基于精益建造的高速公路中小桥梁预制安装关键技术研究

曾先才 廖建军 傅千龙

摘  要：精益建造实质上是一种生产管理技术，其核心理念是高效化、精细化、只做有价值的工作。文章的研究出发点就是基于精益建造理论，从高速公路中小桥梁预制安装过程中的预制构件生产、运输、拼装及吊装、施工管理等四个方面，分析和识别出的各个环节的浪费并逐一消除，以节约成本。

关键词：精益建造;浪费;预制;中小桥梁

中图分类号：TU71 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）22-0142-03

Abstract： Lean construction is essentially a kind of production management technology， and its core idea is high efficiency， refinement and valuable work only. Based on the lean construction theory， this paper starts withfour aspects， i.e. production， transportation， assembly and hoisting， and construction management of prefabricated components in the process of prefabrication and installation of small-and medium-sized bridges of the highway， analyzes and identifies the waste of each link， and eliminates one by one， in order to save the cost.

Keywords： lean construction; waste; prefabrication; small and medium-sized bridges

引言

建筑工业化的迅速发展推动了预制装配式结构的广泛应用。预制装配式结构带来了结构形式的革新，然而，其建造技术及管理方法仍存在问题，如预制构件生产不连续、二次搬运、组织结构不合理、生产管理粗放等，增加了浪费，带来了建造成本的提高。这些问题严重影响了预制装配式结构的推广和发展，并损害施工企业效益和信誉。有效管理是解决工业化进程中预制装配式结构生产建造过程成本较高的方法之一，而精益建造是一种有效的管理方法和措施[1-3]。

精益建造的实质是一种生产管理技术，核心理念是精细化、高效化、只做有价值的工作。精益建造的概念起源于制造业，是日本丰田汽车在战后面临市场低迷、资金短缺、大批量生产的模式下提出的，在精益制造模式的引导下，丰田模式的成功在国际上引起极大震动，80年代，美国学者总结丰田生产模式，发表了著作《精益思想》，系统地阐述了其原则和方法，并将其扩大到制造业以外的领域[4-6]。建筑工业化和精益建造的许多目标是一致的，如标准化生产、降低浪费、提高效率等，都是传统建筑业向先进的制造业生产方式和管理方法的改进。

国际精益建造协会对精益建造的定义是“一种基于生产观的项目交付方式，是设计和建造的新方法，尤其适用于复杂、不确定和工期短的项目”[7];美国总承包协会对精益建造的定义是“在建设过程的计划、设计、建造、运行、维护、拆除、废物利用和回收等各个维度中追求全局性持续改进、成本最小化、价值最大化的概念的集合”[7];美国的Koskela对精益建造的定义为“一种为建造业设计的，以减少生产过程中的浪费（时间浪费和材料浪费）和创造最大价值为目的的生产系统”[8]。

精益建造的理论衍生于生产理论，将建设项目类比为生产系统，从转换（Transformation）、流（Flow）和价值生产（Value）三个方面解释建设过程（即TFV理论），以实现建筑产品交付、效益最大化和浪费最小化三个基本目标[9]。

在精益建造理论中，将非增值活动称为“浪费（Waste）”7种主要的浪费分别为：（1）返工;（2）过度生产;（3）过多操作;（4）库存;（5）物料二次搬运;（6）多余动作;（7）等待[10]。本文的研究出发点就是基于精益建造理论，分析和识别出高速公路中小桥梁预制安装过程中的这些浪费并逐一消除，以节约成本。

1 构件生产阶段

高速公路中小桥梁预制安装过程分为构件生产、运输、拼装及吊装等三个主要阶段。

1.1 构件生产阶段浪费原因分析

本文通过实地调研的方式收集相关数据，从不同角度发现及分析问题，中小桥梁预制构件生产阶段的浪费包括：

（1）等待浪费。主要包括人员、机器的待工浪费两个方面，其原因包括沟通不畅使原材料供应不及时、原材料設备故障等，导致构件不能及时进入生产流程。

（2）多余动作浪费。包括人员和设备数量多余和多余操作两方面。设备数量多余体现在预制构件厂部分设备使用频率小，并占用的较大的生产空间。其原因是购买设备时未充分考虑技术和成本方面的因素或设备的设计标准与构件生产标准不符。设备的多余操作浪费表现在设备空转，其原因为生产管理人员未根据项目实际情况安排合理的生产计划。大部分生产企业存在一定的人员精简空间，即存在人员数量多余，多余岗位的设置造成人工成本的增加，但对生产效率没有影响。人员的多余动作浪费隐蔽性较强，但对生产效率影响极大，构件厂流水线生产模式易造成工人重复工作、等待的情况，造成工人疲劳，进而影响工作效率。

