建筑用成型钢筋制品加工与配送技术研究

刘子金，赵红学，翟小东

（中国建筑科学研究院有限公司 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000）

随着我国建筑工业化以及“一带一路”建设的逐步推进，建筑用成型钢筋制品加工的自动化、标准化、信息化生产的需求越来越强烈，而目前大多施工现场仍采用传统简易单机的模式进行钢筋加工生产，造成了生产效率低、劳动强度大、安全隐患多、加工质量和进度难以控制等问题，在一定程度上制约了我国提升建筑工程质量、保证建筑工期及绿色施工的发展。

建筑用成型钢筋制品加工与配送技术是指由具有信息化生产管理系统的专业化钢筋加工机构进行钢筋大规模工厂化、专业化生产和商品化配送，并具有现代建筑工业化特点的一种钢筋加工方式。该项技术不但可以解决当前钢筋加工生产存在的问题，而且符合我国绿色建筑施工的发展要求。成型钢筋制品加工与配送技术主要包括信息化生产管理技术、钢筋专业化加工技术、自动化钢筋加工设备和成型钢筋配送技术。因此，建筑用成型钢筋制品的加工与配送是建筑工业化发展的必由之路。

1 主要技术优势

我国建筑用钢筋长期以来依靠简易单机来进行加工，随着一些国产钢筋自动化、智能化和信息化设备的出现，以及相关行业技术规范标准的日趋完善，这些都为我国成型钢筋制品加工与配送技术发展奠定了坚实的基础。

此技术与目前普遍现场加工的作业方式相比，具有以下优点。

1）加工效率高，可满足大规模工程建设中钢筋加工的需求。

2）信息化程度高，可对接建筑信息化管理系统，能够实时监测生产进度，便于组织协调管理。

3）钢筋制品加工自动化、智能化，采用工厂化加工方式便于先进技术的使用，保证了成型钢筋制品加工效率的同时提升了制品质量。

4）质量可追溯性，每批成型钢筋制品都有完整的生产、检验信息，能够杜绝“瘦身”钢筋在建筑物的使用，最终确保工程质量。

5）绿色环保，没有现场钢筋加工的噪音污染，解决了扰民问题，同时工厂化生产节约原材料，避免浪费。

6）确保了施工现场整洁文明，排除了由于钢筋加工制作带来的安全隐患，生产安全性高。

2 信息化生产管理技术

信息化生产管理技术，是指根据实际建筑工程需求，获取工程项目的概况、工期、进度、质量要求、技术要求、验收标准、施工难点等信息，然后通过信息化管理软件对从钢筋原材料采购、钢筋成品设计规格与参数生成、加工任务分解、钢筋下料优化套裁、钢筋与成品加工、产品质量检验、产品捆扎包装，到成型钢筋配送、成型钢筋进场检验验收、合同结算等全过程进行管理，其工作流程如图1所示。

图1 信息化生产管理流程图

一种新型带有“远程通讯接口”的加工配送管理软件（如图2）是此项技术的核心，它能够直接对接建筑信息化管理软件，能够提高成型钢筋制品加工配送管理效率，减少中间管理环节，为建立自动化、数字化、信息化工厂提供有力的软件支撑。

图2 钢筋加工配送管理软件

2.1 数据对接

在信息化生产管理系统没有出现时，钢筋制品的钢筋规格、长度等数据只能采用人工方式根据图纸进行钢筋规格、长度统计，然后根据能够采购的定尺原材料，进行长度优化，最后比照下料单和现有的钢筋材料长度，进行下料优化。这种方式不但效率低、工作量大，而且出错率极高。

而目前在安装信息化生产管理系统后，通过此软件可直接对接BIM系统获取钢筋加工数据，如图3所示，也可通过钢筋加工管理软件网络版客户端进行钢筋图形数据录入，将钢筋图形数据存储在数据服务中心计算机上进行数据共享。

图3 对接BIM系统获取钢筋加工数据

2.2 加工任务分解

图4 生产任务安排调度

在管理软件的数据服务中心，对钢筋图形尺寸数据按照钢筋级别、尺寸等进行数据规并。按照钢筋图形尺寸特征对钢筋和加工工艺工序进行优化匹配，对加工班组进行生产任务的安排调度，如图4所示。例如，需要将钢筋加工料单中需要套丝的钢筋汇总出来，安排到锯切、套丝、弯曲线上加工；将箍筋汇总出来，安排到数控弯箍机上加工；将板筋汇总出来，安排到数控板筋加工生产线上加工。

成型钢筋制品的加工任务能够根据建筑施工项目的施工进度做出快速调整，在遇到图纸变更、施工方案临时性调整等突发情况时，能够及时调整成型钢筋加工计划和当前进度，进而制定新的成型钢筋加工配送进度计划表，保证成型钢筋能够如期加工与配送。

2.3 成型钢筋制品加工

将生产任务数据通过车间级局域网络或者二维码的方式发送到设备的配方存储数据库中。设备读取图形配方数据库进行加工生产，如图5所示。

管理软件实时记录成型钢筋制品的加工进度，支持远程查看，根据建筑工程的施工进度来安排成型钢筋加工，从而避免生产加工的盲目性，减少不必要的库存，进而优化利用钢筋制品加工空间。

