裝配式建筑混凝土預(yù)制構(gòu)件部品基地規(guī)劃設(shè)計(jì)的思考

1、基地規(guī)模定位一個(gè)基地的選址和規(guī)模定位在項(xiàng)目決策階段尤為重要。近年來，規(guī)模大、品種全、自動(dòng)化程度高、智能化成了大型集團(tuán)公司對(duì)PC構(gòu)件基地建設(shè)的追求。遠(yuǎn)大住工、美好置業(yè)集團(tuán)都相繼在全國布局裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地，已布局基地的數(shù)量都在十個(gè)以上。2019年11月投產(chǎn)的金隅新材玉田裝配式建筑部品基地項(xiàng)目（以下簡稱玉田項(xiàng)目），其一期建設(shè)投資約2億元，規(guī)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)15萬立方米PC構(gòu)件；2019年12月美好置業(yè)集團(tuán)斥資5億元在湖南岳陽汨羅市建成智能化生產(chǎn)基地，引進(jìn)歐洲智能化生產(chǎn)設(shè)備，年生產(chǎn)PC構(gòu)件30萬m3。大的投入是否能帶來規(guī)模效益呢？對(duì)玉田項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)進(jìn)行分析測(cè)算得知，在達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能50%的情況下，全投資內(nèi)部收益率達(dá)8.84%（稅后），投資回收期9.97年（稅后），項(xiàng)目的市場競爭能力和項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益尚可，其效益除了受實(shí)際產(chǎn)能影響外，對(duì)產(chǎn)品價(jià)格也很敏感，價(jià)格向下浮動(dòng)3%～5%可直接影響內(nèi)部收益率。在玉田項(xiàng)目的基地規(guī)劃研究中，筆者認(rèn)為一個(gè)基地的規(guī)模定位與以下三大因素密切相關(guān)。1.1當(dāng)?shù)卣吣壳埃覈难b配式建筑并不完全是市場自發(fā)的行為，而主要是由政府推動(dòng)的，且各地的政策推動(dòng)力度有較大的差異。比如北京、上海這些發(fā)展積極的地區(qū)明確提出2020年裝配率要實(shí)現(xiàn)30%以上；發(fā)展穩(wěn)健性的地區(qū)提出了示范期、發(fā)展應(yīng)用期、普遍發(fā)展期的階段性目標(biāo)：穩(wěn)扎穩(wěn)打；但更多是一些省市在積極學(xué)習(xí)考察，落實(shí)裝配式建筑的政策及出臺(tái)詳細(xì)的階段性計(jì)劃綱領(lǐng)并提上議程。因此，基地的選址和規(guī)模定位要首先與當(dāng)?shù)卣恼呦嗥ヅ洹?.2當(dāng)?shù)亟ㄖ袌鲆?guī)模每平方米建筑混凝土用量與建筑的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，多層砌體住宅每平方米建筑混凝土用量為0.3～0.33m3，多層框架結(jié)構(gòu)為0.33～0.35m3，高層建筑（11～18層）為0.35～0.36m3。按每平方米建筑混凝土用量大約為0.33m3估算，PC構(gòu)件預(yù)制率若按20%計(jì)算，每平方米建筑PC構(gòu)件量約需要0.066m3，隨著構(gòu)件預(yù)制率的提高，PC構(gòu)件需要量呈正比例增長，即當(dāng)預(yù)制率為40%時(shí)，PC構(gòu)件量約需要0.132m3。裝配式建筑市場的容量與城市的發(fā)展息息相關(guān)，相對(duì)城市建設(shè)迅猛發(fā)展的地區(qū)，一些二三線城市新增建筑面積增量小，預(yù)制率要求低，年需PC構(gòu)件的量也與經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的地區(qū)不能比。因此，PC構(gòu)件基地的規(guī)模不應(yīng)盲目效仿發(fā)達(dá)地區(qū)，應(yīng)因地制宜。1.3合理運(yùn)輸半徑PC構(gòu)件基地地域性強(qiáng)，受服務(wù)半徑制約。砂、石是主要的原料，其運(yùn)輸量大，PC構(gòu)件體型大、重量大，構(gòu)件外形尺寸多樣化，運(yùn)輸距離若太遠(yuǎn)，則運(yùn)輸成本會(huì)大幅度提高。有學(xué)者對(duì)運(yùn)距與PC構(gòu)件的價(jià)格做了分析，其數(shù)據(jù)摘錄見表1。表1中，運(yùn)費(fèi)參考了北京燕通和北京榆構(gòu)近幾年的實(shí)際運(yùn)費(fèi)水平。PC構(gòu)件綜合單價(jià)按平均3000元/m3計(jì)算（水平構(gòu)件較便宜，約為2400～2700元/m3；外墻、陽臺(tái)板等復(fù)雜構(gòu)件約3000～3400元/m3）。運(yùn)輸合理半徑在100～120km以內(nèi)為宜，在此范圍內(nèi)運(yùn)費(fèi)約占PC售價(jià)的7%～8%。因此，在確定PC構(gòu)件部品基地規(guī)模時(shí)應(yīng)以合理運(yùn)輸半徑內(nèi)的市場需求量作為重要依據(jù)之一。2、產(chǎn)品方案及產(chǎn)能規(guī)劃2.1產(chǎn)品方案目前工廠大宗的產(chǎn)品種類有：疊合樓板、剪力墻板、復(fù)合保溫外墻板、復(fù)合承重內(nèi)墻板、框架梁柱、雙皮墻、預(yù)制樓梯、預(yù)制樓梯休息平臺(tái)、預(yù)制陽臺(tái)、預(yù)制空調(diào)板等（如圖1所示）。如何確定產(chǎn)品種類不僅與PC構(gòu)件的基地定位相關(guān)聯(lián)，還與當(dāng)?shù)刂饕ㄖY(jié)構(gòu)形式、建筑風(fēng)格有關(guān)。圖1

