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叶浩文:考察欧洲装配式建筑发展的经验与启示

欧洲国家对于装配式建筑的认识起步较早,通过不断的科学发展和技术创新,在装配式建筑上有较为完善的思路,积累了较多的经验。随着十三五国家重点研发计划“工业化建筑设计关键技术”(2016YFC0701500)和“预制装配式混凝土建筑产业化关键技术”(2016YFC0701900)两个项目推进,课题组根据两个课题的研发需求,我作为项目负责人和课题研究负责人,在2017年5月,带队组团前往德国、奥地利和西班牙三个国家,开展了为期12日深入欧洲装配式建筑考察学习与调研。


一、欧洲考察主要内容与概况

   

1.考察调研主要内容


考察调研紧紧围绕国家课题研究内容:装配式建筑构件生产、装配建造、信息化应用、部品连接件、总承包管理、产业化实施等方面。涉及欧洲9个工厂(5个构件生产工厂,2个设备制造工厂,1个模具工厂、1个部品工厂)、3个软件公司、2个总包公司、1个咨询设计公司、4个项目(包括:两个装配式建筑项目,一个被动式建筑,一个上百栋的模块化建筑群)、2个协会及BIBM展会。


2.欧洲预制构件工厂与公司考察情况


(1)BWH公司预制构件工厂考察情况。BWH公司工厂是一家分别在两个厂房车间生产双皮墙板、叠合板与预应力空心板的预制工厂。


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图8-1  BWH公司预制构件工厂


预应力构件生产线在长约100m的生产车间内,并排布置有3条长线台座,采用一端固定、一端张拉的方式张拉预应力,张拉设备位于张拉端地面以下的混凝土结构台座内。空心板(宽度约1200mm)生产工艺涉及3种主要设备:拥有模具清理功能并在回程中布置预应力筋的拉筋机、混凝土成型机、空心板切割机。


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图8-2  BWH公司预制构件工厂预应力生产线


(2)德国乐肯壕森公司预制构件工厂考察情况。德国乐肯壕森公司工厂是一家采用了安夫曼公司生产线和自动化设备的预制工厂。该预制工厂除了主要的双皮墙板、叠合板外,还有大小各异的阳台板、楼梯板、实心墙板,以及其它的板类和墙体构件。


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图8-3  堆场采用立体化自动存储


(3)奥地利OBERDORFER公司预制构件工厂考察情况。奥地利OBERDORFER公司工厂使用ITWO软件的生产计划系统,贯穿了从前期的投标,到后期的安装的全流程。该软件可以同时就200个项目来做管理。通过这个平台,可以包括财务等涉及到的所有信息。


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图8-4  奥地利公司预制构件工厂

(4)德国安夫曼(AVERMANN)集团公司考察情况。德国安夫曼(AVERMANN)集团公司在德国和波兰有三个生产及研发基地,是世界上第一家从事混凝土构件设备制造(含模具)的公司。可根据客户需求定制预制构件生产高品质的特种机器设备和工具件。公司还拥有板材折弯精加工技术和设备,在环保设备加工和产品销售领域也占有一定的份额。全自动化生产流水线是最能体现该公司自动化技术水平的产品,可以从钢筋加工、构件生产、仓储到运输的所有工作全部采用自动化设备或机械手完成。通过中央移动台把部分模台暂时抽离流动线、具有复合生产属性的生产方式,可生产除板类构件外的其他构件。


(5)SOMMER公司考察情况。SOMMER公司主要是提供构件自动化流水线和生产技术、循环式托模混凝土预制构件生产设备、多功能布模机器臂(MFSR)墙体/楼板的模板技术。该公司较之安夫曼设备的特点为:自主发明了多功能布模机器臂,不仅可以实现自动化布模,而且可以实现自动化拆模;生产配套的磁力盒模具。



(6)德国的RATEC公司考察情况。德国的RATEC公司主要是提供预制混凝土构件设计咨询、工厂建厂咨询、构件模具系统和磁力盒加工四大业务板块。

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图8-5  德国的RATEC公司模具系统


(7)德国哈芬(Halfen)公司考察情况。德国哈芬(Halfen)公司是一家专门做连接、紧固器件的全球知名公司,公司产品有三大类,工业领域连接器、紧固件占公司业务的16%;外墙连接件占公司业务的12%;构件体内预埋件占公司业务的72%。中国是公司在海外、亚洲的重要市场,占公司总产值的(5-8)%。


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图8-6 德国哈芬(Halfen)公司连接器


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二、欧洲预制构件工厂生产的特点与分析


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欧洲构件工厂总体上自动化程度很高,从钢筋加工、构件划线定位、模具组装及运输、混凝土运输及布料、振捣、构件翻转、养护、运输全部实现自动化。一条生产线也只需要1~2个人,一个工厂一般需要5~6人,生产的构件光洁,几何尺寸精度高。欧洲预制构件工厂生产主要有以下特点:


