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预制混凝土构件是如何生产的?中建工厂探秘!

中建绿色建筑产业园(济南)有限公司申报的济南市中建绿色建筑预制混凝土构件生产线,入选住建部第一批智能建造新技术新产品创新服务典型案例。生产线建立了集数据采集、流程传递、综合管理的智能工厂管理平台,采用了高效混凝土搅拌设备、钢筋自动化加工设备、智能原材仓储设备、智能传感与控制设备等自动化智能化生产设备,经过合理布置及工序的合理安排,实现了多种智能化、自动化设备协同联动,提升了预制构件生产效率和构件质量,相比于传统生产模式,生产效率可提高约30%。

济南市中建绿色建筑预制混凝土构件生产工厂

中建绿色建筑产业园(济南)有限公司成立于2017年,由中国建筑第八工程局有限公司投资建设,中建八局第一建设有限公司负责运营管理。公司以“绿色建筑产品研发”为主要方向,主营业务为预制混凝土构件的深化设计和生产加工,研发了彩色混凝土、透光混凝土、影像混凝土等装饰系列产品,仿面砖挂板、保温装饰一体化挂板等新型产品。公司累计完成预制构件供应量约30万立方米,服务项目约150个。

案例应用场景和技术产品特点

一技术方案要点

该案例围绕预制构件生产制造智能化设备、信息化技术、制造工艺进行系统研究,引入和研制了多种智能化生产设备和辅助设备,开发了预制构件生产制造一体化工作站,建立了集数据采集、流程传递、综合管理的智能工厂管理平台,研发了钢筋自动化加工设备体系、混凝土养护设备体系、混凝土生产运输设备体系。

该案例包括6条预制构件生产线和2条材料加工线,其中预制构件自动化流水线3条、固定模台生产线3条、钢筋自动化加工线1条、混凝土加工线1条,通过智能化生产设备实现预制混凝土构件全生产周期的智能化和自动化。

预制构件生产线

二关键技术及创新点

1.研发了智慧工厂信息化平台

该平台集互联网协同、二维码、数据采集、大数据处理等功能于一体,可以大幅提高信息传递与工作协同的效率。

智能工厂信息化平台

2.研制了成套预制构件生产设备

研发了多种智能化自动化设备,通过协同联动,形成预制构件生产的智能化自动化生产体系。

预制构件生产线设备主要包括:

(1)智能化可移动式模台系统。引入自动化流水线,模台设置警报系统,可沿轨道运行,并对安全情况警告。

(2)移动式振动平台。混凝土构件浇筑完成后,需要充分振捣,传统振捣棒易出现振捣不均匀,振捣时间不足或过长的问题,造成质量不稳定,研发应用移动式振动平台,可沿轨道穿插于各个固定模台,辅助振捣,时间可控,振幅可控,质量稳定。

(3)智能化蒸养窑。混凝土构件养护可影响构件质量。传统养护方式周期长,需要人工操作,养护环境不稳定。引进智能化蒸养窑,自动温控,塔式存储,养护质量稳定、周期大大缩短。

(4)智能化预应力张拉设备。引进智能化预应力张拉设备,数字控制即可根据设置参数自动张拉,保证预应力张拉过程稳定、可靠。

钢筋加工设备主要包括:

(1)钢筋自动调直切断设备。引进自动化钢筋调直切断设备,可以快速准确的调直切断钢筋,成捆摆放。

(2)钢筋网片自动焊接设备。为解决钢筋网片人工绑扎速度较慢,精度不稳定的问题,引进钢筋网片自动焊接设备,以焊接代替绑扎,提高网片焊接速度和精度。

(3)桁架筋自动焊接生产设备。楼板用叠合板桁架筋构造复杂,人工加工难以满足要求。引进桁架筋自动焊接生产设备,图形界面设置参数,自动加工成品,满足应用要求,效率高、质量好。

混凝土设备主要包括:

(1)搅拌站。引进DMPC对流式行星搅拌机,投料后每5S能够完全覆盖一次搅拌罐底,减少死角。混凝土搅拌更加均匀,最大程度的保证了预制构件混凝土表观颜色的统一性,日产量2000m³,可满足工厂满负荷运转时混凝土需求。

