基于信息化管理的小型预制构件流水线生产工法.pdf

1、基于信息化管理的小型预制件流水线生产工法基于信息化管理的小型预制件流水线生产工法1.前言1.前言近年来，随着我国交通运输的飞速发展，高速铁路建设项目越来越多，标准和要求也越来越高。铁路总公司于2014年发布关于深化铁路建设项目标准化管理的指导意见，对铁路建设管理制度标准化、人员配备标准化、现场管理标准化、过程控制标准化提出具体要求。小型混凝土预制构件作为铁路建设的附属工程，其生产加工也越来越得到重视，建设单位对铁路预制构件的外观尺寸、内在质量、装配精度、施工效率等要求也越来越高，小型预制构件的施工质量是施工单位技术水平的有力体现。中铁三局集团有限公司在鲁南高铁项目小型预制构件生产中，贯彻响应铁

2、总项目标准化建设管理要求，依托自身具备混凝土生产能力的优势，建立专门的生产厂房，打造了一条小型预制构件自动化流水生产线，施工过程中辅以“生产信息及质量追溯管理平台”的应用，确保了小型预制构件生产质量，同时通过信息化技术和实用工装的开发，减少了人员投入和材料浪费，加快了施工进度，同时实现了小型预制构件工厂化生产、机械化加工、专业化管理、信息化指导，打造形成自动化程度高的标准化预制构件厂样板工程。为了将本技术在工程建设中推广应用，特总结形成工法。2.工法特点2.工法特点2.1 小型预制构件厂内的工作区域按照模块进行合理分区和布置，按照生产流程建立流水化施工作业，极大程度上提高生产效率，降低施工成本

3、。2.2 引进应用全自动数控调直切断机、数控弯箍机、网片点焊机，开发设计多功能钢筋定位焊接工装台，实现小型预制件钢筋全过程机械化加工，提高了加工效率，减少了人员投入和材料浪费，确保加工精度。2.3 采用全套PC构件生产线，实现小型预制构件从混凝土布料浇筑、振捣、模台运转、预养、表面拉毛、蒸汽养生全过程流水线生产，生产过程全由系统和设备自动控制，施工效率高，基本无劳力投入，施工质量非常好。2.4 研制了多项简单实用的钢筋入模保护层定位工装、小型预制件脱模工装、预制件喷淋养护工装，简化了操作工序，减少了人力投入，且保证施工质量。2.5 开发一套“生产信息及质量追溯管理系统”，应用物联网、云计算等信

4、息化技术对小型预制构件生产进行智能管理，实现原材信息、生产进度、养护周期、成品管理等数据实时监控，同时利用RDID芯片可对预制件进行全寿命周期的质量追溯，在提高管理工作效率的前提下有效保证施工质量。3.3.适用范围适用范围本工法适用标准化程度高的高速铁路小型预制构件加工生产，同时对于其他铁路、公路、市政工程的小型预制构件生产具有一定指导意义。4.4.工艺原理工艺原理4.14.1 厂区合理划分厂区合理划分鲁南项目小型预制构件厂区根据功能需求，划分为原材存放区、钢筋下料区、半成品存放区、钢筋加工区、钢筋成品存放区、模具存放区、钢筋入模区、混凝土浇筑振捣区、蒸养区、脱模区、喷淋养护区、成品存放区等十

5、二个功能区（见图4.1-1、图4.1-2），分区面积和线路设置合理，保证预制构件流水化施工生产，提高施工效率。图图4.1-14.1-1 原材存放区原材存放区图图4.1-24.1-2 混凝土浇筑区混凝土浇筑区4.24.2 机械化、自动化工装设备应用机械化、自动化工装设备应用4.2.1 钢筋机械加工预制构件厂引进全自动数控调直切断机、数控弯箍机及全自动钢筋网片点焊机（见图4.2.1-1、图4.2.1-2），具有操作简单、安全、快捷的优势，既降低人工消耗，又提高施工效率。通过机械化加工和焊接的钢筋网片是人工加工的510倍。受自动钢筋网片点焊机的加工位置限制，无法焊接遮板、栅栏钢筋，项目开发设计了多功

6、能除烟型钢筋定位焊接工装台（见图4.2.1-3），该装置具有钢筋定位、照明、焊烟收集、焊渣收集等功能，在提高钢筋焊接精度的同时兼顾作业人员的健康保护。图图4.2.1-14.2.1-1 数控弯箍机数控弯箍机图图4.2.1-24.2.1-2 钢筋网片点焊机钢筋网片点焊机图图4.2.1-34.2.1-3 多功能除烟型钢筋定位焊接工装台多功能除烟型钢筋定位焊接工装台4.2.2 混凝土构件自动化生产线混凝土浇筑区采用PC构件自动化生产线，包括混凝土布料机、全自动流转模台、模台横移车、导向轮、驱动轮、预养护窑、拉毛机、蒸养窑，采用工业以太网和分布控制方式，设备信息实时交互，操作安全可靠，大幅减少人工投入，

