装配式混凝土建筑预制构件的定制生产组织设计

汤序霖，何炳泉，黄厚军，2，叶嘉彬

（1、广州机施建设集团有限公司 广州 510725；2、广州市建筑集团有限公司 广州 510030）

《“十四五”建筑业发展规划》提出，将大力发展智能建造和装配式建筑，促进建筑业从追求高速增长转向高质量发展。装配式建筑已成为推动建筑业供给侧结构性改革的重要抓手［1−2］，而预制混凝土构件的工厂生产则是整个建筑产业链转型的重要枢纽。将分散各地的施工作业转入集中的预制构件厂生产，具有如下明显优势：加速专业化队伍的引入，为后续引入自动化生产提供了便利［3］；极大减少施工过程的高空作业，提高施工安全性；提升建筑产品的质量［4］。

预制混凝土构件的工厂生产是装配式建筑研究中的关键点，已有的研究主要集中在生产的过程，如生产工艺［5］、预制构件模具设计与选用等［6］。目前装配式全面应用的趋势下，预制构件的定制化生产难以避免。同时，由于相关产品的体积大，仅基于工艺过程的组织生产方式容易导致预制构件厂的堆场迅速进入饱和瘫痪状态，不利于工厂产能提升。因此，本文以某装配式建筑项目为例，基于项目对象分析需求边界条件，提出预制构件厂生产进度与施工现场相协调的组织方式，以期对后续的生产组织提供参考与借鉴。

1 项目背景

广州某大厦采用混凝土框架−剪力墙结构体系，地上19 层，其中7 层以上框架部分全预制拼装，装配率达67%［7］，其建筑效果如图1 所示。项目总建筑面积约4.4万m2，建筑高78.5 m，地上19层。预制构件在标准层的分布如图2所示，种类有：预制柱、预制梁、预制叠合板、预制楼梯、全预制阳台。项目中预制构件总数量为3 246件，具体如表1所示。

表1 项目的预制构件总数Tab.1 Total Prefabricated Components of the Project

图1 某大厦效果Fig.1 Design Sketch of the Building

图2 预制构件分布示意图Fig.2 Distribution Diagram of Prefabricated Components

2 预制构件的生产组织

2.1 目标分析与组织形式

本项目的施工组织设计中计划结构的施工进度为6～7天/层，通过分析包括预制构件在内的垂直运输能力，选用2 台TC7030 塔吊，可满足6 天/层的需求。采用如图3所示的施工平面布置，由于现场场地狭窄，布置的预制构件堆场存放数量有限，仅可作为预制构件的周转场地，不适合大面积储存。

图3 项目施工平面布置Fig.3 Plane Arrangement of Construction Project

本项目预制构件厂的平面布置如图4 所示，经分析，工厂堆场可存放约2层的预制构件。

图4 预制构件厂平面分析Fig.4 Plane Arrangement of Prefabricated Component Factory

综合上述条件，采用预制构件厂生产进度与施工现场相协调的组织方式，按“构件厂生产−构件厂储存−现场堆场周转”方式流水。预制构件厂先生产两层的预制构件，然后按6天/层的强度持续进行至项目构件生产完成。该生产组织方式既能满足项目施工进度的要求，同时考虑预制构件厂与施工现场堆场的储存条件，流水生产的组织方式强度均匀、费用较低。同时，利用先生产两层的预制构件作为适当的储存量提供了缓冲周转，防止现场阶段性赶工或预制构件损坏而需更换。

按上述生产组织方式，预制构件厂规划生产1 层的预制构件量为6 d，并提前12 d 启动预制构件的生产。预制构件厂每天所需生产的预制构件数量如表2所示。

表2 预计生产预制构件效率与模具数量分析Tab.2 Expected Production Efficiency of Prefabricated Components and Analysis of Mould Numbers

2.2 模具的数量确定

预制构件生产的主要模具类型如图5所示，预制叠合板的采用钢底模与可组合侧模具的方案如图5⒜所示，预制柱、预制梁、预制楼梯、全预制阳台等采用定制的独立模具方案如图5⒝所示。

图5 主要模具类型Fig.5 The Types of Moulds

生产预制叠合板的钢底模数量的确定主要按层平铺的面积进行套数估算。具体实施中，由于钢底模作为预制构件厂的初始建设项目，因此只需要进行项目的核算；同时，组合侧模可进行尺寸的组合，多项目侧模重复使用的情况也较为普遍。此外，目前采用流水生产线生产叠合板也是一种常用的方式。但对于预制柱、预制梁、预制楼梯、全预制阳台等采用定制的独立模具，标准化的程度较底，对项目的生产组织关系密切。独立模具的数量确定往往是生产组织中的重点，其影响因素主要包括：预制构件种类、数量、尺寸、生产工艺等。以采用独立模具的预制柱为例，对其确定流程展开分析。

