“十三五”期间我国装配式建筑机械化技术的发展

张磊庆，蒋中兴

（1.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；2.中铁城建集团有限公司，湖南 长沙 410208）

装配式建筑是传统建造方式的重大变革，其核心是机械化，基础是标准化。“十三五”期间，我国装配式建筑面积保持高速增长。到2020 年，全国新开工装配式建筑共计6.3 亿m2，占新建建筑面积的比例约为20.5%，其中新开工装配式混凝土结构建筑4.3 亿m2，占新开工装配式建筑的比例为68.3%；装配式钢结构建筑1.9 亿m2，占新开工装配式建筑的比例为30.2%。

在装配式建筑推广过程中，其机械化施工技术及其配套的机械装备得以快速发展。以下从装配式混凝土结构建筑的机械化技术方面进行阐述。

1 PC构件生产的机械化

预制混凝土构件（PC 构件）是装配式建筑的基本单元和主要组成。借助自动化设备精准的特性，可以对预制构件的几何尺寸及内部钢筋直径、间距、钢筋保护层厚度等重要参数进行精准设计、定位、生产，优化整合预制构件生产流程，提高构件产品质量，同时大大缩短工作时间。预制构件生产装备决定了预制构件的成本和质量，主要包括PC 生产线、钢筋加工生产设备、混凝土搅拌站等，其中PC 生产线是核心构成。

1.1 PC 构件生产线

PC 构件生产设备是通过构件模具和振动模台将成型钢筋、预拌混凝土混合成型为混凝土预制构件的专用成套设备，是混凝土预制构件生产的核心，实现了建筑构件的工厂化生产，大大提高生产效率。不同类型的构件，其生产工艺有所不同，但生产线的主要设备组成相近，主要包括模台、布料机、鱼雷罐、振动平台、翻转台、平移车、抹光机、拉毛机、养护窑等。

1.2 钢筋加工生产设备

PC 预制构件的工厂化生产要求钢筋加工方式必须由简单的工地加工转型到PC 工厂智能化生产。“十三五”期间，我国的钢筋加工生产技术快速发展，尤其是PC 焊网生产线和PC 桁架生产线技术日新月异。

钢筋焊接网片是PC 构件中最常用的钢筋组焊制品，选择焊网设备须兼顾各个构件的不同需求，还得考虑更换规格的灵活性。“十三五”期间，北京建机院完成了国家重点研发计划项目子课题“外墙板构件钢筋开口网片柔性焊接技术与设备研发”，成功研发了开口网柔性成型生产线、封闭箍筋全自动成型设备、模块钢筋骨架自动成型机、钢筋网双向自动弯曲生产线、预制混凝土可编程多自由度复合振动台等多项新技术与新产品。PC 专用的智能化钢筋柔性网焊接生产线，实现从盘条原料到开孔网片的全过程计算机控制，全自动生产，可根据设计图一次性生产出不同规格的焊接钢筋网，无需手工剪切，见图1。

图1 钢筋焊接网片生产线

目前，主流PC 构件钢筋桁架生产线的桁架高低范围值一般在60～450mm，桁架高度调整快速，准确，电动整体升降，以适应不同焊接高度的需要，无需单独配套钢筋预矫直及拉伸设备；设有独立微调机构，实现对桁架直线度的精确调整，保证无侧弯、上下弯等变形；送料机构与辅助送料机构通过连杆同步送料，防止送料时钢筋被推弯，确保成品桁架平直美观；具有放线卡阻报警和缺料检查等功能，确保无废品和生产的连续性，见图2。

图2 钢筋桁架生产线

2 PC构件的吊装机械化

预制构件吊装作为装配式建筑的施工重点，在吊装设备选型、吊点布置、施工操作、技术管理上存在诸多影响质量、进度和安全的因素。预制构件吊装安装设备主要为塔机，见图3。“十三五”期间，塔机的产品性能在以下几方面取得了突破性发展。

图3 PC构件吊装

1）起重性能大幅提升 预制构件重量远高于传统建筑部件，对塔机起重量要求大幅提高。2018 年300～400tm 级别大型塔机的需求大增，不少装配式建筑项目出现一机难求的现象。目前，有些装配式建筑通过减小构件尺寸和重量，160～215tm 塔机也能满足要求，起重性能较传统现浇施工大幅提高。

2）更精密地控制 构件安装的精度需要塔机厘米级的控制性能，起吊平稳、制动灵敏并具有良好的慢就位功能，性能良好的塔机可保证吊装质量、提高吊装效率。

3）安全性更高 装配式建筑施工中，构件在吊装下落到一定高度后通常需要人员辅助构件就位，这促使塔机的防摇摆、悬停启动、慢就位的稳定性等安全性能更高。

4）稳定性更高 相较于传统现浇方式一般7 天一层楼的施工进度，装配式建筑仅需在3～4 天即可完成，施工进度的加快对塔机的使用频率更高，促使塔机产品的稳定性、易维护程度以及维保人员的专业素质不断提高。

5）平头式塔机需求增多 装配式建筑施工中群塔作业是常态，对群塔作业的防碰撞、防干扰，塔机独立高度及悬高提出特殊要求，平头式塔机更适应装配式建筑的群塔作业。

PC 构件吊装施工对塔机的性能、吊装工艺、人员素质等提出了更高的要求，塔机制造企业以市场需求为导向，加大研发力度，不断进行产品迭代，塔机产品的技术性能、智能化水平、安全冗余大幅提升，也促进了装配式建筑吊装技术的发展。

3 PC构件的现场安装机械化

3.1 构件安装的机械化

装配式建筑施工过程中，构件的安装定位准确与否直接影响建筑结构的安全性能，机械化的安装设备是质量的保障措施。

BIM 放样机器人利用其快速、精准、智能、操作简便的优势，将BIM 模型中的数据直接转化为现场的精准点位，通过对点位的拾取，放样出指定的控制线和控制角点，指导构件的精准安装定位，大大地减少构件的吊装就位时间，提高安装效率，缩短建设工期。

北京建机院针对环形扣筋预制剪力墙装配式建筑施工需求，创新研发了具有构件自动化摘挂、寻位、调姿就位的工业化建筑竖向构件6 自由度吊装装置与水平构件吊装装置，实现了施工现场墙板、楼梯、叠合楼板、阳台板等预制构件的自动吊装及墙板垂直度自动调整与临时夹持，可有效提高装配式建筑构件的吊装作业效率，提升作业安全性与节省人力。

3.2 构件连接机械化

钢筋套筒灌浆连接是PC 构件主要连接方式，套筒灌浆质量控制是施工的难点。上海建工、北京建机院等单位结合灌浆工艺、过程控制技术与智能化技术，研发制造的灌浆设备采用自主研发的新型输送泵，输出损耗小，提升了工作效率，更能满足于现场的高强度工作要求。

4 结语

机械装备是装配式建筑发展的硬件支撑，机械化施工技术是施工效率和质量的核心保障。“十三五”期间，我国装配式建筑处于快速发展时期，随着劳动力成本的上升以及施工技术、构件加工精度与质量、施工管理水平的提高，建筑业各学科交叉，优势互补，与之相适应的机械化水平也快速发展，在装配式建筑的生产、运输、吊装、安装等各个环节不断创新和改进，大大促进了装配式建筑的施工技术和管理水平。