当前位置: 奥地利 >> 历史沿革 >> 国际视角德国奥地利装配式建筑深度考
一、德国之行
图1厂房顶中间纵向采光
在长约米的预应力空心板生产车间内,可见一侧并排紧次布置有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;中间为人行和板运输通道,另一侧为板临时室内储存区。空心板(宽度约毫米)生产工艺涉及三种主要设备: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。干硬性混凝土采用自动线输送到成型机上空的可全线移动的盛料斗中,开动成型机从固定端向张拉端缓慢移动即可完成混凝土密实成型;干硬性混凝土不需要特殊养护,自然养护12小时即可切割出模。在空心板成型后可立即在板上用彩色颜料线画出不同长度、不同方向角度板的空心板切割线,空心板需要预留孔洞时采用人工挖孔方式预留,切割机切割同时洒水降温降尘,切割方向可以垂直轴线或依据板端要求的任意角度(如图2~图4所示)。空心板起吊方式有两种,一种是依据板侧面型式订做的专用吊具起吊,另一种是利用板两端孔型式订做的专用吊具起吊(如图5所示)。在桥吊和吊具显著位置上都标识了厂家Logo和其允许最大起吊重量。
图2成型机、切割机操作
图3划切割线及预留洞
图4空心板成型
图5专用吊具
空心板表观质量粗糙并可见少许孔洞,人工挖预留孔洞也可见不太规整(如图6所示),容许这种质量标准与空心板上会铺设现浇混凝土层有关系。
图6带角度的预应力空心板及表观质量
在双皮墙板和叠合板生产车间内,可见自动化流水线紧凑、合理利用空间的布置。有的模台上方搭有固定平台,平台上进行钢筋堆放及加工(如图7所示)。这家工厂台模上用于分块的边模设计很有特点,根据叠合板钢筋做成了条形齿轮形状,分块边模在台模长度方向可移动后采用螺栓固定(如图8、图9所示)。据悉,工厂钢筋桁架有外购专业工厂的产品,也有工厂自行加工的产品。工厂的场地有限,外购桁架加工精度很高故能整齐摆放在钢筋区域(如图10所示)。
图7模台从钢筋堆放加工平台层下方通过
图8台模上的分块边模及其连接方式
图9模台上的钢筋
图10摆放整齐的桁架钢筋产品
双皮墙和叠合板生产时每个工序1~2人,其中浇筑前钢筋入模工序2人,拆模起吊2人,其他工序基本是1个人操作。在模台上的钢筋骨架绑扎固定较少,需要固定的交叉点用专用工具代替绑扎,最下层钢筋垫上必要的保护层垫块,提高了操作效率。浇筑的混凝土流动性较大,但振捣后混凝土仍可保持均匀(如图11所示);根据板宽度调整浇筑下料宽度,混凝土浇筑完一块板后模台轻微筛振即可,基本无噪音,振捣完毕在钢筋上人工扣上环形标识条后送去养护窑养护。德国很多工厂的叠合板脱模起吊吊具都类似,3~4排钩具勾住桁架钢筋平稳吊运(如图12~图14所示)。双皮墙板生产过程中,翻转机对控制系统的软件质量要求很高(如图15所示)。整体感觉工厂内生产顺畅有序,废料垃圾能及时清理。
图11大流动度混凝土浇筑
图12叠合板脱模起吊
图13钢筋交叉点的固定扣件
图14代替绑扎和焊接的固定扣件
图15翻转机放下一侧墙板
图16全自动生产流水线
图17带中央推移台的生产流水
图18固定台模生产线
图19车间内高精度大模台组装
全自动化生产流水线全套设备是最能体现该公司自动化技术水平的生产线产品,可以实现从钢筋加工、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,是真正的全自动化生产,全过程可以无人工操作。模台横向行走、纵向移动、承载力大、运行平稳。该设备主要生产板类构件,拥有优化的物流和高产能,缺点是构件生产灵活度低。该生产线亮点是拥有摆模机械手、钢筋加工和桁架筋机械手(如图20所示)以及可实现自动存储的全自动立体堆场(如图21所示)。
图20摆模、存模机械手
图21全自动立体堆场
带有中央推移台的生产流水线是一种通过中央移动台把部分模台暂时抽离流水线、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,但形状、尺寸和效率受控制系统和流水运行设备性能的制约和影响,灵活度较高,材料有最优输送路径。
