甘文静

摘 要：装配式建筑构件的预制生产是装配式建筑施工的重要组成部分，智能制造是融合了信息技术和生产技术后发展起来的先进生产方式。因此，对预制构件生产应用智能制造可能性进行思考，并提出相应的应用技术。

关键词：固定台模工艺；机组流水工艺；智能制造

中图分类号：TU741                                    文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）04-0049-03

0 引言

装配式建筑工程中，混凝土构件的预制是装配式建筑能够安装的基础，其质量、产量及生产工艺模式直接影响建筑工业化的进程。因此，提升预制构件生产的工业化和智能化程度是推动我国工业产业升级的重要途径。

1 装配式建筑混凝土构件预制生产技术及其管理要点

1.1 混凝土预制构件的生产过程

1.1.1 预制构件生产制造环节

有别于传统建筑的设计单位进行结构及建筑设计，施工单位进行构件施工的模式，装配式建筑中的整个施工流程的协同式一体化的，即构件的制造和生产部门从设计阶段即参与进来。装配式建筑协同设计参与如图1所示。

预制构件的设计作为生产的第一步，生产厂家在设计阶段介入，在构件深化设计阶段结合厂家的生产能力和制造方式对构件的形式提出建议，减少构件的制造成本，提高制造效率。

1.1.2 预制构件的分类和生产现状

建筑的主要构件可分为承重和非承重两大类。承重类主要包括：框架结构中的柱、梁、板；剪力墙结构中的剪力墙板和楼板；楼梯、阳台等。非承重类则是各种围护构件和装修体系，如内外墙板、空调板、阳台板、幕墙、集成卫生间和厨房等。

1.1.2.1 二维构件

将框架结构或框架剪力墙结构中的梁、柱等按每个开间、进深、层高划分成直线形的单个构件，剪力墙结构中的各种承重墙体、构造柱，加上楼板、屋面板、内外墙板等，此类构件在形式上是直线或者矩形的，形成了二维构件。

二维构件的外形简单，从生产的角度来看其生产制造过程方便并便于管理，模板的重复使用率高，可实现高度的自动化生产，是能够较容易实现工业化生产的拆分方式。

1.1.2.2 三维构件

如果将整个框架结构中的划分成若干个小的框架，这种小框架包括梁、柱和楼板，则形成三维构件。三维构件形式上更复杂，预制生产中模板重复使用率较低，自动化和工业化程度较为困难，人工参与度高。

1.1.2.3 异形构件

建筑中还有一部分如楼梯、阳台、空调板等，这些可归入异形构件类别中。此类构件的生产过程虽然与异形构件中形式难度上较为一致，但重复率高，行业上也可以实现比较高程度的自动化和工业化生产[1]。

1.1.3 构件生产制造的一般工艺流程

第一，进行加工准备，包括钢筋及钢筋网片加工、模板制作、预埋件加工等。

第二，验收及组装模板，刷脱模剂，根据需要刷缓凝剂等。

第三，验收钢筋及钢筋网片、预埋件后进行安装。

第四，混凝土的浇筑、振捣、养护。

第五，达到强度后拆模，并进行质量检验、清理及修补等。

第六，运至成品库堆放保护，待安装。

1.2 生产组织方式

建筑中构件的形状各不相同，工艺流程不同，对生产线的要求也不尽相同。进行预制构件生产的企业一般根据投资规模、生产场地、生产构件的类型及预期的生产规模等选择生产的组织方式。当前行业中主要的制造工艺包括固定台座工艺和机组流水工艺两种。

1.2.1固定台座工艺

固定台座工艺也称为固定模台工艺，是一种将加工对象，即预制构件的整个制作过程固定在模台上，由不同工种的操作人员依次进行生产的工艺。模台在制造中起到底模的作用。固定台座法是当前行业中预制构件的制作应用最为广泛的生产工艺。使用固定台座法对场地和生产车间的要求较低，整个生产过程机械化和自动化程度较低。固定模台工艺适应性强、加工灵活，适用于非标准化异形构件的生产。

1.2.2机组流水法

机组流水是将构件放置于模具上，使模台在流水线上绕固定线路循环运行，不同的工种处于固定位置进行生产制造工艺。机组流水工艺将预制构件的生产过程划分为包含钢筋、模板等不同的各个工作区。根据控制系统的自动化程度可以分为下面三种。

第一种是手控生产线，模台的机械传动过程依靠手动控制的生产线。

第二种是半自动生产线，是指包括混凝土成型设备，但不包括全自动钢筋加工设备的生产线。它实现了图样输入、模板清理、划线、组模、脱模剂喷涂、混凝土浇筑、振捣等生产过程的自动化，钢筋加工和入模则需要人工作业。

第三种是全自动生产线，在工业生产中依靠各种机械设备，并充分利用能源和信息手段完成工业化生产过程的生产线。

自动化生产线一般分为八大系统：钢筋骨架成型系统、混凝土拌合供给系统、布料振捣系统、养护系统、脱模系统、附件安装与成品输送系统、模具返回系统、检测堆码系统。在模台生产线上设置了自动清理机、自动喷油机（脱模剂）、划线机和模具安装、钢筋骨架或桁架筋安装、質量检测等工位，全过程进行自动化控制、循环流水作业[2]。

