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葉浩文:考察歐洲裝配式建筑發展的經驗與啟示

歐洲國家對于裝配式建筑的認識起步較早,通過不斷的科學發展和技術創新,在裝配式建筑上有較為完善的思路,積累了較多的經驗。隨著十三五國家重點研發計劃“工業化建筑設計關鍵技術”(2016YFC0701500)和“預制裝配式混凝土建筑產業化關鍵技術”(2016YFC0701900)兩個項目推進,課題組根據兩個課題的研發需求,我作為項目負責人和課題研究負責人,在2017年5月,帶隊組團前往德國、奧地利和西班牙三個國家,開展了為期12日深入歐洲裝配式建筑考察學習與調研。


一、歐洲考察主要內容與概況

   

1.考察調研主要內容


考察調研緊緊圍繞國家課題研究內容:裝配式建筑構件生產、裝配建造、信息化應用、部品連接件、總承包管理、產業化實施等方面。涉及歐洲9個工廠(5個構件生產工廠,2個設備制造工廠,1個模具工廠、1個部品工廠)、3個軟件公司、2個總包公司、1個咨詢設計公司、4個項目(包括:兩個裝配式建筑項目,一個被動式建筑,一個上百棟的模塊化建筑群)、2個協會及BIBM展會。


2.歐洲預制構件工廠與公司考察情況


(1)BWH公司預制構件工廠考察情況。BWH公司工廠是一家分別在兩個廠房車間生產雙皮墻板、疊合板與預應力空心板的預制工廠。


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圖8-1  BWH公司預制構件工廠


預應力構件生產線在長約100m的生產車間內,并排布置有3條長線臺座,采用一端固定、一端張拉的方式張拉預應力,張拉設備位于張拉端地面以下的混凝土結構臺座內?招陌澹▽挾燃s1200mm)生產工藝涉及3種主要設備:擁有模具清理功能并在回程中布置預應力筋的拉筋機、混凝土成型機、空心板切割機。


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圖8-2  BWH公司預制構件工廠預應力生產線


(2)德國樂肯壕森公司預制構件工廠考察情況。德國樂肯壕森公司工廠是一家采用了安夫曼公司生產線和自動化設備的預制工廠。該預制工廠除了主要的雙皮墻板、疊合板外,還有大小各異的陽臺板、樓梯板、實心墻板,以及其它的板類和墻體構件。


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圖8-3  堆場采用立體化自動存儲


(3)奧地利OBERDORFER公司預制構件工廠考察情況。奧地利OBERDORFER公司工廠使用ITWO軟件的生產計劃系統,貫穿了從前期的投標,到后期的安裝的全流程。該軟件可以同時就200個項目來做管理。通過這個平臺,可以包括財務等涉及到的所有信息。


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圖8-4  奧地利公司預制構件工廠

(4)德國安夫曼(AVERMANN)集團公司考察情況。德國安夫曼(AVERMANN)集團公司在德國和波蘭有三個生產及研發基地,是世界上第一家從事混凝土構件設備制造(含模具)的公司?筛鶕蛻粜枨蠖ㄖ祁A制構件生產高品質的特種機器設備和工具件。公司還擁有板材折彎精加工技術和設備,在環保設備加工和產品銷售領域也占有一定的份額。全自動化生產流水線是最能體現該公司自動化技術水平的產品,可以從鋼筋加工、構件生產、倉儲到運輸的所有工作全部采用自動化設備或機械手完成。通過中央移動臺把部分模臺暫時抽離流動線、具有復合生產屬性的生產方式,可生產除板類構件外的其他構件。


(5)SOMMER公司考察情況。SOMMER公司主要是提供構件自動化流水線和生產技術、循環式托;炷令A制構件生產設備、多功能布模機器臂(MFSR)墻體/樓板的模板技術。該公司較之安夫曼設備的特點為:自主發明了多功能布模機器臂,不僅可以實現自動化布模,而且可以實現自動化拆模;生產配套的磁力盒模具。