1.工厂规划与布局合理


(1)厂房顶部纵向皆有采光带,白天不加照明即可满足车间内采光要求。


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图8-7 工厂生产线布置


(2)鱼雷罐运输和布料机工位设置合理,钢筋的加工生产、钢筋笼的绑扎、模具安置、布料浇筑振捣、养护实现了不同区域的合理接驳。


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图8-8 混凝土布料振捣


(3)自动化流水线空间设计及布局利用合理、精细,很好地利用了工厂上部空间,一般设置二层平台,用于钢筋生产加工、堆放挤塑板及模具的精细加工。


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图8-9  流水线空间利用


2.生产线自动化程度高


(1)模具摆放机械手自动化水平非常高,借助信息化技术,实现机械手根据加工构件的形位尺寸自动识别特定模具,精准安放在特定位置。


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图8-10流水线自动化程度


(2)设备可实现自动化拆除等工作,借助与工位设备配套的堆放架体、运输架体、储存架体实现了一体化。


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图8-11 预制构件堆放运输


(3)鱼雷罐小车运输速度快(3m/s)且相对稳定,可实现水平转弯、小角度(10度)爬坡;振动设备噪音很小,估算在70分贝以内。


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图8-12 鱼雷罐小车运输


(4)构件吊装运输设备,通过类似码垛机以及配套十字运输车进行构件的自动化、立体化运输、安放,可以在无人工干预情况下,实现构件的抓取、搬运、放置及脱钩等系列动作。该设备集桁车与吊运设备于一体,上下左右各方向移动实现桁车下空间的全覆盖。


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图8-13 构件吊装运输设备


3.生产工艺流程合理


(1)工厂生产设备与钢筋生产设备很好地融合在一起,实现构件与钢筋生产的完好接驳,形成了混凝土钢筋生产线。


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图8-14  生产工艺流程


(2)工厂设置木模加工车间,主要用于异形构件的生产加工以及替代特殊位置的模具,木模的利用节省了成本和人工,是非常值得推荐的工艺改进。


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图8-15 木模加工制作


(3)模具靠磁力盒进行固定,模具的长边方向通过塑料胶体保证封浆密实,欧洲模具固定广泛应用磁力盒,方便快捷的固定模具。


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图8-16  磁力盒模具固定


(4)堆场有特定的调运运输工位,通过配套的特种运输车,在相应工位空间进行所调运构件的自动识别、自动运输、自动安放在工装车位。


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图8-17  构件堆场堆放与运输


(5)梁、柱模板一次投入,长期使用。侧模高度可调、可移动,梁底模可升降宽窄可调,也可以做预应力梁,是一个多种变换,可调可变的模具系统。


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图8-18 梁、柱构件模具


(6)长线台座预应力设备自动化程度很好,混凝土下料、专用设备浇筑成型、养护及切割完全实现自动化。成型设备体积小,一体化程度高、切割面平整良好。


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4.信息化全过程管理到位


(1)二维码技术普遍采用,贯穿于构件加工、存放、运输。


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图8-19 预制构件编码示意


(2)构件工厂一般由一个软件公司,提供信息化服务。工厂的智能化由软件公司提供,生产加工智能化。


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图8-20 工厂智能化管控中心


5.部品部件的配套齐全


有专门生产连接器、紧固件、HCC-柱靴连接装置、剪力墙容差连接件的公司,与构件厂密切合作,与工厂配套的部品部件、预埋件、工装设备的上下游配合成熟完善。

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三、欧洲装配式产业发展情况


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1.总体发展情况


欧洲装配式建筑的发展主要是产业链先进、成熟、完善,专业化分工程度高,各专业公司协同发展。具体表现在以下方面:

(1)一体化协同发展,产业链成熟完善.设计公司、构件公司、设备公司、模具公司、配件公司、钢筋设备公司、埋件公司、软件公司、运输公司、股份咨询公司、总承包公司、专业分工明细、专业性很强、产业一体化协同发展,产业链成熟完善。

(2)砼设备制造厂就是一个装配组装车间。将混凝土设备分解成更小的设备,委托给其他公司生产加工,设备企业就是一个组装、设计、采购、装配的生产线。

(3)混凝土构件工厂用的各种拉结件,预埋管、预埋盒、垫筋架、门窗框、断桥结合点等专业公司生产、配套、经济、质量好。

(4)模具厂也是一个组装车间。自行设计、委托加工各种零配件以及模具板材切割下料,各种板材下料后到自己的车间组装。

2.采用的建筑结构体系技术

(1)双皮墙结构体系。双皮墙结构体系是欧洲住宅普遍采用的结构体系,双皮墙的厚度从200mm-500mm厚度,厚度取决于桁架筋的高度,决定于钢筋生产设备的能力,双皮墙还可做成夹心保温墙,双皮墙结构体系是两边墙预制,中间现浇混凝土,现浇部分采用插筋连接,不用套筒,成本低,连接形式同现浇体系。