(2)储料仓。采用高位料仓模式,减少了装载机的使用。

(3)除尘设备。储料仓设置除尘设备,直接吸走粉尘进入除尘器,达到了环保节能的目的。

(4)混凝土运输起重机。运输起重机在两条环形闭合的钢轨上行驶,可把混凝土运送到厂内每条生产线,实现原材料运输自动化的目标。

(5)自动化混凝土布料振捣设备。混凝土浇筑采用自动化布料机,分格分区布料、振动台振捣,加快了生产节拍,提高了生产工效及构件质量。

3.研制了预制构件质量检测系统

在预制构件生产过程中,如存在施工图阶段专业间配合不到位、深化设计精细度不够、生产工艺失误等情况,将导致叠合板上预留洞口、预埋件缺失或位置出现偏差。应用预制构件质量检测技术及系统,可大幅减少出错率,提高预制构件质量。

预制构件质量检测系统

三应用场景

该生产线适用于装配式建筑混凝土预制构件领域的生产制造过程,可实现部分工序“机器代人”,减少用工,提高工厂信息化管控程度,提升预制构件制造品质。

案例实施情况

一案例基本信息

该工厂位于济南市章丘区,于2018年5月正式投产。建筑面积5.04万㎡,堆场面积10万㎡,生产线规划产能30万m³/年,生产房建、市政、装饰、临建四大系列22种产品,主要包括:墙板、叠合板、梁柱、楼梯等房建系列产品;管廊、护栏、混凝土承插管等市政系列产品;仿面砖挂板、一体化挂板、透光混凝土、影像混凝土等装饰系列产品;预制道路、预制房屋、预制挡水台等临建系列产品。

二应用过程

1.前期设计阶段

项目前期预制构件深化采用基于三维模型的可视化设计,模型本身带有数据信息,并且这些数据信息将依托智慧工厂信息化平台在产品设计阶段、生产阶段和运输安装阶段进行流转传递。模型不仅能指导生产制造和资源组织,而且还可以作为自动化加工的文件。最终交付不再是传统的二维图纸,而是包含设计信息的任务清单和基于模型的图纸。

三维可视化图纸

2.生产阶段

智能化自动化生产设备主要包含钢筋自动调直设备、桁架筋自动焊接生产设备、钢筋网片自动焊接设备、可移动式模台系统、智能化蒸养窑、移动式振动平台、构件智能检测设备、智能化预应力张拉设备。通过工序的合理安排及设备的合理布置,可以实现智能化、自动化设备的协同联动,形成预制构件生产的智能化自动化体系。

(1)混凝土生产阶段。高效混凝土搅拌站紧邻生产线,砂石料等原材储料仓采用高位料仓模式,砂石料进场可由卸料口通过中转皮带直接进入高位料仓。混凝土生产时,通过高位料仓底部的计量秤直接计量,无需使用装载机。同时,卸料口与高位料仓装有除尘设备,粉尘被直接吸走进入储尘器,实现环保节能。搅拌站拥有两条青岛迪凯机械设备有限公司生产的DMPC对流式行星搅拌机生产线,日产量2000m³,可满足工厂满负荷运转时混凝土需求。混凝土生产后,运输天车通过两条环形闭合钢轨,将其运送到厂内每条生产线,实现原材运输自动化。

(2)钢筋加工阶段。第四跨生产线为钢筋加工生产线,为保证钢筋成品供应,建立完整钢筋加工生产线,引入钢筋自动化加工设备,包括智能桁架焊接机器人、智能钢筋开孔网焊接机器人、智能钢筋柔性调直机器人、智能钢筋弯箍机器人和斜面式智能钢筋机器人等多种自动化钢筋生产设备。叠合板桁架筋需求量大,采用智能桁架焊接机器人,设备自动化程度较高,可同步实现钢筋矫直、侧筋弯折成型、快速精准焊接、定尺剪切、自动收料等功能。可以加工直径5mm-12mm的钢筋,桁架成品高度最高可到达320mm,加工速度最快可实现36m/分钟。预制构件钢筋网片采用钢筋开孔网焊接机器人,设备采用中频逆变直流焊接系统,保证焊点牢固和节省电极耗材,钢筋全自动调直、剪切、焊接、成型,网片中的钢筋直径可包含2-4种不同直径的钢筋,整机只需一人操作,一人辅助即可,单日可加工成型网片300片。钢筋加工完成后使用自动化钢筋运输设备进行成品转运至各生产车间,自动化钢筋转运设备由1km铺设钢轨、三个中心旋转盘及五台载重二十吨的自动化轨道车组成。