(6)德國的RATEC公司考察情況。德國的RATEC公司主要是提供預制混凝土構件設計咨詢、工廠建廠咨詢、構件模具系統和磁力盒加工四大業務板塊。

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圖8-5  德國的RATEC公司模具系統


(7)德國哈芬(Halfen)公司考察情況。德國哈芬(Halfen)公司是一家專門做連接、緊固器件的全球知名公司,公司產品有三大類,工業領域連接器、緊固件占公司業務的16%;外墻連接件占公司業務的12%;構件體內預埋件占公司業務的72%。中國是公司在海外、亞洲的重要市場,占公司總產值的(5-8)%。


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圖8-6 德國哈芬(Halfen)公司連接器


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二、歐洲預制構件工廠生產的特點與分析


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歐洲構件工廠總體上自動化程度很高,從鋼筋加工、構件劃線定位、模具組裝及運輸、混凝土運輸及布料、振搗、構件翻轉、養護、運輸全部實現自動化。一條生產線也只需要1~2個人,一個工廠一般需要5~6人,生產的構件光潔,幾何尺寸精度高。歐洲預制構件工廠生產主要有以下特點:


1.工廠規劃與布局合理


(1)廠房頂部縱向皆有采光帶,白天不加照明即可滿足車間內采光要求。


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圖8-7 工廠生產線布置


(2)魚雷罐運輸和布料機工位設置合理,鋼筋的加工生產、鋼筋籠的綁扎、模具安置、布料澆筑振搗、養護實現了不同區域的合理接駁。


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圖8-8 混凝土布料振搗


(3)自動化流水線空間設計及布局利用合理、精細,很好地利用了工廠上部空間,一般設置二層平臺,用于鋼筋生產加工、堆放擠塑板及模具的精細加工。


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圖8-9  流水線空間利用


2.生產線自動化程度高


(1)模具擺放機械手自動化水平非常高,借助信息化技術,實現機械手根據加工構件的形位尺寸自動識別特定模具,精準安放在特定位置。


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圖8-10流水線自動化程度


(2)設備可實現自動化拆除等工作,借助與工位設備配套的堆放架體、運輸架體、儲存架體實現了一體化。


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圖8-11 預制構件堆放運輸


(3)魚雷罐小車運輸速度快(3m/s)且相對穩定,可實現水平轉彎、小角度(10度)爬坡;振動設備噪音很小,估算在70分貝以內。


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圖8-12 魚雷罐小車運輸


(4)構件吊裝運輸設備,通過類似碼垛機以及配套十字運輸車進行構件的自動化、立體化運輸、安放,可以在無人工干預情況下,實現構件的抓取、搬運、放置及脫鉤等系列動作。該設備集桁車與吊運設備于一體,上下左右各方向移動實現桁車下空間的全覆蓋。