PC構(gòu)件種類PC構(gòu)件種類繁多，不同的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PC構(gòu)件種類差別也很大。當(dāng)?shù)匾愿邔幼≌ㄖ橹?，還是框架結(jié)構(gòu)為主；所涉及到的構(gòu)建種類是否有剪力墻板、當(dāng)?shù)貥?gòu)件預(yù)制率要求是多少；當(dāng)預(yù)制率較高時(shí)，僅有水平構(gòu)件是不能滿足要求的，還需要豎向構(gòu)件。綜合性大型的基地定位，產(chǎn)品種類應(yīng)較齊全，滿足不同客戶的需求。根據(jù)廠家調(diào)研，在基地規(guī)劃初期，產(chǎn)品方案構(gòu)成可按內(nèi)墻板∶外墻板∶疊合樓板∶異形構(gòu)件=1∶2∶1∶0.5來粗略估算，產(chǎn)品種類確定后，各種類的規(guī)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)能就可估算出來。2.2規(guī)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)能的確定PC構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營狀況與政策的推動(dòng)力度相關(guān)聯(lián)，步入行業(yè)較早的企業(yè)都經(jīng)歷了培育市場、產(chǎn)能發(fā)揮不足、虧損的艱難歷程，近年來，隨著政策力度的增大，工廠的實(shí)際產(chǎn)能發(fā)揮率在設(shè)計(jì)產(chǎn)能的60%～70%，下面分析一下產(chǎn)能不能100%發(fā)揮的原因。內(nèi)墻板、外墻板、疊合樓板等板類構(gòu)件的生產(chǎn)通常采用流水模臺(tái)工藝，設(shè)計(jì)產(chǎn)能可按式（1）估算。