（3）不合格品的浪费。构件在生产过程中存在破损、掉角等问题，其不合格率很高。不合格品出现原因为操作工人的技术水平不佳以及设备问题，大部分不合格品经手工修补可避免作废。

1.2 构件生产阶段关键技术

为减少构件生产阶段的浪费，应从多个维度进行把控，基于精益建造的中小跨径桥梁预制构件生产阶段关键技术如下：

（1）沟通交底。交底目的是使生产单位正确贯彻设计意图，使其加深对设计文件特点、难点、疑点的理解，掌握关键构件的质量要求，确保构件生产质量，为后面构件生产过程打下基础。另外，还需与供应商沟通好材料和机械设备的供应情况，确定材料和设备的到达时间，确保生产活动高效、有序进行，使浪费最小化。

（2）进度编排。进度计划直接影响构件的生产效率，因此，应由生产管理人员编制好生产计划，由采购人员编排好供货计划，减少人员和设备的等待浪费以及多余动作浪费。

（3）工艺评定试验。钢材下料前，根据不同的板厚所涵盖的范围，同时考虑到各种板厚在钢箱梁中所占的比例和重要程度，分别选取相应厚度的钢板进行切割工艺评定试验。节段制造开工前，根据图纸确定的结构形式结合公司实际施工条件组织焊接工艺评定，根据图纸的焊缝接头形式确定拟用的焊接设备及焊接方法、焊接坡口形式及焊接参数、焊接顺序，编写焊接工艺评定任务书报监理工程师审批。

（4）工装、胎架制作。临时支墩严格按图纸要求进行计算设计，并绘制正式施工图纸，临时支墩图和设计计算书必须经监理工程师审批后方可开始制作。严格按图纸的要求进行单元件胎架及匹配预拼总装胎架设计，并绘制正式施工图纸。

（5）放样、下料。所有零部件严格按图纸和工艺要求采用计算机放样，预留制作和安装时的焊接收缩补偿量和加工余量。号料前应检查钢板的牌号、规格、质量，钢板如有折皱、翘曲等影响质量的现象必须矫平，表面油污、氧化皮等污物应清除干净再进行号料。号料套料时严格按工艺排版图进行，号料所划切割线必须正确清晰，钢板的起吊转运应采用磁力吊具，以保证钢板及下料后零件的平整度。切割应优先采用精密切割如数控等离子、自动、半自动切割。底板、腹板、翼板、横隔板采用数控下料，纵向加强筋采用拉条机进行下料，手工切割仅适用次要零件或切割后仍需加工的零件。

（6）加工、矫正。上下翼缘板、底板、腹板不等厚对接过渡坡口等零部件加工采用刨边机加工。各零部件下料后应进行矫正，矫正后的允许偏差满足相应的标准要求。

（7）线型控制。在施工前，除根据设计给出数据外，还要根据现场安装情况进行细致计算。每跨的预拱度值要根据跨度及组合梁截面特性进行计算。具体部位的预拱度按照二次抛物线方程进行布置，结合组合梁纵坡度、横坡度计算出每个参考节点的三维坐标，以利于整体控制线性。组合梁在加工及焊接过程中，板单元及节段的三维尺寸要按照实际纵坡、预拱度、横坡来控制，同时要考虑在加工、组装、总拼过程中的焊接变形。

2 构件运输阶段

2.1 构件运输阶段浪费原因分析

构件运输阶段的浪费体现在：

（1）运输效率低，运输成本增加。其原因是运输缺乏合理规划，存在交通拥挤、交通部门管制、载荷限制等潜在拖延因素。这些因素在构件由生产厂家运输到施工现场前应提前考虑。

（2）构件的二次搬运。施工现场的不确定性以及为了应对库房对构件的临时存放，导致厂房内及厂房到施工现场构件的二次运输。为减少二次搬运浪费，应降低施工和生产的不确定性，形成有效的运输计划，减少库存，降低运输成本。

2.2 构件运输阶段关键技术

构件运输与生产和拼装过程关系密切，通过构件运输将整个预制结构的建造过程联结为一个整体，科学地管控构件的运输过程，是减少浪费的重要环节。

基于精益建造思想的构件运输要求运输路线不出现迂回、反复，运输过程不出现等待、中断。预制桥梁构件建造前后工序是紧密衔接的，因此，构件运输节拍和必要库存量要根据施工的需求和生产厂家的产能关系来确定，使运输节拍均衡、物料库存量低、物料流动通畅。