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圖8-13 構件吊裝運輸設備


3.生產工藝流程合理


(1)工廠生產設備與鋼筋生產設備很好地融合在一起,實現構件與鋼筋生產的完好接駁,形成了混凝土鋼筋生產線。


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圖8-14  生產工藝流程


(2)工廠設置木模加工車間,主要用于異形構件的生產加工以及替代特殊位置的模具,木模的利用節省了成本和人工,是非常值得推薦的工藝改進。


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圖8-15 木模加工制作


(3)模具靠磁力盒進行固定,模具的長邊方向通過塑料膠體保證封漿密實,歐洲模具固定廣泛應用磁力盒,方便快捷的固定模具。


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圖8-16  磁力盒模具固定


(4)堆場有特定的調運運輸工位,通過配套的特種運輸車,在相應工位空間進行所調運構件的自動識別、自動運輸、自動安放在工裝車位。


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圖8-17  構件堆場堆放與運輸


(5)梁、柱模板一次投入,長期使用。側模高度可調、可移動,梁底?缮祵捳烧{,也可以做預應力梁,是一個多種變換,可調可變的模具系統。


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圖8-18 梁、柱構件模具


(6)長線臺座預應力設備自動化程度很好,混凝土下料、專用設備澆筑成型、養護及切割完全實現自動化。成型設備體積小,一體化程度高、切割面平整良好。


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4.信息化全過程管理到位


(1)二維碼技術普遍采用,貫穿于構件加工、存放、運輸。


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圖8-19 預制構件編碼示意


(2)構件工廠一般由一個軟件公司,提供信息化服務。工廠的智能化由軟件公司提供,生產加工智能化。


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圖8-20 工廠智能化管控中心


5.部品部件的配套齊全


有專門生產連接器、緊固件、HCC-柱靴連接裝置、剪力墻容差連接件的公司,與構件廠密切合作,與工廠配套的部品部件、預埋件、工裝設備的上下游配合成熟完善。

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三、歐洲裝配式產業發展情況


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1.總體發展情況


歐洲裝配式建筑的發展主要是產業鏈先進、成熟、完善,專業化分工程度高,各專業公司協同發展。具體表現在以下方面:

(1)一體化協同發展,產業鏈成熟完善.設計公司、構件公司、設備公司、模具公司、配件公司、鋼筋設備公司、埋件公司、軟件公司、運輸公司、股份咨詢公司、總承包公司、專業分工明細、專業性很強、產業一體化協同發展,產業鏈成熟完善。

(2)砼設備制造廠就是一個裝配組裝車間。將混凝土設備分解成更小的設備,委托給其他公司生產加工,設備企業就是一個組裝、設計、采購、裝配的生產線。

(3)混凝土構件工廠用的各種拉結件,預埋管、預埋盒、墊筋架、門窗框、斷橋結合點等專業公司生產、配套、經濟、質量好。

(4)模具廠也是一個組裝車間。自行設計、委托加工各種零配件以及模具板材切割下料,各種板材下料后到自己的車間組裝。

2.采用的建筑結構體系技術

(1)雙皮墻結構體系。雙皮墻結構體系是歐洲住宅普遍采用的結構體系,雙皮墻的厚度從200mm-500mm厚度,厚度取決于桁架筋的高度,決定于鋼筋生產設備的能力,雙皮墻還可做成夾心保溫墻,雙皮墻結構體系是兩邊墻預制,中間現澆混凝土,現澆部分采用插筋連接,不用套筒,成本低,連接形式同現澆體系。


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圖8-21 夾心保溫雙皮墻構件


(2)框架結構體系。柱、梁、板分開預制,采用牛腿式、承插式連接方式比較多。


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圖8-22 柱、梁、板構件

(3)預應力體系。


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圖8-23 預應力空心板構件


(4)雙T板體系。


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圖8-24 雙T板構件


3.裝配式建筑的占有率和使用率

(1)大型公共建筑70%;工業廠房100%;6層以上的住宅70%;低層住宅30%~40%;

(2)所有建筑基本上都采用疊合樓板;

(3)在一個建筑里面通用標準構件,普遍采用預制,非標件則采用現澆,是能預制的預制,不能預制的就現澆原則,以質量好、成本低、方便建造為原則,在歐洲預制成本要比現澆要低。

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圖8-25  裝配式建筑代表作品:大型會展中心項目


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圖8-26  裝配式建筑代表作品:辦公建筑


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圖8-27  裝配式建筑代表作品:酒店式建筑


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圖8-28  裝配式建筑代表作品:廠房類建筑


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圖8-29  裝配式建筑代表作品:體育場建筑


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圖8-30 裝配式建筑代表作品:工業廠房建筑


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圖8-31  裝配式建筑代表作品:CBD 綜合體建筑


4.采用多種結構體系與建筑功能融合。

結構滿足建筑的需要。如裝配式酒廠,20多米跨,采用雙T板,與建筑裝飾效果結合的很好,做到了建筑、結構、機電、裝修一體化,看到的預制裝配建筑平面、立面功能不單一,形式效果多樣。

