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自动化钢筋加工生产线在港珠澳大桥沉管预制中的运用

发表时间:2020-04-26 08:58作者:杨绍斌,张洪

摘要:为适应港珠澳大桥大型化、工厂化、标准化、装配化的建设理念,沉管预制钢筋加工采用自动化钢筋加工生产线方案,引进国外先进设备,合理配置,达到工效最优化。文中主要通过港珠澳大桥沉管预制钢筋加工方案的描述,阐述了自动化钢筋加工生产线的优势和未来发展趋势。

关键词:钢筋加工生产线沉管预制;港珠澳大桥

0引言

近年来,伴随着我国经济和基础建设的迅速发展,大型工程乃至超级工程也越来越多地涌现出来。提高建筑工业化水平和施工水平渐渐成为现代建筑工程的目标之一,而现行钢筋混凝土工程的三个施工要素(钢筋、模板和混凝土)中,专业化模板和商品化混凝土配送技术发展很快,而钢筋加工部分发展却很慢。目前我国施工中钢筋加工生产多数仍然采用传统的手工为主的加工方式,劳动强度大、加工质量不稳定、加工效率低、材料浪费大、成本难以控制、安全隐患多等问题,一直是困扰施工企业的一个难题,不管是从生产上还是管理上,所带来的弊端越来越突出,钢筋加工的变革创新是必然的趋势。本文主要以港珠澳大桥工程为例,简述钢筋加工方案的确立和优势,重点探讨我国未来大型工程钢筋加工方式的演变,以及该种转变对建筑行业的促进作用。

1钢筋加工方案研究

1.1工程特点

港珠澳大桥标准管节长180m,分成8个标准节段,每个节段长22.5m,单节段钢筋最大重量约1000t,钢筋级别为HRB400。纵、横向主筋设计采用规格如下:

横向:40、36、32、28、25;纵向:36、32、28、22、16。

箍筋采用HRB400级钢筋,规格:25、20、16、12等。

单节段预制周期为7d,单日钢筋加工量达到150t,厂内空间局限,钢筋加工需采用较为集约化的方式。此外,加工方案还应考虑以下几个特点:

1)根据设计图纸所提供的钢筋大样图,必须分析每种钢筋规格对应的各种配料方式,也即在选用设备前需要对配料进行分析;

2)基于所用钢筋直径均较大,为降低损耗,采用了钢厂定制非标定尺的钢筋(主要是较大直径钢筋),该部分将考虑在加工量分析中;

3)半成品种类高达300余种之多,需做好设备的合理布置和加工顺序研究,缩短不必要的工作停顿时间,以免影响作业工效;

4)需要适应工厂化施工理念,包括场地布置合理、工装设备稳定可靠、提高作业工效、降低劳动负荷等。

1.2钢筋加工量分析

1.2.1分析方法

由于主要的钢筋加工仅涉及到切断、套丝、弯曲等三类方式,故钢筋加工量的分析选用方法如下:首先根据钢筋设计图纸,统计出所有钢筋的类别、数量及加工样式,将之简化为该三类加工方式对应的次数,再利用已有经验和设备参数,计算出设备工效和对应人数。

1.2.2数量统计

钢筋的剪切、套丝、弯曲数量见表1~表3。

表1、2、3钢筋的剪切套丝弯曲数量表.png

1.3设备与配备人员汇总

根据以上分析,选用自动化设备和普通设备两套方案进行比选,根据设备调研,取得各种设备对应的参数,取定各种加工方式对应的设备数量,将不同方案的设备与配备的人员数量汇总如表4所示。

表4钢筋加工设备和人员配置数量统计表.png

1.4比选评价

本比选方案基于经济效果、规范要求、劳动强度、管理难度、环境影响等进行评价,列表如表5所示。

表5方案比选表.png

如表5比选,新型加工方案具有传统方案无法比拟的优势,在超级工程—港珠澳大桥建设中毫无疑问列为首选方案。经过前期国内外考察研究,最终确定进口设备和国产设备共同互补原则,选定了两家厂家,其中剪切生产线+主筋箍筋弯曲机采用进口设备,在加工精度和设备可靠性上拥有卓越表现,而锯切生产线+套丝生产线采用国产设备,在成本上具有更大优势。

1.5实测生产效率

港珠澳大桥沉管预制厂选用全自动钢筋加工生产线,经过运用,充分发挥了其加工精度高、加工工效高和降低劳动强度的优势。其生产效率统计如下:

1)钢筋剪切生产线:以剪切箍筋和拉钩筋为主,以20mm为主,平均效率为1次/min(含停顿时间),每次剪切10根,每日有效作业时间7h(单班作业),则一周内生产的箍筋原材料根数为29400根>25000根(需求量)。

2)钢筋锯切生产线:以锯切需要套丝的钢筋为主,以28~40mm为主,平均效率为1次/5min(含停顿时间),每次剪切10根,每日有效作业时间7h(单班作业),则1周内生产的根数为5880根≈5775根(需求量)。