Q=60/t×S×ψ×d×T

（1）式中：Q——產(chǎn)量，m3/a；

t——生產(chǎn)節(jié)拍，min；

S——模臺(tái)面積，m2；

ψ——模臺(tái)利用系數(shù)，%；

d——制品混凝土厚度，m；

T——年工作小時(shí)數(shù)。從公式（1）中可以看出，模臺(tái)尺寸、產(chǎn)品方案一旦確定，影響設(shè)計(jì)產(chǎn)能發(fā)揮的主要因素是生產(chǎn)節(jié)拍和年工作小時(shí)數(shù)這兩個(gè)時(shí)間參數(shù)。受工人熟練程度的影響，理論的生產(chǎn)節(jié)拍實(shí)現(xiàn)不了，再加之訂單的不連續(xù)性、環(huán)保停工等因素，其實(shí)際年工作小時(shí)數(shù)遠(yuǎn)小于理論生產(chǎn)時(shí)間，年有效工作天數(shù)遠(yuǎn)小于300天，故確定設(shè)計(jì)產(chǎn)量時(shí)要考慮修正系數(shù)，修正系數(shù)建議為0.5～0.7。異形構(gòu)件通常采用固定模臺(tái)來生產(chǎn)，整個(gè)構(gòu)件的澆筑成型、養(yǎng)護(hù)、組模和拆模都在固定的模臺(tái)上完成。其自動(dòng)化程度低，人工參與環(huán)節(jié)多，其生產(chǎn)能力的發(fā)揮受人的因素、生產(chǎn)組織管理水平的影響較大。其產(chǎn)能與模臺(tái)數(shù)量正相關(guān)，可按式（2）估算[1]。MS=Cm×Hn

（2）式中：MS——標(biāo)準(zhǔn)模臺(tái)數(shù)量；

Cm——系數(shù)，板式構(gòu)件6～8，梁柱式構(gòu)件4～6；

Hn——產(chǎn)能，萬m3/年。綜上，在設(shè)計(jì)產(chǎn)能確定時(shí)，要充分考慮訂單式生產(chǎn)、環(huán)保停工、工人熟練程度等因素帶來的規(guī)劃產(chǎn)能實(shí)際發(fā)揮的不確定性。3、工藝技術(shù)裝備的選擇工藝技術(shù)裝備的選擇是PC構(gòu)件基地建設(shè)的核心。目前，國內(nèi)有引進(jìn)歐洲的全自動(dòng)化流水線，也不乏以國產(chǎn)技術(shù)裝配自動(dòng)化流水線工藝。國外裝備廠家有Aver-mann、Ebawe、Sommer、Vollert[2]。這些裝備實(shí)現(xiàn)了圖樣輸入、模板自動(dòng)清理、機(jī)械手劃線、組模等幾乎所有工序的自動(dòng)化、智能化操作。國內(nèi)具有代表性的設(shè)備生產(chǎn)廠家主要有河北新大地機(jī)電制造有限公司、三一快而居住宅工業(yè)有限公司、鞍山重型礦山機(jī)器股份有限公司、遠(yuǎn)大住宅工業(yè)（北京）有限公司。采用模臺(tái)流轉(zhuǎn)的流水線與固定模臺(tái)的不同組合工藝。國內(nèi)自動(dòng)化流水線即讓模臺(tái)在設(shè)定的軌道上移動(dòng)，混凝土布料工位相對(duì)固定，在整個(gè)流水線上，完成組裝模具、模具涂油、鋼筋網(wǎng)片放置、混凝土澆筑、振搗、蒸汽養(yǎng)護(hù)、構(gòu)件脫模、脫模后的模臺(tái)經(jīng)清理再進(jìn)入下一循環(huán)。在國內(nèi)，由于構(gòu)件的不標(biāo)準(zhǔn)化，需要人工參與的環(huán)節(jié)較多，基于自動(dòng)化流水線的環(huán)形設(shè)計(jì)理念，又演變出柔性生產(chǎn)線，將制約生產(chǎn)節(jié)拍的工序可通過設(shè)備暫時(shí)拖離主循環(huán)，待工序處理完后再進(jìn)入主循環(huán)。疊合板、承重內(nèi)墻板、復(fù)合保溫外墻板、雙皮墻等墻、板預(yù)制構(gòu)件可采用自動(dòng)流水線工藝。固定模臺(tái)工藝的特點(diǎn)是模臺(tái)固定不動(dòng)，混凝土布料、振搗、養(yǎng)護(hù)都在同一工位完成?；炷敛剂峡刹捎眠\(yùn)料罐車；振搗多采用振動(dòng)棒；樓梯、陽臺(tái)板、預(yù)制梁等異型構(gòu)件一般采用固定模臺(tái)生產(chǎn)。