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圖8-32 混合結構示意圖


5.總承包公司的信息化應用水平高

(1)成熟的總承包公司總部有設計管理部,總部建模,分公司項目進行使用。設計、采購、施工一體化。主要進行BIM設計管理和BIM施工流程管理,BIM設計管理包括建筑、結構、機電、成本。BIM施工流程管理包括計劃管理、成本估算、設計和施工通過BIM進行信息共享?偛康脑O計與工程部與各個分公司或事業部平行,通過項目的BIM,設計、施工管理的成本計劃聯系在一起。

(2)在裝配式建筑信息化應用方面存在深化設計軟件、工廠自動化生產應用軟件、企業及總包信息化管理軟件。設計軟件可以實現裝配式建筑的快速建模、結構構件的三維拆分、構件深化設計;通過建筑模型提取相關數據信息實現物料自動化精準統計;軟件設計信息可被構件加工設備EBAWE、AVERMANN、ELEMATIC、WECKEMANN、SOMMER、EVG、SAA等軟件直接識別讀取,直接導入到設備自動化加工,無需人工輸入,提高效率;針對現有不同開發軟件、不同使用環節的軟件信息難以識別、對接,開發統一信息標準,實現不同軟件公司開發的不同軟件相互接口統一、完整識別、信息共享。

(3)TIM軟件產品主要用于工廠生產環節,可實現直接讀取設計模型信息,管理設計相關信息,構件生產管理、構件運輸管理、裝配管理。

(4)Unitechnik與SAA公司,產品功能基本相同,主要是工廠生產的中控系統,實現構件生產的計劃排產、構件生產控制、構件倉儲、構件的物流、生產過程中劃線、模具安放、布料、振搗等操作的信息化控制。BIM軟件由專業公司提供和維護。

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四、 經驗與啟示


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德國、奧地利和西班牙三個歐洲國家的裝配式建筑生產發達、先進、自動化程度高;裝配式建筑產業鏈先進、成熟、完善,專業化分工程度高,各專業公司協同發展;裝配式建筑結構體系成熟并不斷創新發展;總承包公司在信息化方面快速發展。

分析總結歐洲發展裝配式建筑的實踐和發展規律,能夠給予我們很好的經驗和啟示。隨著我國目前大力發展裝配式建筑,結合國家與各地政府各項政策,在保障性住房中率先采用裝配式建造技術,并迅速形成產業規模,在技術體系成熟后,帶動住宅以外的建筑項目跟進學習采用;積極吸收和創新雙皮墻體系在中國的應用,在高抗震烈度地區使用;將預制構件與建筑、機電、裝修一體化發展,充發育分產業鏈,大集團企業引領行業技術發展,頒布企業規程和標準,帶動專業性公司發展,形成大小企業共同發展的產業鏈體系;以市場化、社會化發展為主,與政府主管部門與行業協會等緊密合作,完善技術體系和標準體系,促進裝配式建筑項目實踐;根據裝配式建筑行業的專業技能要求,建立專業水平和技能的隊伍,推進全產業鏈人才隊伍的形成;注重預制構件生產自動化智能化技術的應用,在機械手擺模脫模、基于全過程信息化的自動加工、智能化一體化吊運、鋼筋部品流水化加工等耗費人工方面實現真正意義上的技術突破,不斷完善預制構件加工機械。


本論文由國家重點研發計劃資助——【課題名稱《基于建筑設計、部品生產、裝配施工、裝飾裝修、質量驗收全產業鏈的關鍵技術及技術集成研究與應用》,課題編號:2016YFC0701904;課題名稱《預制裝配式混凝土結構智能化生產加工關鍵技術的研發與應用》,課題編號:2016YFC0701905】

(該文主要摘自葉浩文 等,歐洲裝配式建筑發展經驗和啟示[J],建設科技,2017)


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