固定模台生产线是通过可移动设备在固定区域内浇筑成型的一种构件生产方式,优点是拥有无限制的灵活性,可生产各类型构件,缺点是材料输送路径较长,耗时增加。
考察期间,与德国西伟德(Sievert)公司专家AG教授交流座谈中了解到,西伟德公司年在河北廊坊市建立了一个生产叠合板与双皮墙板的自动化生产线,但市场认可度不高;后又在安徽合肥市建厂,并实施了一些双皮墙叠合技术体系的建筑项目,从地下室开始采用双皮墙板,米高的项目最高双皮墙板用到80米(也是中国最高限),往上由现浇施工完成;最后公司与宝业合作在绍兴建立工厂,宝业在上海推广和实施了双皮墙叠合技术体系。
在德国的建筑用墙体(砌块、混凝土、钢材)中,双皮墙占比30%~35%;在混凝土墙体中,双皮墙占比70%左右,是一种抗震性能非常好的结构体系。德国工业建筑和公共建筑用混凝土楼板,几乎都是叠合楼板—叠合板和叠合空心板;个人房建如别墅住宅,地面以上大多用砖或砌块砌筑,但在地下室多用双皮墙结构。德国有万人口,人均装配式建筑面积为0.5平方米/人;中国人口16亿,几乎是德国的20倍。AG教授预测,中国的装配式建筑市场将会非常大。
在谈到预制工厂产能评定时,AG教授表示预制工厂产能应与具体产品结合起来,不同产品加之生产工艺、设备性能不同,产能或许会存在较大差异。德国生产叠合板、双皮墙板的预制工厂产能一般为30~40万平方米/年,工作制度是周末和节假日全休息,一周工作5天、每天工作8小时。
图22预制构件装配的办公楼
图23带保温和不同端头连接方式的双皮墙板
图24预制阳台及使用的保温连接器
在自动化流水线车间,主要工艺方法有:人工拆除的边模放入自动化传送道,传送到边模机械手自动安装区域,用机械手存放和安装边模,并初步安放钢筋和孔洞预留板;而后模台来到下一个工位,采用从屋顶投射下来的镭射线画出板类构件的分隔边模、孔洞预留板和埋件的精确位置(如图25所示),人工调整后完成即可送入浇筑区。该厂房也是采用预制板做成的隔断层间,以充分利用厂房上层空间(如图26所示)。双皮墙板生产的翻转与BWH公司的模台整体翻转不同,这里采用的是将一侧叠合层板脱模起吊到专用翻板机上,整个车间是三条线并排排列,混凝土浇筑、翻板叠合、养护区域在同一端,工艺线设计值得研究和借鉴(如图27所示)。
图25镭射投影线画出端头边模和埋件位置
图26预制构件搭建的两层空间,上层主要用于钢筋加工和存放
图条线并排排列,最前方是边模和钢筋安放区,右下角为翻板装置,拍摄位置的一侧为浇筑、养护和翻板端
另一车间主要生产尺寸和重量大或带门窗孔洞的实心墙板、楼梯等典型构件,以及一些异型构件。少量构件用木模生产,批量构件用钢模生产。该工厂桁架钢筋外购,购入后自行切割成需要的尺寸。
根据德国现行技术规范规定,阳台板与主体结构之间必须要进行保温处理,目的是最大程度地避免室内热量传递到室外。设计原则是在两者之间安装保温材料,采取保温隔热构造措施。公司相关负责人介绍了安装在阳台和主体结构之间解决热桥效应的阳台保温连接件的设计、质量认证和应用情况,着重介绍了设计模型、破坏模型、隔热、防火和隔音性能,以及连接件的抗震解决方案(如图28、图29所示)。这种新型阳台保温连接器可运用在阳台板、女儿墙、牛腿柱等构件上,全预制混凝土阳台和半预制阳台板皆可采用。与常规全包保温处理措施相比,采用保温连接件成本上升约元/米。
图28新型阳台保温连接件
图29新型阳台保温连接件实体
高质量、灵活性和耐久性的磁性边模是公司主营业务产品(如图30所示),目前年产7万套,半数用于自动化流水线。磁性边模性能优异稳定,每天2~3次运转,可反复使用十年以上不变形,保证重复周转下边模的尺寸精度高,可用机械手安卸。除此之外,公司产品还有立式生产的墙板模具、风力塔模具、单元房整体浇筑成型模具等大型、复杂模具系统(如图31、图32所示),以及用于复杂构件自密实浇筑用的动力泵产品。
图30为中国订做的露筋磁性边模
图31复杂模具系统生产出的复杂构件
图32泵送浇筑立式生产的墙板模具
图33被动房U型南立面(一层为商铺)