⑴ 如表2 所示，对预制柱模具的影响最大的因素为生产效率。在每日生产数量固定的情况下，可通过节约生产过程模具的占用时间，从而减少固定模具的数量。因此，采用早强混凝土、蒸汽养护等工艺，缩短构件脱模时间效果最为明显。本项目中，由于采用蒸汽养护工艺成本过高，因此采用早强混凝土达到2 d 脱模的效果，初步确定预制柱的模具为12套。

⑵初步确定预制柱的模具数量后，需对构件尺寸进行分析，合并归类本项目所有预制柱（共计407件）的尺寸信息，分析确定12套模板的尺寸，如表3 所示。对于梁、柱等直线型构件，仅考虑截面尺寸，实际模具长度覆盖构件中的最大长度，以端模调整符合各构件，本项目将柱分为5 种类型。其中类型4 不单独开模，基于类型1 或者类型2 的模具，利用垫高块配合改装完成；类型5为剩余非标准构件，且与前3 类形式没有任一截面尺寸相同，可考虑采用木模板完成。

⑶确定柱模板的数量和尺寸后，进行柱端模具的确定工作。由于采用出筋的构件制作方式，端模与配筋的关系密切，可优化的空间受限。主要考虑截面配筋的数量与位置，并通过端部橡胶塞的使用，减少端模的种类。

通过上述步骤，完成模具的确定工作，可得出以下规律：①对叠合板等板式构件而言，主要采用固定的钢底模与组合式侧模，与独立模具的分析方法不同；②从单项目分析，其标准化的水平并不是影响模具的唯一因素，从表3 可知由于受构件生产进度与模具占用的影响，使相同截面尺寸的柱模具的类型1 需要7套；③从项目模具的周转次数来看，本项目柱子模具周转基本在30 次左右，通过标准层的周转，或者更广义的同地块多栋单体项目的周转，可降低模具的摊销费用，减小成本增量；④对于与配筋影响关系密切的柱端部模板或者零散的非标准构件模板，可以采用“钢模+木模具”或“木模板”等方案。

表3 预制柱种类汇总Tab.3 The Types of Precast Columns

上述分析结论仅针对预制构件的模具组织，项目预制构件的标准化虽对单项目的模具影响有限，但对工人的生产效率也有重要的影响；同时，对于多项目而言，标准化的整体水平对整个构件厂的模具改装费用摊销等存在一定影响［8］。

2.3 工厂生产区域场地布置

通过上述的流程确定预制构件的模具后，其工厂场地平面布置的本质之一是将钢筋绑扎、混凝土浇筑等工艺在空间中进行分布，以方便生产的组织［9］。本项目的工厂生产区域平面布置如图6 所示，分为钢筋绑扎区域、模具区域与质检区域等。

图6 预制构件厂平面分析Fig.6 Analysis of Plane Arrangement of Prefabricated Component Factory （m）

如图6 所示，基于项目的生产组织需要考虑的要点包括：①自动化的板式生产线或钢底模的布置需大量设备调试等工作［10］，基本属于永久性布置，该部分主要是进行产能复核；②独立模具的布置较为灵活，可根据项目特点进行调整优化，主要考虑工厂中如大型龙门吊等永久设备的布置状况，充分提高固定设备的使用率，对降低成本的作用明显；③工厂平面布置中，可考虑汽车吊等移动设备进行补充；④场地的布置应考虑材料组织的动线，尽可能便于工人操作，以及形成工序流转；⑤最后再进行场地的进一步复核。

3 结论

目前装配式全面应用的趋势下，预制构件的定制化生产属性难以避免。为此，提出预制构件厂生产进度与施工现场相协调的组织方式，按“构件厂生产−构件厂储存−现场堆场周转”方式流转，重点分析了模具数量的确定方法与工厂场地平面布置要点，同时得出以下主要结论：

⑴该生产组织方式适合当前预制构件的定制化生产属性，避免了堆场等仓储系统快速进入饱和瘫痪状态；

⑵通过节约生产过程模具的占用时间，如采用早强混凝土、蒸汽养护等工艺缩短构件脱模时间，有利于减少固定模具数量，效果明显；

⑶对于零散的非标准构件或与配筋影响关系密切的柱端部等模板，可以采用“钢模+木模具”、“木模板”等方案，降低生产的成本。