7、施工效率高，操作便捷。1 流转模台：用于流转模具和浇筑好的预制件在流水线上流转，布料机位置下的模台具备变频震动功能（见图4.2.2-1）。2 驱动轮、模台横移车：用以驱动模台在流水线上移动（见图4.2.2-2）。图图4.2.2-14.2.2-1 流转模台流转模台图图4.2.2-24.2.2-2 驱动轮及模台横移车驱动轮及模台横移车2 驱动轮、模台横移车：用以驱动模台在流水线上移动（见图4.2.2-2）。3 布料机：通过提升料斗将预拌混凝土送入布料机内，由专业操作人员通过无线遥控器控制布料机X、Y轴移动来对布料机下面模台上摆放好的模具进行布料。布料机通过匀料、拨料和八个单独控制的卸料门来控制布料

8、速度，保证布料精度和减少材料浪费（见图4.2.2-3）。4 预养护窑：通过控制预养通道内的温度，使刚刚浇筑、振捣完毕的混凝土构件在有加温的条件下迅速达到初凝的状态，便于后面工序（抹光或拉毛）的作业（见图4.2.2-4）。图图4.2.2-34.2.2-3 混凝土布料机混凝土布料机图图4.2.2-44.2.2-4 混凝土构件进入预养护窑混凝土构件进入预养护窑5 拉毛机：从预养护窑出来的预制件如有表面拉毛需要，则可启动拉毛机对其进行拉毛处理（见图4.2.2-5）。6 立体养护窑（蒸汽）：从预养护窑出来的预制件通过模台输送到立体养护窑内进行蒸汽养护。24个多层叠式设计满足批量生产需要，每列养护室可实现

9、独立精准的湿温度控制，并确保温度上下均匀；加热采用天然气能源驱动蒸汽锅炉为立体养护窑供应蒸汽（见图4.2.2-6）。图图4.2.2-54.2.2-5 拉毛机拉毛机图图4.2.2-64.2.2-6 蒸汽养护窑蒸汽养护窑4.2.3 实用工装1 预制构件钢筋保护层较薄，用混凝土垫块控制保护层几乎不可能，利用传统方法浇筑混凝土后容易造成钢筋移位，使保护层厚度满足不了要求，影响构件质量。开发研制了各类预制构件钢筋定位工装（见图4.2.3-1、图4.2.3-2），工装尺寸按照模具内尺寸加工，四角以设有手柄的活动卡位固定钢筋网片，解决了在浇筑混凝土时钢筋移位的现象，避免了露筋、保护层厚度不达标的质量缺陷。2

10、 针对六棱块等预制件脱模难易破坏的情况，研制简易脱模工装（见图4.2.3-3），提高脱模效率同时保证构件质量。图图4.2.3-14.2.3-1 栏杆保护层定位工装栏杆保护层定位工装图图4.2.3-24.2.3-2 盖板保护层定位工装盖板保护层定位工装图图4.2.3-34.2.3-3 六棱块脱模工装六棱块脱模工装3 自制程控移动喷淋装置（见图4.2.3-4），对预制构件进行自动喷淋养护，该装置利用时间继电器设置可定时进行喷淋养生，且可按照规划路线自动匀速移动，其喷淋效果可达到无死角覆盖整个喷淋养护区域，喷淋养护阶段的预制件以土工布进行覆盖提高保湿效果。图图4.2.3-44.2.3-4 自动喷淋设

11、备自动喷淋设备4.34.3 生产信息及质量追溯管理系统开发生产信息及质量追溯管理系统开发基于物联网、云计算、大数据等信息化技术，自行设计开发一套生产信息及质量追溯管理系统，实现原材料库存及消耗、生产进度、预制件养生时长及日产量、成品库存等生产数据的存储、监测、计算、分析全寿命周期集成管理。通过BI可视化系统将前端数据实时展示给管理人员，构件内部嵌入芯片，可随时扫描追溯构件生产信息，为工序质量管理和质量追溯提供可靠依据，提高管理工作效率和责任人员质量意识。4.3.1 信息收集和录入根据小型预制构件厂的生产工艺流程和质量控制的关键环节确定数据的采集类型，目前主要收集的数据有原材料库存管理（含检验批

12、数据）、与图纸设计量比对的生产进度数据、不同时间计算周期的混凝土浇筑量数据、养护周期管理数据、成品库存管理数据、环境实时监测数据、高清数字监控以及动态人脸识别系统等。生产数据通过进料台账、检验台账、出入库单据在信息系统中通过“一键提交”即可实现录入，工作量小；高清数字监控和动态人脸识别系统的数据通过以太网传输实现自动采集录入。4.3.2 数据分析通过信息化管理系统预设好的逻辑算法，将已提交的数据进行自动分析和汇总，主要分析的数据有：原材料库存数据收支存分析、检验批消耗数量核减、设计产量的进度分析、月产量及峰谷值、开累产量及峰谷值等等。根据管理需求将生产信息以曲线图、直方图、高亮显示、数字标注等