常见的构件运输方法包括推动法和拉动法两种。推动法是指预制构件厂将生产好的预制构件运输至施工现场，由于预制构件体积大、重量大，过早地运输至施工现场容易造成施工现场交通阻塞，带来二次搬运问题，并增加了拼装时寻找合适构件的难度，带来成本的增加。精益建造理论提倡采用拉动法。拉动法是指在施工拼装需要时才安排生产厂家将构件运输至施工现场，从而避免上述问题发生。具体来讲，拉动法是指当施工现场有吊装需求时，从存储构件中挑选出所需构件，根据吊装构件数量、尺寸、重量，制定合理的构件组合，并根据构件组合选择合适的运输车辆和运输路线，通过构件运输完成从预制构件厂到施工现场的位置转换，最后将预制构件卸货、交付至施工现场。

预制构件运输前需实地勘测沿线建筑限界，如收费站、路桥、涵洞、电线电缆等的高度、宽度，是否适合运输;根据路况预估可能发生的各种突发事件并先期做好准备;运输前办妥各类行驶通行证，做到安全、快捷将构件送达施工现场。

另外，在装车、捆绑、挂钩等过程中，起吊点必须放在设计起吊位置，并设计专用起吊工装;在平板车上预先放置木制垫板（垫板规格根据车型确定），使构件保证水平，防止构件运输中扭曲变形及滑动;在构件边缘加垫防护钢管，防止缆绳受损断裂;运输过程中注意行车安全，中速行驶，不得急启动急刹车，特别是经过收费站、路况差等情况时必须预先判断好行驶路线，避免构件受损及发生安全事故;在构件前后左右四方应粘贴警示标识，悬挂警示灯，运输途中以警示其他车辆和人。

3 构件拼装及吊装阶段

3.1 构件拼装及吊装阶段浪费原因分析

预制构件的垂直吊装速度取决于吊装设备的吊装能力以及构件的尺寸和重量。构件吊装阶段的浪费体现在：

（1）过多操作。不合理的施工道路和构件堆放布置易导致吊装设备运行路线迂回反复。不合理的吊装设备选取以及吊装组合易导致吊装设备起吊不能达到最大吊重，或增加起吊次数。

（2）等待。构件的拼装和吊装影响到构件的存放和运输，不合理的吊装计划容易导致構件吊装过程妨碍其他工作正常运行。

3.2 构件拼装及吊装阶段关键技术

构件拼装吊装过程涉及到吊装设备选型、施工场地布置、吊装工序设计。吊装设备选取要考虑最重的预制构件重量和所在位置，确保吊装设备能够达到最重的预制构件的起吊要求。完成吊装设备选型后，要根据预制构件的拼装位置合理规划施工道路和堆放位置。另外，构件施工现场的临时存放区和构件运输过程需要提前协调，并设置与其他工种作业区的隔离带，避免影响其他工种正常工作。

从吊装安全性和吊装精度方面考虑，确定好吊装顺序。一般吊装步骤如下：

（1）全桥型线放样。

（2）处理硬化现场地面吊装场地。

（3）与交管和路政管理部门协商封道时间，拉设警戒线，摆设警戒标识。

（4）吊装临时支撑。

（5）主体吊装。

（6）吊装段标高、位置测量。

4 施工管理

项目管理人员，特别是项目经理的管理能力是影响预制装配式项目计划和控制的关键因素。预制装配式建造项目的管理人员的角色是协调好预制构件厂和施工现场。因此，项目管理人员需具备协调多方以实现项目目标的能力以及识别、分析、解决问题的能力。影响项目管理的因素分为两类，第一类为软因素，包括工人的知识和经验、管理人员的能力和信息共享程度;第二类为硬因素，包括项目管理过程中涉及的质量管理方法、信息管理方法、设计计划技能等。

项目部组建精益建造各级管理团队。由项目部主要负责人组成精益建造领导小组。领导小组主要任务是进行精益思想变革，包括组织项目部管理人员学习精益思想、形成精益愿景，提供必要的培训、制定精益变革的计划、监控变革的进程等。精益建造管理团队其他成员主要职责包括对精益建造领导小组负责并汇报工作、分析本部门的工作价值流，区分哪些环节产生浪费和哪些环节产生价值，指导和推动本部门的工作，执行新的工作流程、持续的改进工作，提高工作的质量。

5 结束语

精益建造的实质是一种生产管理技术，精益建造理念中包含了两个核心原则：价值的最大化和浪费的最小化。缺少任何一个，都不能实现精益建造的目标。只关注创造价值最大化，而没有降低或消除浪费，则无法体现优化改进的成果;只关注消除浪费、减削成本则无法带来收益的提高。精益建造是一种科学的、连贯的、动态的、以实际条件和需求作为导向的过程，在这个过程中，所有的建设参与者都会在创造最大价值的目标下不断地降低或消除浪费。本文的研究出发点就是基于精益建造理论，从高速公路中小桥梁预制安装过程中的预制构件生产、运输、拼装及吊装、施工管理等四个方面，分析和识别出的各个环节的浪费并逐一消除，以节约成本。

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