(3)生产阶段。固定模台和移动模台多种方式并存。

第一、七跨生产线,全部为固定模台生产线,采用双边布置40张固定模台,中间布置通道的模式,主要生产预制夹心保温外墙板和带有飘窗的外墙板。每张模台配有折叠式蒸养棚架,采用固定蒸养方式,八小时达到起吊强度,大大缩短了固定模台的翻台时间,提高了工效,每跨生产线每日生产35块墙板,即约日产60m³混凝土构件。

固定模台生产线

第二跨生产线是楼梯生产线,楼梯模具采用立式钢模,平放于混凝土地面。

预制楼梯生产线

第三跨生产线是流水生产线,采用移动模台,主要以墙板生产为主,墙板采用反打工艺,先生产外页后铺设保温,最后浇筑内页,针对墙板混凝土需分两次浇筑的工艺特性,生产线设计了两台布料机,在振动台隔音室中增加有一台布料机,进行浇筑墙板外页,然后采用振动台振捣。铺设保温板后采用第二台布料机浇筑墙板内页,通过对布料机的改造,加快生产节拍,提高生产工效。第三跨生产线单个班次可生产墙板60块,约合日产100m³左右。墙板生产工艺有二十八道工艺,较叠合板和楼梯来说更为复杂,增加了保温板铺设及连接件安装等多个工序,且墙板分内页和外叶,这就要求在施工过程中,模具要分两次拼装组合在一起,混凝土也要分两次浇筑。这对生产工艺水平有较大要求,对墙板的质量把控也要精确到毫米级别。

第三跨流水生产线

第五、六跨生产线是流水生产线,采用移动模台,是国内四代预制构件生产线,国内四代线产能比第三代产量提高60%,操作人数减少37%。这条线生产线长度从传统的150m增加到200m,模台数量由传统的40-60张增加到80张,蒸养窑的窑位从传统的45个增加到69个,生产布局更加合理,产能提升明显。目前,该生产线是工厂的叠合板生产线,针对叠合板的生产工艺特性,生产线设备增加了拉毛机,将普通振动台改造为摇摆、高频两用振动台,大大提高了叠合板的生产工效,24小时可生产叠合板300块,约合100多m³混凝土。叠合板的生产工艺包括从模台清理、到模具检查组装、到钢筋网片安装、预埋件安装并检查、隐蔽验收、混凝土浇筑、再到预养拉毛、蒸养八小时,然后拆模冲洗、验收,生产过程一共二十三道工序,保证产品质量。

第六跨流水生产线

(4)检验检测阶段。工厂设置有完备的实验室,除完成材料和部品部件性能检验工作,还自主研发调配构件专用露骨料剂、水洗脱模剂、蜡质脱模剂等多余种新材料,降低了构件生产成本。

外加剂

3.质量管控阶段

本项目设计并搭建了面向预制混凝土构件生产制造的质量分析纠错系统,实现生产与质量系统联动,达到提升预制构件预埋质量的目的。

应用成效

一解决的实际问题

随着制造业的高速发展,众多传统制造行业亟待转型升级,向智能化自动化制造转变。在传统预制构件生产领域,许多工序制造设备自动化程度低,各工位、各设备间的协同性较差,过程中的信息交互慢,数据提取难,关键信息主要依赖人工记录与反馈,对数据的分析处理能力不足,关键技术的革新不够,制造工艺瓶颈得不到突破。本案例围绕预制构件生产自动化设备、信息技术、制造工艺进行了系统研究,实现预制构件生产领域关键技术突破和对工序装备的整合,形成一套全过程信息化管控系统,有利于解决传统预制构件生产模式产能效率低下等问题,为预制构件生产提供了可供参考借鉴的经验。

二应用效果

1.目前工厂自动化生产线已正常运转2年,日产量达300m³,相比于传统生产模式的200m³/日,生产效率提高约30%,产业化厂房产能提升。

2.各作业环节,自动化设备代替人工。人工用量降低,人均产能提高,由人均0.7m³/日提高为1m³/日,人工成本节省约30%。

3.改善工人的工作环境,提高管理人员及工人的幸福感。

4.改变传统的生产模式,企业向智能化、自动化、信息化转型,提高企业在行业的品牌影响力,同时也提高行业竞争力。

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文章名称:《预制混凝土构件是如何生产的?中建工厂探秘!》
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