在节能设计中,每个独立单元有独立带热交换的新风系统,当房间内二氧化碳、有害气体超标后,新风系统会自动启动保证空气健康。在此基础上,所有能被太阳照射的地方在建筑表面都做了遮阳设计,可将夏季的制冷能耗降到最低,同时做了很厚的保温层以降低热损失。建筑能做到很好的保温和遮阳设计时,不需要高精尖技术就可以达到很好的节能效果。该项目每年通过太阳能可获得40万度的发电量,基本可以满足建筑一整年的能量消耗;地下室有蓄电池,可以存储用不完的电量,太阳能发电也会和整个小区联系起来。
在建造技术上有几点值得注意:一是支撑新风设备系统的预埋件预埋在结构部位伸出的地方,并加上了保温措施(如图34、图35所示);二是外墙增加厚厚的保温层,但并没有看到多少湿作业施工(如图36所示);三是使用了阳台保温连接件(如图37所示);四是窗户并不是直接镶嵌在结构墙体内,而是在墙体外面先固定一层具有保温性能的材料做窗框(如图38、图39所示),保温效果更好。
图34动房外立面伸出来较长的带保温层的设备预埋件
图35内部砌块隔断墙
图36厚厚的外墙保温层
图37预制阳台采用保温连接件
图38窗户采用新型保温材料镶嵌并突出墙面
图39门洞和内装采用的保温材料
本建筑属于前沿性试验项目,从经济性看,被动房建筑比普通建筑有15%~20%的成本增量,~年总计节省的能源费用即可抵消成本增量。
在SOMMER设备技术公司服务建设的全自动预制工厂内,考察团参观了钢筋及桁架筋自动加工、自动划线、自动钢筋布料、自动摆模等自动化流水生产的实际情况(如图40、图41所示)。据悉,该(全)自动化线生产效率为0.5立方米/人时,对应双皮墙为40平方米/8人时,对应叠合板为平方米/6人时。在工厂内生产的叠合板,通过底层钢筋的保护层垫架以及边模作用,几乎没采用钢筋固定,节省了人工操作时间。
图40模台自动划线和钢筋就位
图41模台自动划线和钢筋就位
二、奥地利之行
奥本德弗集团公司曾历时10个月建造完成了首个全装配式体育场;装配式住宅最高做到33层,抗震达到8级。公司生产的双皮墙板最大尺寸达4×6米,重量达8吨,最大厚度达50厘米,使用了代替桁架的多种型式连接材(如图42所示)。其总部工厂使用屋面梁构件达30米高、30吨重,工厂自动化生产线运行了20年,效率仍然很高很稳定。
图42代替桁架的多种型式连接材料的预制混凝土双皮墙
结语
在德国、奥地利等欧洲国家,高层建筑不多,混凝土低层建筑、公共房屋建筑能预制的尽量预制,屋内装饰板也可见预制构件;2~3层的私人住宅建筑多用红砖、砌块砌筑,地下室常用双皮墙建造;商品集成住宅技术和材料丰富多样。这些国家的工业建筑、公共建筑的楼板多用叠合板,外墙建造形式有现浇、砌筑和各种各样的双皮墙;空心楼板一般用在跨度大、层高高的建筑中,由于其隔音效果差,容易起拱,故不应用在住宅建筑中,在物流中心建筑中可以得到很好的应用。建筑基本不考虑地震情况,预制构件间少见现浇混凝土连接,常见金属连接件。德国的装配式停车场很多,大型物流中心也普遍采用装配式建造,从施工到管理都借助于软件和工具,效率和质量水平较高。
考察团参观的各个预制工厂厂址选择一般都会考虑构件运输的陆运和水运的便捷性,工厂占地面积不大,布局紧凑,通过整体管控和细节把握提高了生产效率。考察团对于预制工厂的整体感受是:自动化流水线生产的主要构件为叠合板和双皮墙板,配以固定台模生产的楼梯和实心墙板,以及一些异型构件,一般工厂的叠合板产能为40万平方米/年;有的叠合板钢筋桁架在模具上不固定,简单采用底层保护层垫块即可;有的企业使用人工手持绑扎机器,效率也很高;大型综合性预制工厂也生产工业、市政建设用大型构件,基本没见到室外生产情况,大型复杂构件模具多采用可调节尺寸的机械辅助拆卸模板装置,高精度模具系统及其工器具精致耐用,生产的构件产品型式多样、美观精良;预制混凝土构件技术咨询的核心在于,以模具技术为中心的模具设计和制作、生产线设计和运行以及混凝土浇筑成型技术。
欧洲国家建筑企业家族式经营管理模式普遍,理念、技术传承和发展有保障;建筑产业链较完整,不存在恶性竞争,各专业企业分工细致,沟通合作顺畅;工人工作按部就班;机械、模具、连接件品种丰富、技术精湛、工艺精良,工业化程度很高,产品质量能得到很好的保证,全球范围内市场认可度高,预制混凝土行业的技术质量高附加值得到了充分的体现。
来源:混凝土世界杂志
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