導語：建筑構件生產設計及工藝設備研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]隨著建筑技術的不斷革新，我國建筑行業的工業化水平得到了大幅的提升。與傳統的現澆建筑技術相比，裝配式建筑技術更環保、更標準、更節約人力，成為建筑技術的未來發展方向。而作為裝配式建筑技術的核心———預制建筑構件的工業化生產過程尤為關鍵。文章從建筑構件的模具設計開始，通過建筑構件的生產設備、生產工藝以及最后的修整驗收幾個方面，闡述其中的工藝關鍵。

[關鍵詞]建筑工業化；裝配式建筑構件；PC構件

建筑業是推動社會經濟發展的重要主體，隨著社會環境的變化，裝配式建筑成為行業發展的主要趨勢。2015年，我國《工業化建筑評價標準》，決定在全國全面推廣裝配式建筑,并預計在未來15年到20年內取得突破性進展。2016年2月22日國務院出臺《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，要求要因地制宜發展裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構等裝配式建筑，力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%[1]。由此可見，在我國現階段建筑行業中，裝配式建筑的研究方向極其重要，而在裝配式建筑中最為關鍵的就是預制構件的生產制造，預制配件生產制造技術和能力的發展是整個行業發展的保障。在我國現在建筑技術中，裝配式預制構件主要以混凝土構件（PC構件）為主，因此本文內容均以PC構件為研究對象。

一、模具設計階段

建筑構件的模具設計至關重要，直接影響到整個構件的制造成本以及使用壽命，所以在模具設計時首先就要考慮到模具的剛度問題，如果剛度不夠，就會導致模具可周轉次數大大降低，進而產生高額的二次追加模具費用或模具維修費用，甚至出現因此而導致極大影響工程進度的情況，同時也可能產生因模具剛度不夠而出現模具瑕疵以致于影響生產的構件質量的情況。其次，在模具的設計中，需要考慮到模具的通用性，也就是增大模具的重復利用率，這就要求在設計過程中考慮到工程的連貫性，使模具在一個工程結束后，能夠投入到下一工程的使用或進行小整改即可投入后續工程使用，避免出現模具單個工程項目使用后即無法與后續工程銜接而廢棄的情況，如圖1所示為立打樓梯模具三維圖。最后，在模具的設計過程中，還需要考慮到建筑構件的生產工藝，否則生產效率將被大大降低，只有對生產工藝有相當的了解而且將其考慮在模具設計范圍內，才有可能在保證模具剛度和精度的前提下，減少模具組模和拆模工序的數量和時間，提高生產效率[2]。