图5 二维码料单录入

2.4 质量检验及入库

质量检验是成型钢筋制品加工与配送的重要环节，也能避免出现现场检验不合格而影响项目进度的问题，质量检验信息及制品批次等信息被记录在系统中备查。经过检验合格后的钢筋制品进行入库管理，可以通过工位机自动完成入库反馈，也可以通过PDA+QR二维码的方式进行质量检验入库。入库后数据服务中心设置入库钢筋状态为完成状态，并记录成品钢筋存放位置。

建筑用成型钢筋制品加工与配送技术指标应符合《混凝土结构成型钢筋应用技术规程》JGJ366和《混凝土结构用成型钢筋制品》GB29733的有关规定。具体要求如下。

1）钢筋进厂时，加工配送企业应按国家现行相关标准的规定抽取试件作屈服强度、抗拉强度、伸长率、弯曲性能和重量偏差检验，检验结果应符合国家现行相关标准的规定。

2）盘卷钢筋调直应采用无延伸功能的钢筋调直切断机进行，钢筋调直过程中对于平行辊式调直切断机调直前后钢筋的质量损耗不应大于0.5%，对于转毂式和复合式调直切断机调直前后钢筋的质量损耗不应大于1.2%。调直后的钢筋直线度每米不应大于4mm，总直线度不应大于钢筋总长度的0.4%，且不应有局部弯折。

3）钢筋单位长度允许重量偏差、钢筋的工艺性能参数、单件成型钢筋加工的尺寸形状允许偏差、组合成型钢筋加工的尺寸形状允许偏差应分别符合《混凝土结构成型钢筋应用技术规程》JGJ366中表4.1.4、表4.1.5、表5.2.13、表5.3.10的规定。

4）成型钢筋进场时，应抽取试件作屈服强度、抗拉强度、伸长率和重量偏差检验，检验结果应符合国家现行相关标准的规定；对由热轧钢筋制成的成型钢筋，当有施工单位或监理单位的代表驻厂监督生产过程，并提供原材钢筋力学性能第三方检验报告时，可仅进行重量偏差检验。

2.5 配送、现场安装及合同结算

数据服务中心自动轮询收集钢筋构件加工完成信息，根据工程施工项目需求下达配送指令，然后安排相应人员进行装车配送，到达现场安装、验收，最后进行合同结算，这些过程都可以通过网络终端录入管理系统，可方便管理人员随时查看项目进度情况。成型钢筋制品加工与配送的简单流程如图6所示。

图6 成型钢筋制品加工与配送简单流程

3 钢筋专业工厂化加工技术

由具有一定专业能力的技术人员，采用成套自动化钢筋加工设备，经过合理的工艺流程，在固定的加工场所集中将钢筋加工成为工程所需的各种成型钢筋制品。专业化钢筋加工厂一般可分为以下几个工段：钢筋原材储放工段、钢筋上下料运输工段、棒材钢筋制品成型工段、线材钢筋制品成型工段、组合钢筋制品成型工段、成品储放工段。

3.1 钢筋原材储放工段

根据生产计划需要采购钢筋原料，由卡车拉入厂内后按照直径规格和原料种类分区存放，可分别设置线材存放区、棒材存放区。原材储放应便于叉车、天车对原材进行转运。

3.2 钢筋上下料运输工段

根据生产计划将钢筋从原材储放工段用叉车、天车转运到设备原料架上准备加工，厂区应专门设置用于叉车运输通道，加工完成后的钢筋制品再由此工段运输至成品储放工段。

3.3 线材钢筋制品成型工段

线材钢筋制品成型工段（如图7）以盘条钢筋为原料，生产箍筋、长条弯曲筋、墙板筋等。

图7 线材钢筋制品成型工段

3.4 棒材钢筋制品成型工段

由于建筑结构组成和工程种类多种多样，建筑上使用的钢筋往往长短不一，而钢厂销售的棒材钢筋长度往往都是12m、9m等标准尺寸，所以棒材钢筋的加工第一道工序必然是定尺剪切，然后根据需要进一步进行弯曲或滚丝等加工，用于梁、柱等配筋，如图8所示。

3.5 组合钢筋制品成型工段

组合钢筋制品成型工段（如图9）主要用来加工成型钢筋笼、钢筋网、钢筋桁架等钢筋组合制品。

图9 组合钢筋制品成型工段

3.6 成品储放工段

将成品储放至此工段（如图10），可以在此工段进行成品检验，且要便于装车配送。

图10 成品储放工段

3.7 技术人员技能

工厂化、专业化的加工生产方式，需要一批具有较强钢筋制品加工能力的技术人员。

成型钢筋加工配送工厂技术人员应具备的技能包括：①能够熟练的操作钢筋加工厂的自动化加工设备，具有一定的机械维修常识；②熟练掌握各钢筋加工制品的加工工艺和流程，清楚加工顺序和步骤，具有较强的安全生产意识；③熟练掌握钢筋工程的施工规范和验收标准。从而能够控制成型钢筋加工的质量达到规范要求和验收标准。

