產導向下的混凝土預制構件生產還具有產品追溯的可能性。系統通過在各環節記錄與追蹤關鍵數據，能做到對混凝土預制構件生產全生命周期的監管，做到無死角的管控。這樣，管理人員可以及時排查質量隱患，快速定位故障，及時糾正錯誤，確保產品對應理想的合格率。在整個智慧生產過程中，遠程集中控制及監控系統可以全域監視生產線各部位、各環節，所有流程可通過“互聯網+大數據”實時操控，管理人員則借助通過電腦“點一點”“看一看”，動態切換不同攝像頭畫面，從而一目了然地了解到平臺建設、生產運行情況和設備實時狀態，全面提升了生產質量和效率［5］。混凝土拌合是質量要求較高且操作較為復雜的階段，在智慧生產模式下，生產基地內搭建混凝土拌合站，優化混凝土運輸方式，設置90型單機混凝土拌合機，下料口設置魚雷罐與生產線自動布料系統連接，混凝土拌和完成后直接運輸到生產線，實現混凝土生產、運輸一體化。鋼筋籠和模具通過運輸臺車到達自動布料和振搗工位，自動布料機采取“行走式”布料方式，布料平穩、均勻。振搗采用浮動設計，減震氣囊技術，代替人工插入式振搗，使混凝土振搗更加智能化。

4" 智慧生產導向下的混凝土預制構件生產效益

4.1" 提高作業效率

混凝土預制構件在專業的智慧化工廠環境下進行，對比傳統的混凝土現場澆筑模式，其實現了施工效率的大幅度提升。在混凝土預制構件生產基地內采取流水線作業模式，實現標準化、批量化生產。預制構件可以與施工現場同時進行，這樣就減少了施工期間的等待時間。此外，智慧生產導向下的混凝土預制構件生產還可以通過優化生產方案，加強設備管理，減少生產誤差，減少產品廢品率，保證產品質量的穩定性與一致性［6］。參考某預制中心的生產案例，在推行智慧化生產模式后，其相較于傳統的生產線，同數量的混凝土預制件生產可節約10個多小時，上百個模具能夠同時運轉，一天可以完成3000多個混凝土預制構件的生產。

4.2" 提升構件品質

采取智慧生產模式進行混凝土預制構件大批量生產，可以有效提升混凝土構件的品質。一般來說，質量管控是整個構件生產環節中最為重要的任務。采取智慧生產模式，機械化精準作業代替了傳統的人工操作，能在很大程度上減少人工操作誤差。這樣原材料的配合比得到了最精準的控制，使得混凝土無論是強度還是耐久性能優勢更加突出。混凝土預制構件生產基地內作業環境比較穩定，溫度、濕度相對可控。相較于露天環境的作業干擾來說，混凝土預制構件生產受影響較小，施工質量更有保障。此外，混凝土預制構件整個生產過程中會有專門的質量檢驗環節和產品性能測試環節，業可以為混凝土預制構件的產品質量提供保證。正是因為有了精準的生產數據反饋支持，有了智慧管理系統對生產過程的全方面監控，生產過程中的干擾因素可以被有效地避免，生產過程中的質量缺陷得到科學規避，混凝土預制構件的質量更佳。

4.3" 保證生產安全

混凝土預制構件采取智慧化生產模式，人為操作較少，整個操作安全性方面有了明顯提升。本身混凝土預制構件所承受的荷載壓力較大，生產過程中出現嚴重的失誤就會引發較大的物質損失，甚至危及到作業人員的人身安全，使得生產作業風險無形加大。而采取智慧生產模式，混凝土預制構件在生產基地內進行，作業人員可以在更為穩定的環境中進行操作性的作業。

4.4" 突出節能環保

有效節約資源，保護當前的生態環境也是智慧生產導向下混凝土預制構件生產的效益體現。通過批量化生產能有效節約原材料，減少資源損耗，減少生產浪費。在生產基地內，工作人員通過精準計算原材料的使用量，就能避免不必要的浪費。而預制構件生產過程中產生的廢棄物和污染物也能得到及時有效的處理，特別是做到科學的回收利用，既能減少對環境的危害，又能有效節約資源，推動節約型社會的發展。因智慧生產導向下的混凝土預制構件批量化生產屬于典型的機械化生產模式，其對于人工的需求量明顯減少，可以遏制居高不下的人工成本，做到成本的有效管控。此外，智慧生產也減少了現場施工的等待時間，減少了施工現場的復雜干擾，也能從一定程度上降低建筑項目的整體建設成本。因為預制構件在生產基地內集中生產，現場施工的粉塵污染和噪音污染能得到有效控制，生產更具有環保優勢。

5" 結語

建筑行業高質量發展導向十分明確，采取智慧化生產模式，實現產業鏈式的專業化建筑材料生產具有積極意義。預制混凝土構件智慧化生產已經初具規模，為建筑領域的多方面應用提供有力支持，預制構件產品質量也更有保障。鑒于預制構件智慧生產產生的紅利，不少建筑材料生產企業紛紛嘗試建筑材料生產轉型，也出現了同質化低價競爭的情況。企業預制構件質量管理和售后服務方面業還存在一些不足，這些都是預制構件建行業未來發展需要關注并解決的問題。

參考文獻：

［1］沈存莉，墻新.預制混凝土構件中工業廢料再利用的節能潛力［J］.石材，2024（10）：128-130.

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［3］許文利.清水混凝土預制構件生產技術要點分析［J］.山西建筑，2024，50（12）：98-101.

［4］李立巖，汪小南.裝配式預制混凝土構件廠建設項目投資環境分析［J］.城市道橋與防洪，2023（12）：273-277+33.

［5］李曉丹，喻博.預制混凝土構件生產過程中的庫存仿真與控制研究［J］.城市建筑，2023，20（22）：201-205.

［6］廖帝增，蔡奇原，葉茂烜，等.基于再生混凝土的裝配式預制構件性能研究［J］.住宅產業，2023，（9）：75-78.