二、生產加工設備

（一）劃線機。在PC構件的生產過程中，首先需要確定邊模和預埋件的準確位置，用劃線機將這些位置在底模上劃出。劃線機主要由機械部分、控制系統、伺服系統、劃線系統組成。其中，機械部分主要包含走行支架、橫梁、主副端梁、精密導軌、控制面板等；控制系統包括數控系統、電器配套1套、控制面板；伺服系統由X軸電機、Y軸電機、伺服變壓器等組成；劃線系統由劃線車、劃線支架、劃筆、筆墨系統組成。劃線機為橋式結構，可以適用于各種規格的通用模型疊合板，墻板底模的劃線可根據實際要求處理復雜圖形，精確定位系統，保證圖形的準確。（二）混凝土輸送機、布料機。劃線機在底模上劃出邊模和預埋件的位置后，需要將攪拌站出來的混凝土存放輸送至布料機，再由布料機向模具中布料。混凝土輸送機由料斗、軌道、翻轉設備和控制系統組成。混凝土從攪拌站出來后進入料斗，料斗通過特定軌道輸送到設定的位置后通過翻轉裝置驅動使其旋轉，將料斗中的混凝土傾瀉到布料機中，傾瀉后通過電控系統控制清洗平臺，清洗平臺設置于攪拌站下方。混凝土布料機由支架、料斗、清洗裝置和控制系統組成，主要用于將混凝土均勻定量地向混凝土構件模具中布料，如圖2所示。布料機通過控制系統與計算機相連，直接讀取圖紙數據，將數據讀取至控制器中，再通過平面兩坐標運動控制縱向料斗升降，這樣就可以根據PC構件的設計圖紙尺寸、設計厚度要求由程序控制均勻布料。布料機采用整幅布料，布料速度快且操作簡便。圖2混凝土布料機（三）振動臺。在完成混凝土希料之后，需要將混凝土振搗使其密實，這個工作通常由振動臺來完成。振動臺由固定臺座、振動臺面、減振提升裝置、鎖緊機構、液壓系統和電氣控制系統組成，是用于振搗完成布料后的混凝土的周轉平臺，將其中混凝土振搗密實，如圖3所示。固定臺座和振動臺面前后依次布置，固定臺座與振動臺面之間裝有減振提升裝置，周轉平臺放置于振動臺上。振動臺鎖緊裝置鎖緊，將周轉平臺與振動臺鎖緊為一體，布料機在模具進行布料。布料完成，振動臺起升后再起振，將模具中混凝土振搗密實[3]。圖3振動臺（四）刮平機。經過布料振搗的混凝土需要刮平才能使表面平整，刮平機由鋼支架、大車、小車、整平機構及電氣系統等組成。將混凝土面看成一個由X軸和Y軸形成的平面，那么刮平機在鋼支架上沿著Y軸走行，同時整平機構安裝在小車上，小車沿X軸方向行走，則其刮平范圍可覆蓋整個模板。刮平機構的升降系統使用電動升降，其結構緊湊，安裝方便，占據空間小，而且可以在規定行程范圍內任意位置停止并自鎖。刮平機上裝有振動電機，與升降系統支架裝有減振裝置，并且裝有特制刮平板，刮平板由耐磨材料按照特定的弧度壓制而成，整平效果好。走行機構采用變頻帶剎車減速機，可以方便調整速度。（五）堆碼機、養護窖。經過振動密實且刮平整的混凝土建筑構件，接下來需要通過堆碼機輸送到養護窖的指定位置，堆碼機由行走系統、大架、提升系統、吊板輸送架、取/送模機構、縱向定位機構、橫向定位機構、電氣系統等組成。橫向行走由變頻制動電機驅動，裝有夾軌導向裝置、橫向定位裝置，保證橫向走位精度，碼垛車與養護窖重復位置精度不變，保證將構件送至養護窖中的精確位置。構件被送至養護窖中存放，經過靜置、升溫、恒溫、降溫等幾個階段使水泥構件凝固強度達到要求。養護窖由窖體、蒸汽系統(或散熱片系統)、溫度控制系統等組成。根據生產需求設置具體養護工位數，其基本結構由若干個養護位的孔洞和2個進出輸送工位組成，養護窖有保溫門；養護窖采用鋼結構支架，窖內安裝滾輪用于輸送及支撐模板；其中溫度控制系統可根據需求適應不同的養護工藝。