4 成型钢筋制品自动化加工技术

目前，钢筋成型钢筋加工制品主要可以分为线材钢筋制品、棒材钢筋制品、组合钢筋制品三大类，针对上述三类产品，成型钢筋制品自动化加工技术也可分为三大类。

4.1 线材钢筋制品自动化加工技术

线材钢筋指经线材轧机热轧后卷成盘状交货的钢材，又称盘条。对线材钢筋矫直的速度及切断性能研究，开发出一种新型的自动钢筋调直切断机，对筋肋无损伤的高速调直技术研究。其牵引速度可达100m/min，采用伺服剪切的方式，保证钢筋的切断长度误差在±2mm内，并且设备具有稳定性高、故障率低，对钢筋肋无损伤的特点。

自动板筋生产线是一种专门加工建筑用墙板筋的生产线，其效率是当前其它加工方式的5倍以上，其设备研发指标：钢筋弯曲直径5～12mm；弯曲角度0～180°；弯曲长度范围1 500～1 2000mm；最大生产速度120m/min。

在箍筋的加工方面，建筑工程中HRB400级钢应用不断推广，HRB500级钢投入使用，钢筋高强化已成国家节能环保的一项重要举措。开发出一种动力性能更优的液压数控钢筋弯箍机，用来适应市场上高强钢筋的弯曲。

目前用于线材钢筋制品的自动化加工机械有自动8字筋成型机、自动钢筋调直切断机、自动钢筋弯箍机、自动板筋生产线等，如图11所示。

图11 线材钢筋制品自动化加工设备

4.2 棒材钢筋制品自动化加工技术

棒材钢筋加工是指直条钢筋定尺切断、钢筋弯曲成型、钢筋直螺纹加工成型等，如图12所示。

图12 棒材钢筋制品自动化加工设备

结合目前市场需要，我们研究开发了适合我国国情、能够直条钢筋上料、可实现∅8-∅25直条钢筋弯曲的立式钢筋弯曲生产线设备。

自动丝头钢筋生产线的研发，提高生产线加工不同规格钢筋时相应部件的调整方便性，并且增加关键部位的自动调整功能；研发大规格钢筋、超强钢筋螺纹的自动化加工技术；模块化设计，实现各个功能块的自由组合功能，以满足工程建设不同用户需要；改进和完善生产工艺工装，逐步实现钢筋加工成套设备产业化，提高设备的稳定性和性价比。

4.3 组合钢筋制品自动化加工技术

组合成型钢筋制品加工是指钢筋焊接网、钢筋笼、钢筋桁架、梁柱钢筋成型加工等，如图13所示。自动钢筋焊接网生产线可以适应市场上各种标准网、开缺网及开口网；自动钢筋笼成型机可以加工桩径300～3000mm范围内的钢筋笼制品。

5 成型钢筋商品化配送技术

所谓成型钢筋商品化配送，就是将工程所需要的各种不同类型的钢筋依照建筑结构的实际尺寸，由自动控制机械加工成型，按照施工工期运往建筑工地直接使用。

商品化建筑钢筋应用比例的高低及其配套服务的商品化和市场化程度，反映着一个国家建筑工业化和施工技术的发展水平。欧美一些国家从20世纪80年代中期到90年代初期，逐渐普及了商品钢筋。许多国家以立法的形式规定：钢筋必须经过专业加工厂的预制才允许进入建筑工地。而目前我国建筑用成型钢筋制品加工配送发展缓慢，已经成为制约施工现代化程度提高的一个瓶颈，因此，提高成型钢筋的商品化专业配送比例，是建筑业的一个必然发展方向。

图13 组合钢筋制品自动化加工设备

6 总结与展望

6.1 总 结

成型钢筋加工配送成套技术可广泛适用于各种现浇混凝土结构的钢筋加工、预制装配建筑混凝土构件钢筋加工，特别适用于大型工程的钢筋量大集中加工，是绿色施工、建筑工业化和施工装配化的重要组成部分。该项技术是伴随着钢筋机械、钢筋加工工艺的技术进步而不断发展的，其主要技术特点是: 加工效率高、质量好；降低加工和管理综合成本；加快施工进度，提高钢筋工程施工质量；节材节地、绿色环保；有利于高新技术推广应用和安全文明工地创建。

成型钢筋加工配送成套技术已推广应用于多项大型工程，在阳江核电站、防城港核电站、红沿河核电站、台山核电站等核电工程，天津117大厦、北京中国尊、武汉绿地中心、天津周大福金融中心等地标建筑，北京二机场、港珠澳大桥等重点工程大量应用。

6.2 展 望

在当前国家大力倡导绿色建筑的背景下，建筑用成型钢筋制品的加工与配送势在必行。本技术还有很多新的问题需要解决，需要在实际应用中不断积累与完善，在以下几个方面，还需要做进一步的研究与开发。

1）信息化生产管理系统功能的继续完善，在制品加工的生产调度优化以及各加工工艺的优化。

2）成型钢筋制品自动化加工设备的智能化、多功能化研究。