固定模臺(tái)適應(yīng)構(gòu)件的范圍最廣，幾乎所有的構(gòu)件都可以在固定模臺(tái)上完成（先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件除外）。因此，要走出固定模臺(tái)生產(chǎn)工藝就是落后工藝的誤區(qū)，在固定模臺(tái)工藝上也可應(yīng)用自動(dòng)化管理，例如，實(shí)現(xiàn)運(yùn)料罐車軌道行走，澆筑布料的自動(dòng)化控制，也可在固定模臺(tái)上安放附著式振動(dòng)器；也可配有可伸縮的蒸汽罩，通入蒸汽管道和自動(dòng)控溫裝置來進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。自動(dòng)化、智能化程度高成了引進(jìn)設(shè)備的最大賣點(diǎn)，但通過已投產(chǎn)的進(jìn)口生產(chǎn)線并不完全適應(yīng)國情。我國住宅建筑，特別是高層建筑主要以剪力墻結(jié)構(gòu)為主，按現(xiàn)行規(guī)范，剪力墻大都兩邊或三邊出筋，且出筋復(fù)雜，疊合樓板預(yù)制部分，構(gòu)件端部也都要出筋；對(duì)于陽臺(tái)板、飄窗、轉(zhuǎn)角板等異形構(gòu)件鋼筋骨架復(fù)雜，這些出筋的構(gòu)件都無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。雖然有個(gè)別省份出臺(tái)了地方設(shè)計(jì)規(guī)范，可以應(yīng)用不出筋構(gòu)件，但大部分地區(qū)仍采用國家設(shè)計(jì)規(guī)范。因此，結(jié)合國情，根據(jù)PC構(gòu)件種類的不同，采用國內(nèi)流水線與固定模臺(tái)的不同組合工藝，性價(jià)比較高。深入挖潛國產(chǎn)線各工藝環(huán)節(jié)的匹配合理性，提升國產(chǎn)裝備的自動(dòng)化、智能化水平是PC裝配技術(shù)發(fā)展的必然。PC構(gòu)件基地的工藝技術(shù)裝配應(yīng)根據(jù)基地的定位和規(guī)模來確定。對(duì)于大型集團(tuán)公司的戰(zhàn)略布局可配置3～4條綜合流水線，配置1條固定生產(chǎn)線，配置1條鋼筋加工線，其年生產(chǎn)能力不小于20萬m3；對(duì)于年產(chǎn)15～20萬m3的PC構(gòu)件基地，可配置2條綜合流水線，1條固定模臺(tái)生產(chǎn)線，1條鋼筋加工線；年產(chǎn)10～15萬m3經(jīng)濟(jì)性的PC基地可配置1條綜合流水線，1條固定模臺(tái)生產(chǎn)線，1條鋼筋加工生產(chǎn)線；對(duì)于政策剛起步的區(qū)域，產(chǎn)量微量，也可僅配置固定模臺(tái)生產(chǎn)線及適量的配套設(shè)備。固定模臺(tái)生產(chǎn)線的模臺(tái)數(shù)量可根據(jù)場地大小及當(dāng)?shù)貥?gòu)件種類確定。以金隅玉田裝配式產(chǎn)業(yè)園為例，其兩期規(guī)劃產(chǎn)能為30萬m3，一期建設(shè)設(shè)綜合流水線2條，其中一條以生產(chǎn)疊合樓板、雙皮墻為主，另外一條以生產(chǎn)復(fù)合內(nèi)外墻板為主；固定模臺(tái)生產(chǎn)線設(shè)有32張4m×9m模臺(tái)，鋼筋加工線一套，專用混凝土攪拌站一座。其規(guī)劃生產(chǎn)能力為年產(chǎn)15萬m3（如圖2~圖4所示）。圖2

