装配式建筑构件生产线设计及产能计算

王连博

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

当前，我国高度重视发展装配式建筑，提出了一系列发展要求，并制定了明确的发展规划和激励政策。一大批龙头企业积极参与，部分地区已呈现规模化发展态势，其中装配式建筑构件厂（以下简称PC工厂）得到了快速发展。

目前PC工厂的生产工艺设计暂无专用的技术体系或标准，尚未形成系统的适合于大规模推广应用的技术体系。为此，本文总结并梳理现有的装配式混凝土预制构件生产工艺，结合管理经验，介绍目前装配式建筑构件生产线的设计思路。

1 装配式建筑构件的生产工艺

1.1 建筑构件的生产模式

目前构件的生产模式主要有3种：固定模台生产方式、循环式生产线生产方式、中央移送台生产线生产方式。不同生产方式对设备、人员等方面的要求各有不同。循环式生产线生产方式可以集中蒸养，节能降耗，工序设计紧凑，工艺布局科学合理,安全性强，生产效率和机械化程度高，适合生产墙类及板类等几何形状较规范且批量大的构件。固定模台式生产方式受其它设备设施的限制较小，对构件的尺寸限制宽松，适合生产批量小、几何形状复杂的构件。对于构件尺寸复杂，人工作业工序多、工序作业时间长，尺寸又比较规范的构件，具有一定的数量时，可采用中央移送台式生产线的作业方式。

1.2 生产线的选择

装配式混凝土建筑主体结构可采用装配整体式框架结构、装配整体式剪力墙结构、装配整体式框架剪力墙结构等技术体系等。依据上述主要结构体系的典型预制构件，设计采用相应的生产线进行生产。PC构件主要产品有：预制外墙板、预制内墙板、叠合楼板、预制楼梯、预制阳台板、预制空调板、预制梁、预制柱等。不同生产线及其产品如表1所示。

表1 生产线及其产品

1.3 工艺流程设计

1.3.1外墙板的生产工艺

预制外墙板俗称三明治墙板，较内墙板增加了保温层和外饰面层。根据结构体系要求，底部通过套筒形式实现竖向连接，两侧外露箍筋，混凝土断面为粗糙面和抗剪槽，以增加现浇混凝土的结合强度。预制外墙板的生产方法，包括“正打”和“反打”2种形式，主要区别在于结构层和外饰面层的浇筑顺序，两者的工艺和技术要求没有本质区别。如果外饰面层有装饰需求，只能通过“反打”生产，即在底模上预先铺设装饰材料，“反打”工艺流程如图1所示。与其相比，“正打”的生产方式有利于处理预留预埋。在选择外墙板的生产方式时，要兼顾产品需求及现有工艺设备情况，一旦模具制作完成，再调整生产方式，将导致较大的经济和时间成本损失。故此，在具备生产条件的情况下，推荐采用“正打”的生产方式。

1.3.2 内墙板的生产工艺

内墙板的生产工艺比外墙板简单，没有挤塑板安装工序，在混凝土浇筑工序后可进行收面处理及养护。

1.3.3 叠合板生产工艺

通过高压气流对开槽成型后的坑槽进行清扫，将开挖残留松散颗粒与粉尘清扫出坑槽外，然后将坑槽坑底与壁面进行凿毛处理，提高其摩阻力，若坑槽内含水量较大，应进行烘干处理，避免水分影响黏层油的黏结性能。

叠合楼板的生产工艺主要由组模、安装钢筋、浇筑振捣、拉毛、构件养护、拆模等工艺组成，其工艺流程较墙板比相对简单。

2 构件厂的整体工艺设计

2.1 总体要求及产能计算

首先设定工厂建设目标，满足装配式建筑所有部件的生产制作为产品目标，设计产能假定为15万m3/年，且具有一定工艺先进性，制造水平、生产效率较高，成品质量得以保证的装配式建筑构件厂[1]。

工作制度选用2班二运转制或根据实际情况采用多班二运转制，根据生产管理经验，扣减设备维保及日常清洁等时间，有效工作时间计10 h/班，每年有效工作时间为300 d，年时基数为6000 h，故此产能需求应大于25 m3/h。

根据现在的技术体系规范及拆分工艺要求，建筑项目各种构件所占比例及体积分配大致如表2所示（采用装配式整体剪力墙体系的项目统计所得的基本数据，预制率为50%以上）。

表2 各种构件产能需求测算

2.1.1 模台利用率的测算

模台取90 000 mm×4000 mm，根据现有装配式剪力墙体系的构件拆分结果所确定的构件尺寸，根据构件的种类及尺寸规格统计，同时也考虑模具的宽度限制，这种尺寸规格的模台确保模台面积利用效率的最大化，即保证每个模台同时生产2块墙板的概率最大（模台面积利用率最大）。根据现有装配式剪力墙体系的构件拆分结果所确定的构件尺寸，外墙板和内墙板在模台工作面的利用率约为45%，叠合板的利用率约为40%。按单模台产能=模台面积×模台面积利用率×构件厚度计算。外墙板厚度取300 mm、内墙板厚度取200 mm、叠合楼板厚度取60 mm时，单个模台可生产预制构件的体积为：（1）预制外墙：9×4×45%×0.3=4.86 m3；（2）预制内墙：9×4×45%×0.2=3.24 m3；（3）叠合楼板：9×4×40%×0.06=0.864 m3。