3)斜面式钢筋弯曲中心:主要弯制28~40mm的主筋,平均效率1次/min(含停顿时间),每次弯曲1根,每日有效作业时间7h(单班作业),则1周内弯曲的主筋根数为5880根>4200根(需求量)。

4)立式钢筋弯曲中心:主要弯制16~25mm的箍筋和拉钩筋,平均效率3次/min(含停顿时间),每次弯曲4根,每日有效作业时间10h(适量加班),则1周内弯曲的箍筋根数为33600根≈34990根(需求量)。

5)套丝生产线:以28~40mm为主,设4台套丝机(三用一备),单台平均效率为1次/min(含停顿时间),每次套丝1根,每日有效作业时间7h(单班作业),则1周内生产的根数为8820根>7084根(需求量)。

根据以上现场实测数据和现场施工状况,在满足预制厂正常运转的情况下,该套钢筋加工全自动生产线尚具有1倍的富余系数,以应对各种特殊情况。

2自动化钢筋加工生产线在未来工程中的运用展望

2.1新型加工方式展现项目管理的内在所需

现代项目管理越来越强调管理水平,无论从质量管控,还是从成本控制均提出更高要求,新型钢筋加工方式具有降低工程成本、提高施工内部质量和提高建筑企业管理水平等优势,逐渐成为项目管理的内在所需。

2.1.1降低工程成本

1)采用计算机控制生产管理系统和设备操作,降低人为操作的失误几率,降低损耗。

2)综合优化配料加工,钢筋利用率高,最大限度地追求和实现“零损耗”目标,减少浪费。

3)使用自动化钢筋加工设备可以大大降低人工费用,使每个工人的生产效率平均提高5~8倍。

4)采用自动化物流传输系统,降低工人劳动强度,提高物流效率。

2.1.2提高施工质量

1)采用先进设备加工,钢筋半成品尺寸偏差明显优于规范要求的标准,半成品自身美观。

2)钢筋加工精度的提高,促进了钢筋绑扎的精度控制,提高施工质量。

3)钢筋加工标准化,促进了施工方法和施工工艺的改变和提高,增加了企业内部竞争力。

2.1.3提高企业管理水平

1)专业化钢筋加工可以根据施工计划和图纸,提前在基地加工,自动化的生产线可以充分保证钢筋加工的高效率,施工现场主要进行安装作业,缩短施工周期。

2)施工现场管理简化、不需要在施工现场堆积大量建筑材料,减少工地施工占地面积。

3)减少工地的噪声和扰民现象,降低工人劳动强度,提高文明施工程度。

2.2自动化钢筋加工生产线是现代集约化管理的表现方式之一

集约化管理是现代企业集团提高效率与效益的基本取向。集约化的“集”就是指集中,集合人力、物力、财力、管理等生产要素,进行统一配置,集约化的“约”是指在集中、统一配置生产要素的过程中,达到节俭、约束、高效的目标。我国是一个发展中大国,又是一个建筑大国,在全世界能源危机、气候变暖的背景下,降低能耗迫在眉睫,我国正积极倡导建筑节能。自动化钢筋加工生产线方式实现了原有流程的改变、机构的重新整合、要素配置的优化,以设备的可靠替代人工的不确定性,达到降低成本、高效管理,进而使企业集中核心力量,获得可持续竞争的优势。

目前,国外商品化钢筋供应已成规模,原来的现场钢筋加工生产线已与单个建筑项目脱离,由专业公司组建,形成高度集约的商品化钢筋供应中心,由专业人员操作专业设备,符合工厂化作业和工艺流程要求,实现自动化的生产线。但是在国内,目前仍需产业政策和规范引导,逐步向该种方式转变。

2.3新型加工工艺具有对现行规范的提升作用

规范源自于实践,反过来又将用于指导实践。在实践不断创新的过程中,规范也会随着更新,但是却永远滞后于实践。近年来,在各大型工程项目的建设过程中,越来越明显的一个特征就是:现行规范大多时候都无法满足大型工程的建设实际,于是基于项目自身的专有规范概念就此诞生。而专有规范往往高于现行规范,如该工程具有后续的复制性和拓展性,那么其专有规范就将慢慢融入到现行规范和在建项目中,作为一类引导性的标杆工程,其工艺的提升同时还具有对于其他行业的促进作用,如钢筋加工的方式改变同时也促进了加工设备和物流设备的优化和改良,以及钢筋绑扎工装的设计、混凝土保护层标准的提升。

3结语

大型工程乃至超级工程的出现,更加趋向于大型化、工厂化、标准化、装配化的建设理念,对设计施工各个环节提出更高的要求,包括设计施工对建筑行业的引导意义、对现有规范的提升意义、对现有管理方式的转变,而传统工艺已无法满足该种需求。港珠澳大桥沉管预制钢筋加工,除了选用先进的加工设备外,还选用了整套物流传输设备,共同组建了两条自动化钢筋加工生产线,该套生产线除了为沉管预制自身提供钢筋半成品外,还为外部单位提供商品化半成品钢筋,该种料单式生产、产品式供应的方式俨然成为商品化钢筋工艺的缩影。笔者也相信,港珠澳大桥的建设,还将为中国建筑行业提供更多更广泛的借鉴。