金隅玉田一期廠房功能平面布局圖3

金隅玉田裝配式建筑部品基地廠區(qū)規(guī)劃圖4

已建成的一期廠房實(shí)景4、廠區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)PC構(gòu)件基地的廠區(qū)規(guī)劃中主要由PC構(gòu)件生產(chǎn)廠房、混凝土拌合輸送系統(tǒng)、鍋爐房、配電、消防、檢化驗(yàn)等輔助生產(chǎn)設(shè)施、構(gòu)件成品堆放區(qū)、辦公樓、食堂等辦公生活區(qū)組成。目前，PC構(gòu)件生產(chǎn)廠房長度在180～220m之間，廠房跨度在24～30m之間，廠房寬度通常有3～5跨，每一跨內(nèi)布置生產(chǎn)線，單體廠房的建筑面積20000m2左右?；炷涟韬陷斔蛻?yīng)與生產(chǎn)線的布料工位協(xié)同考慮，盡可能減少混凝土的輸送距離。構(gòu)件成品堆場在PC構(gòu)件工廠布局設(shè)計(jì)中占有重要的地位，堆場的面積大小是制約生產(chǎn)的因素之一。施工工地一般不具備存儲(chǔ)大量構(gòu)件的場地，而且受施工進(jìn)度的調(diào)整，PC構(gòu)件不能及時(shí)安裝，生產(chǎn)基地如若堆場面積已經(jīng)堆滿，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品無處存放，就會(huì)導(dǎo)致車間停產(chǎn)。通過對(duì)北京燕通和北京榆構(gòu)等生產(chǎn)廠家的調(diào)研，建議堆場面積大于2倍的生產(chǎn)廠房面積為宜。此外，成品堆場應(yīng)與生產(chǎn)車間的成品出料方向綜合考慮。為有效利用堆場空間，堆場應(yīng)設(shè)龍門吊或起重設(shè)備。PC構(gòu)件應(yīng)分區(qū)堆存，儲(chǔ)存位置及構(gòu)件信息錄入管理系統(tǒng)，便于成品的發(fā)運(yùn)實(shí)現(xiàn)信息化、智能化管理。5、PC基地科研設(shè)計(jì)能力規(guī)劃大力發(fā)展裝配式建筑是我國建筑行業(yè)的一次變革。裝配式建筑本身就是一個(gè)系統(tǒng)工程，PC構(gòu)件基地作為構(gòu)件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，必須與建筑方案設(shè)計(jì)、構(gòu)件拆分、模具設(shè)計(jì)、施工現(xiàn)場的進(jìn)度需求緊密關(guān)聯(lián)?；匾?guī)劃應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)研發(fā)部門的設(shè)立，招聘專業(yè)人員，具備讀圖能力，對(duì)接設(shè)計(jì)院，在生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)前，進(jìn)一步核對(duì)構(gòu)件拆分圖紙的準(zhǔn)確性，再結(jié)合模具設(shè)計(jì)及加工企業(yè)，進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)交底。企業(yè)要生存，降控成本是必然的。其中，模具成本占比較大，占構(gòu)件成本的20%左右。構(gòu)件的模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)模具成本具有直接的影響，因此，PC構(gòu)件基地的生產(chǎn)，并不是簡單理解為施工現(xiàn)場搬到了工廠，PC構(gòu)件的“一拆一組”是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有上下游的通力配合，才能踐行發(fā)展裝配式建筑的深刻意義。結(jié)語PC構(gòu)件工廠的設(shè)計(jì)規(guī)