2 混凝土构件预制生产过程中信息化技术的应用

2.1 BIM技术

BIM （Building Information Modeling） 是建筑信息模型的简称，也是当前建筑行业中应用广泛的建模技术。BIM技术在预制构件生产中的应用集中在构件的深化设计和模具设计方面，可以进行构件深化设计阶段的构件编号、节点细化、信息模型制作、钢筋翻样、加工图信息表达等内容。BIM中的三维技术模型，可以为预制构件的模具设计提供所需要的三维几何数据以及相关辅助数据， 还可以将模具设计自动化。结合全自动化生产线，还可实现拼模的自动化[3]。

2.2 芯片追踪技术

当前应用的芯片追踪技术是射频识别技术，主要应用在构件生产的质量控制方面，将包含构件信息的芯片预埋于构件内部并进行生产单位、时间和管理等相关信息的追踪。

2.3 资源管理系统

资源管理系统，即ERP（Enterprise Resource Planning），是一项成熟的可以进行全企业应用的系统化管理软件。结合BIM和芯片识别技术，ERP系统可以根据生产工厂提供的模台情况安排生产车间的构件加工计划。

2.4 制造执行系统

制造执行系统，即MES （Manufacturing Execution System），是面对制造车间执行过程开发的信息化管理系统，可以和前三个系统结合起来实现生产过程的实时监控和管理，方便管理及生产人员，提高整个生产效率。

3 智能制造

智能制造，即IM（Intelligent Manufacturing）， 是进入信息化时代后逐渐发展的一种先进生产技术。其核心概念是将信息技术，甚至是最新的智能机器人技术与制造技术进行融合而产生的新技术。

当前整个市场对于智能化的认知处于较为模糊的阶段，有人认为当前使用的全自动化生产线已经可以视为智能制造，还有的将信息技术应用于制造技术开始作为智能制造的起点，对此划分智能阶段。但从信息技术的角度，智能一词应包含了智慧和能力，具有一定的自主性，即是否能够在机械执行指令的基础上进一步升级，并具有自我修正和决策的能力。

智能建造是基于物联网、大数据、云计算等新一代信息技术贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。智能制造系统的构架如图2所示。

目前预制构件全自动化流水，虽已使用互联网、系统化技术于制造过程，但还不具自主性，因此将现阶段的预制构件全自动流水线名为信息制造。具有智能化和自主性的特点才可称为智能制造。

4 将智能制造引入装配式建筑的思考

混凝土预制构件的智能制造体可从以下2个方面着手。

4.1 预制构件本身的智能化

预制构件的智能化应该是利用传感及物联网技术，在构件中预埋或预设传感设备。构件智能化主要可用于质量检查和控制，即构件可自检裂缝数量、宽度及表面平整度等参数，将参数发送控制中心，控制中心可判断是否合格。此项技术应用费用高昂，短期内实现可能度不太高，取决于未来物联网技术的发展程度和成本。

4.2 生产过程的智能化

生产过程的智能化，即利用物联网及大数据技术，将生产过程中所包含的中控系统（软件部分）和生产线上的机械及各种设备（硬件系统）进行有机融合。生产线应装配传感、测量及数据收集设备，并可将數据实时发送至中控系统。中控系统具有自主判断功能，真正做到由生产线来决定什么时候供料、什么时候生产、生产什么、使用什么模具的功能。为了实现上述智能，应进行大量的技术和设备研发。具体有以下4个措施。

第一，在大数据基础上研发具有机械学习、深度学习功能的集成生产管理系统。

第二，基于物联网技术，研发针对预制构件生产的数字化设备。对于固定模台工艺，设备的研发应围绕着固定模台这个核心上，意味着生产过程中的各个生产系统的设备，如钢筋加工系统、模具加工系统、混凝土加工系统等本身应具有移动的能力。此举将大大增加设备成本，从这个角度，固定模台工艺的智能建造设备研发成本较高。对于流水工艺，当前的设备已经具有很高的自动化，下一步的落点应该集中在如何加入传感设备，实现真正的物联网。从更广泛的角度，设备的研发应具有普遍适用性，即设备的组件应该可以互换或替换后依旧互相适应。

第三，生产环境的智能化研发。生产环境即车间、工厂。在智能化环境下，生产车间应该称为物联网的一部分，能够实时监控生产过程和设备的状态，以防生产线的过度使用等问题。

第四，完善智能制造的相关规范和标准。

5 结语

当前预制构件生产过程，处在信息和网络技术的潮流下自动化、规模化、工业化的阶段。而我国预制构件的全自动化程度依旧处于较为初级的阶段，更多的构件预制处在手控、半自动化，应用最广泛的是自动化程度相对较低的固定模台法。随着信息和物理技术融合的逐渐发展，智能建造已经成为了当前一些科研机构及高校的研究题目。智能制造的引入有助于提高生产和管理效率，完成预制构件制造的产业升级。

参考文献

[1] 叶明.装配式建筑概论[M].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2] 班丹梅.装配式建筑预制混凝土构件生产优化方法研究[J].工程科技Ⅱ，2021（1）：102-103.

[3] 吴姝娴.信息化技术在混凝土预制构件生产过程中的运用[J].建筑科学与工程，2015（8）：61-66.