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图8-21 夹心保温双皮墙构件


(2)框架结构体系。柱、梁、板分开预制,采用牛腿式、承插式连接方式比较多。


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图8-22 柱、梁、板构件

(3)预应力体系。


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图8-23 预应力空心板构件


(4)双T板体系。


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图8-24 双T板构件


3.装配式建筑的占有率和使用率

(1)大型公共建筑70%;工业厂房100%;6层以上的住宅70%;低层住宅30%~40%;

(2)所有建筑基本上都采用叠合楼板;

(3)在一个建筑里面通用标准构件,普遍采用预制,非标件则采用现浇,是能预制的预制,不能预制的就现浇原则,以质量好、成本低、方便建造为原则,在欧洲预制成本要比现浇要低。

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图8-25  装配式建筑代表作品:大型会展中心项目


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图8-26  装配式建筑代表作品:办公建筑


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图8-27  装配式建筑代表作品:酒店式建筑


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图8-28  装配式建筑代表作品:厂房类建筑


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图8-29  装配式建筑代表作品:体育场建筑


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图8-30 装配式建筑代表作品:工业厂房建筑


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图8-31  装配式建筑代表作品:CBD 综合体建筑


4.采用多种结构体系与建筑功能融合。

结构满足建筑的需要。如装配式酒厂,20多米跨,采用双T板,与建筑装饰效果结合的很好,做到了建筑、结构、机电、装修一体化,看到的预制装配建筑平面、立面功能不单一,形式效果多样。

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图8-32 混合结构示意图


5.总承包公司的信息化应用水平高

(1)成熟的总承包公司总部有设计管理部,总部建模,分公司项目进行使用。设计、采购、施工一体化。主要进行BIM设计管理和BIM施工流程管理,BIM设计管理包括建筑、结构、机电、成本。BIM施工流程管理包括计划管理、成本估算、设计和施工通过BIM进行信息共享。总部的设计与工程部与各个分公司或事业部平行,通过项目的BIM,设计、施工管理的成本计划联系在一起。

(2)在装配式建筑信息化应用方面存在深化设计软件、工厂自动化生产应用软件、企业及总包信息化管理软件。设计软件可以实现装配式建筑的快速建模、结构构件的三维拆分、构件深化设计;通过建筑模型提取相关数据信息实现物料自动化精准统计;软件设计信息可被构件加工设备EBAWE、AVERMANN、ELEMATIC、WECKEMANN、SOMMER、EVG、SAA等软件直接识别读取,直接导入到设备自动化加工,无需人工输入,提高效率;针对现有不同开发软件、不同使用环节的软件信息难以识别、对接,开发统一信息标准,实现不同软件公司开发的不同软件相互接口统一、完整识别、信息共享。

(3)TIM软件产品主要用于工厂生产环节,可实现直接读取设计模型信息,管理设计相关信息,构件生产管理、构件运输管理、装配管理。

(4)Unitechnik与SAA公司,产品功能基本相同,主要是工厂生产的中控系统,实现构件生产的计划排产、构件生产控制、构件仓储、构件的物流、生产过程中划线、模具安放、布料、振捣等操作的信息化控制。BIM软件由专业公司提供和维护。

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四、 经验与启示


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德国、奥地利和西班牙三个欧洲国家的装配式建筑生产发达、先进、自动化程度高;装配式建筑产业链先进、成熟、完善,专业化分工程度高,各专业公司协同发展;装配式建筑结构体系成熟并不断创新发展;总承包公司在信息化方面快速发展。

分析总结欧洲发展装配式建筑的实践和发展规律,能够给予我们很好的经验和启示。随着我国目前大力发展装配式建筑,结合国家与各地政府各项政策,在保障性住房中率先采用装配式建造技术,并迅速形成产业规模,在技术体系成熟后,带动住宅以外的建筑项目跟进学习采用;积极吸收和创新双皮墙体系在中国的应用,在高抗震烈度地区使用;将预制构件与建筑、机电、装修一体化发展,充发育分产业链,大集团企业引领行业技术发展,颁布企业规程和标准,带动专业性公司发展,形成大小企业共同发展的产业链体系;以市场化、社会化发展为主,与政府主管部门与行业协会等紧密合作,完善技术体系和标准体系,促进装配式建筑项目实践;根据装配式建筑行业的专业技能要求,建立专业水平和技能的队伍,推进全产业链人才队伍的形成;注重预制构件生产自动化智能化技术的应用,在机械手摆模脱模、基于全过程信息化的自动加工、智能化一体化吊运、钢筋部品流水化加工等耗费人工方面实现真正意义上的技术突破,不断完善预制构件加工机械。


本论文由国家重点研发计划资助——【课题名称《基于建筑设计、部品生产、装配施工、装饰装修、质量验收全产业链的关键技术及技术集成研究与应用》,课题编号:2016YFC0701904;课题名称《预制装配式混凝土结构智能化生产加工关键技术的研发与应用》,课题编号:2016YFC0701905】

(该文主要摘自叶浩文 等,欧洲装配式建筑发展经验和启示[J],建设科技,2017)


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