2.1.2 生产节拍的制定

根据生产线整体规划布局、产能设计需求及实际生产管理经验，国产循环式生产线节拍制定如下：预制外墙生产线为15 min，预制内墙生产线为15 min，叠合楼板生产线为12 min。

经上述计算可知，选取1条外墙板生产线，以生产外墙为主，生产内墙板为辅；选取1条内墙板、叠合板生产线，共同生产内墙板及叠合板，基本满足年产15万m3的设计目标。

2.1.3 固定模台生产线的产能计算

选用固定模台工位生产异形构件，根据现有装配式剪力墙体系的构件拆分结果所确定的构件尺寸，异形构件的平均方量约为0.7 m3，固定模台的生产特点是全部工序均在同一位置完成，根据2班二运转制模式，设定2班时完成组模、浇筑、养护、拆模等工作，即生产节拍为20 h，根据产能需求，20 m3/0.7 m3≈29个，即需要至少29个工位，才能实现固定模台生产线的产能目标。

2.2 外墙板生产线工艺设计

外墙板的生产工序作业时间如表3所示。

表3 外墙板的生产工序作业时间

上述作业时间为单模台作业时间，作业时间与机械设备性能及人工熟练度等有较大关联，构件的加工难易程度不同，作业时间也会有很大差异。在作业时间有效控制的前提下，为满足生产节拍，应设置对应数量的工艺工位。再根据工艺工位数量，设备自动化程度，确定对应工位的人工数量。外墙板生 产线工位设置统计如表4所示。

表4 外墙板生产线的工位设置统计

2.3 内墙板、叠合板生产线工艺设计

内墙板生产线主要有模台处理、划线、模具安装、钢筋埋件安装、混凝土浇筑、养护、抹平、蒸养、脱模、构件冲洗、暂存等工序；叠合板生产线还需要拉毛工序。这2种构件的生产线工艺方案与外墙板生产线相比，可减少部分工位，生产线工艺方案也较为简单。其作业时间及工位数的确定，可参考外墙板生产线。

2.4 固定模台生产线工艺设计

固定模台生产方式是将固定式模具固定在长模台上进行生产和养护。具体到PC工厂产品中，绝大部分内、外墙板，叠合楼板均在循环式生产线上进行，少量异形构件，截面尺寸不规则无法进入养护窑，所以才在固定模台生产线完成。但固定模台的生产方式较为落后，自动化程度低、功效低、能源浪费大[2]。

固定模台生产线的设计思路主要在于空间的有效利用，半成品及成品的物流流线设计，以及提高固定模台线的自动化程度等。在空间利用上，对拟生产异形构件的生产区域进行合理划分，在满足作业条件及物流空间的情况下，对生产区域进行合理分配，避免空间的浪费。规划半成品、成品物流流线，确保混凝土及半成品钢筋快速顺畅的送达构件生产区域，不应与成品外运流线互相干扰。提升固定模台生产线的自动化水平，如使用自动式布料机、移动式振动台、恒温养护系统等，不仅能提升工作效率，还能解决传统生产方式的能源浪费问题。

3 工艺设计与生产组织考虑

部分工厂在工艺规划时，对工艺设备的性能理解不深刻，对生产组织方式思考不充分，且目前国内的PC工厂多采用劳务分包的用工模式，常出现生产工人定员不合理、劳动力分工不合理的情况。自动化设备的产能没有得到释放，机械与人工穿插，并没有形成工业化的运行体系，制定的生产节拍难以实现，往往还是需要增加人工数量来提高产能[3]。

这需要在工艺设计时采取一定的措施使各设计工序的延续时间基本相等或为生产节拍的整数倍，并在生产组织上按此实施。主要措施有：合理的选择、布置和使用工艺设备；尽量减少手工操作、提高自动化程度；将某些工序合并、分解或者采用几个平行的工作位置等。例如模具的安装、脱模剂的涂抹和安放钢筋，必要时可合并为一个工艺工序。

4 结语

（1）装配式建筑构件的生产工艺设计及生产组织是一个复杂的问题，影响因素较多，建设初期不应单纯追求规模或工艺设备的先进性，而是应该以产品为中心，合理统筹生产资源，寻找投资与回报的平衡点。

（2）现阶段，面对多样的产品体系，唯有创新适用性更强的工艺设备，创新生产组织形式，落实有效的管理手段，才能不断提高产品的转化率，在工艺投资与产品回报上，形成良性循环。

（3）装配式建筑是我国大力发展的新兴产业，今后还需在发展中不断改进与完善，通过大量的工程实践进一步积累和总结，最终形成符合我国新型建筑工业化发展要求的生产工艺体系。