立體養護窖窖體是由型鋼組合成框架，框架上安裝有托輪，托輪為模塊化設計。窖體外墻用保溫材料拼合而成，每列構成獨立的養護空間，可分別控制各孔位的溫度。模具在立體養護窖中經過靜置、升溫、恒溫、降溫等幾個階段使預制構件凝固強度達到設計要求。窖體底部設置兩個進出輸送地面輥道，模板可沿地面輥道通過。混凝土構件經過養護，再由堆碼機的取模設備取出，通過吊板輸送架等設備，最后準確地送至脫模位置進行脫模工作。（六）養護及溫控系統。模臺預養護系統包括鋼結構支架、保溫膜、蒸汽管道、養護溫控系統等部分。養護通道由鋼結構支架、養護棚（鋼-巖棉-鋼材料）組成，放置于輸送線上方，可以供帶制品的模板通過。通道內的預養護工位由中央控制器自動控制啟動停止，同時由于養護過程中的不同階段對溫度的要求不盡相同，所以需要通過中央控制器控制系統的溫度變化，使系統內的溫度隨著養護的不同階段而自動調節至該階段下的適宜溫度，而且控制人員可以根據歷史實時記錄溫度的回放等控制混凝土構件的質量。另外，自動監控系統可用于蒸汽養護過程的監控，能自動控制養護通道內溫度，通常設計養護時間為0.6小時左右[4]。（七）拉毛機、抹光機。脫模后的建筑構件，為了能夠跟現場的后澆筑構件更好地結合起來，還需對構件新澆注混凝土的預連接表面進行拉毛處理。拉毛機由鋼支架、變頻驅動的大車及走行機構、小車走行、升降機構、轉位機構、可拆卸的毛刷、電氣控制系統組成。拉毛毛刷由合金刀板組成，拉毛機在鋼支架上縱向走行，小車在大車軌道上橫向走行，拉毛范圍可覆蓋整個模板。同時，脫模后的構件其他面上則需要用抹光機進行抹光，使表面更加平整光滑。抹平頭可在平面的兩個方向上自由移動并進行抹光工作。抹光機由門架式鋼結構機架、走行機構、抹光裝置、提升機構、電氣控制系統等組成。（八）模具清掃機。脫模后，為保證模具下一次的正常使用，需要將空模臺上附著的混凝土清理干凈。模具清掃機是由清渣鏟、橫向刷輥、支撐架、除塵器、清渣斗和電氣系統組成。清渣鏟能將附著的混凝土鏟下，橫向刷輥可以將底模上混凝土渣清掃，模具通過后掉落清渣斗內。吸塵器能將毛刷激起的揚塵吸入濾袋內，避免粉塵污染。其控制系統與噴涂脫模機裝置一體化，減少操作人員。（九）支撐、驅動輪和控制系統。除了以上設備外，生產過程中還需要用于整條生產線的空模周轉平臺及帶制品周轉平臺運輸的整套支撐、驅動和控制系統。模板軌道自動傳送系統由滾輪支架及帶制動摩擦輪驅動裝置組成。每條軌道板滾輪架線由1套電氣控制系統控制，用于協調架線與其他設備的配合工作。每套電氣控制系統由PLC為核心的主控制系統組成，下設子控制系統，主控制系統包括變頻調速控制柜、PLC電器柜等。主控制柜由PLC及外圍輸入輸出電路組成，電機主回路的設備由變頻調速器、空氣開關、接觸器、熱繼電器等組成。每個模位設有轉換開關，決定整個控制系統運行模式。在子控制系統上的轉換開關是手/自動擋的切換。在輸送線上不同位置布置了行程開關用于檢測模板的位置、變速等，實現各工位的自動停止、啟動、變速，并將清理裝置、噴涂脫模劑裝置、橫移車等設備開啟和停止統一控制。輸送線控制系統用于傳送空周轉平臺及帶制品周轉平臺，是一條從空模周轉平臺到成品下線的輸送線。采用PLC自動控制系統對整個流程進行控制。操作人員可通過選擇運行模式將整個輸送線分工，各工位可以獨立運行及組合運行，可以手動/自動/半自動化切換運行。

三、模具檢測及成品驗收工藝

（一）模具驗收。在完成模具設計制作工作后，在正式進入模具使用和構件生產之前，模具的驗收工作是相當有必要的，模具的驗收工作需要遵循先外觀目測，后檢測測量的原則，檢測測量先外后內，從外框尺寸檢查到細部配件定位檢查，再到配件自身的尺寸檢查。模具外觀的檢測，應該首先對模具的底架、臺模、邊模等焊接部位的焊接情況進行檢驗，其次檢查模具所用材料和配件的規格是否符合設計圖紙的要求，還需要檢查部件之間的連接是否牢固，以及預制構件上的預埋件、預留孔位等是否固定可靠等。在模具外觀滿足以上要求后，再進行模具的內部尺寸檢驗，首先檢測模具的整體尺寸、扭翹、側彎等情況，然后檢測模具內預留線盒、孔洞、埋件等配件的位置與尺寸。（二）模具清理及組裝。在模具驗收完成后，對于新制的模具，在正式使用之前，還需要使用拋光機進行打磨拋光處理，目的是除去模具內腔表面的雜物和浮銹。打磨時需要把模具拆開，內腔向上，從一個模具邊角開始向外逐步打磨，保證打磨均勻全面，不允許跳躍打磨和漏打磨。在模具清理干凈后，才可以對模具進行組裝。（三）鋼筋和預埋件的安裝。驗收合格的鋼筋骨架，使用龍門吊進行整體吊裝，將其吊至模具內，吊裝過程中需要保證鋼筋骨架的水平平行，并且要防止鋼筋變形，線盒等預埋件需要嚴格按照圖紙設計用螺栓固定于模板和壓杠上。（四）混凝土澆筑、振搗。在混凝土澆筑之前，必須先進行嚴格的混凝土質量檢測，通常是在現場進行混凝土坍落度測試，控制坍落度在120mm-160mm。在混凝土的澆筑過程中，振動棒須避免與預埋件等接觸，以防產生較大位移，對于樓梯、梁、柱等構件，應該采用分層振搗，一般以300mm每層比較適宜。最后，在澆筑振搗完成后，需要將多余的混凝土刮去，厚度偏差需要控制在0mm-3mm[5]。（五）成型養護。構件澆筑成型后要進養護窖養護，通常的養護過程為：(1)靜停1-2h；(2)升溫2h，升溫速度通常控制在15℃/h；(3)恒溫最高溫度控制在60℃；(4)降溫，以15℃/h的速度降至與大氣溫度溫差小于20℃。（六）脫模起吊。在PC構件的脫模起吊過程中，吊點的選擇是重要的，需要盡量依據構件的重心來選擇，否則可能因為構件荷載偏向某一方向導致安全事故，由于構件幾何形狀的不規則性和體積重量的特殊性，通常只能用理論計算的方法來確定它的重心[6]。即將構件假設為無數個基礎單元的組合體，并將任意一個單元的位置和密度表述為：（x，y，z）和ρ（x，y，z），整個構件質量定義為m，則可以算出對于平板型構件P，其重心位置（x，y）可以表達為：x=1m驀px•ρ（x，y）dxdy；y=1m驀py•ρ（x，y）dxdy對于不規則構件體V，其重心位置（x，y，z）可表達為：x=1m蓓Vx•ρ（x，y，z）dxdydzy=1m蓓Vy•ρ（x，y，z）dxdydzz=1m蓓Vz•ρ（x，y，z）dxdydz脫模起吊工作的起吊點須盡量接近于以上方法計算所得的重心，以避免造成安全事故[7]。（七）構件表面修整和驗收。構件在脫模后在一定程度上會有一些瑕疵，在經過工程師鑒定此瑕疵不影響結構受力的前提下，可以對這些瑕疵進行修整，修整后的混凝土構件應該采取措施進行保溫保濕養護。建筑構件的驗收原則與構件模具驗收原則相似，遵循“先外觀目測，后檢測測量”的原則[8]。PC構件的模具設計以及生產工藝是現代建筑技術的關鍵領域。在PC構件的生產過程中，從構件生產模具的設計開始到生產后的構件吊裝，都要嚴格按照要求，所生產的PC構件才能在強度、抗壓等方面達到建筑設計要求。

參考文獻：

[1]竇玲.精誠創新促發展，共筑合作贏未來[N].中華建筑報，2018-08-14（4）.

[2]何云峰，高君，謝其盛，等.新型裝配式建筑PC構件模板設計研究[J].建筑技術開發，2020（7）：19-20.

[3]陳金濤.裝配式建筑PC構件生產線工藝優化研究[J].建筑機械化，2020（8）：43-46.

[4]鄒德芳，周鵬，孫健，等.大型智能PC外墻板混合生產線工藝及成套設備介紹[J].混凝土與水泥制品，2017（4）：37-41.

[5]郭峰.高層預制裝配式混泥土住宅外墻板生產工藝與構造技術分析[J].建筑技術，2015（增刊1）：76-80.

[6]王從峰，徐望梅.預制混泥土構件吊裝淺析[J].建筑安全，2001（12）：18-19.

[7]羅獻金，滕尚永，韓大象，等.PC構件吊裝技術分析研究[J].山西建筑，2020（9）：1-4.

[8]程忠.基于全面質量管理理論的裝配式建筑施工質量管理[J].建筑施工，2019,41（8）：1580-1582.

作者:陳宇翔 單位:義烏工商職業技術學院