13、形式直观地显示在各个功能界面上，供管理人员分析参考（见图4.3.2）。图图4.3.24.3.2 生产数据分析生产数据分析4.3.3 人员管理通过现场管理人员和作业人员的动态人脸识别打卡数据和预设好的人员信息，可以显示出每天人员的上岗状态、当前各个岗位人员的配置结构以及人员的相关信息（见图4.3.3）。4.3.4 工序管理和质量追溯（见图4.3.4）图图4.3.34.3.3 人员管理人员管理图图4.3.44.3.4 质量管理信息质量管理信息1 通过现场施工生产环境监测系统监测当前的生产环境，根据精准显示的生产环境科学合理选择和调整施工方案。2 通过混凝土浇筑量模块数据显可分析设定区间内的产能指标

14、，从而判断预制厂的生产效率，并根据实际情况作出响应。3 为了实现生产批次的质量追溯，按照批次数量在预制构件上粘贴RDID芯片，将使用的原材批次、原材生产厂家、预制件生产批次、主要负责人、出厂日期等信息写入芯片，在检查的时候只需要将扫码枪对准芯片扫描，即可实现相关追溯数据的读取。4 采用数字高清监控对生产区域进行图像采集，对生产工艺环节全程监控和记录。5.5.施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.15.1施工工艺流程施工工艺流程小型预制件标准化施工工艺流程如下：原材料进场检验钢筋下料加工制作钢筋网片（骨架）钢筋入模定位混凝土布料蒸汽养护脱模喷淋养护成品存放成品出库。5.25.2 关键工

15、序施工工艺及操作要点关键工序施工工艺及操作要点5.2.1 钢筋原材进场检验1 钢筋进场前，要求供应商提前报拟进场时间、规格、数量、生产场家，以便安排人员进行验收。2 钢筋进场时，要求供应商必须出具产品合格证原件。3 在检验产品合格证、备案证、生产许可证齐全后，进行外观检查，要求进场钢筋凡在车上有堆积成垛的必须全部卸车检验，并采取打捆抽检方法，外观检查内容：钢筋表面有无产品标识（钢筋强度等级、场家名称缩写、符号、钢筋规格），标识是否准确规范；钢筋外观有无颜色异常、锈蚀严重、规格实测超标、表面裂纹、重皮等。4 外观检验合格、证件符合要求、标识准确后，取样员现场按规定取样，取样完成后送至试验室进行复

16、试。5 对钢材进场，必须指定专人负责，要指导检验工作到位。同时，要实行进场钢材一批一单制度，要单独对钢材进场形成单独记录。5.2.2 钢筋下料加工1 钢筋下料需根据构件尺寸、混凝土保护层厚度、钢筋弯曲调整值和弯钩增加长度等规定综合考虑，下料均采用数控调直弯箍机，因此在进行加工前需要认真审核图纸，将正确的加工数据输入到钢筋弯箍机的程序中（见图5.2.2-1）。图图5.2.2-15.2.2-1 钢筋下料钢筋下料2 钢筋网片焊接采用钢筋网片自动排焊机，操作过程中需总结经验，调整好焊接电流，避免虚焊（见图5.2.2-2）。图图5.2.2-25.2.2-2 钢筋网片自动排焊机钢筋网片自动排焊机3 遮板、

17、栏杆钢筋受自动化设备加工位置限制，无法采用自动排焊机，需采用除烟型钢筋焊接台进行加工（见图5.2.2-3），需要注意的是必须采用二氧化碳气体保护焊进行焊接。4 钢筋半成品、成品加工完成后，存放在对应功能区内，按照不同的规格型号分开堆放，并且标识清楚。图图5.2.2-35.2.2-3 栏杆钢筋焊接栏杆钢筋焊接5.2.3 钢筋入模定位搬运预制构件模具按固定间距摆放至待浇区的流转模台上，将制作好的构件钢筋成品放入模内，入模时采用特制的钢筋定位工装进行位置控制，解决露筋、保护层厚度不足的问题（见图5.2.3）。图图5.2.35.2.3 钢筋入模定位钢筋入模定位5.2.4 混凝土浇筑混凝土浇筑区采用了目

18、前预制件生产行业领先的PC构件自动化生产线，采用自动布料机进行混凝土浇筑。布料机操作人员必须经过厂家培训合格后才能上岗操作，操作布料机进行布料时应注意下料速度和布料小车的移动速度控制，避免混凝土下料过多溢出模具造成浪费，或过少出现断续添加现象，导致后添加部分混凝土振动时间不足出现气泡（见图5.2.4）。混凝土浇筑过程中，在构件内植入RDID芯片，用于后续质量追溯。混凝土浇筑完成后，采用模台进行预制构件自动振捣，控制好振捣时间和频率，确保预制构件生产质量。图图5.2.45.2.4 混凝土自动布料混凝土自动布料5.2.5 蒸汽养护温度较低时，预制构件混凝土浇筑振捣完成后，采用流动模台和驱动设备将其

19、运经预养窑和拉毛机后转至蒸养窑内进行蒸汽养护，过程中严格监测和控制养护温度和养护时间，确保成品质量，蒸养时间不少于8h。5.2.6 预制件脱模预制件脱模是生产工序的重要环节，很多外观缺陷都是在脱模阶段造成的。通过总结以往的生产加工经验，研究开发了简易脱模工装，在脱模时需要正确将模具放置在脱模工装上，启动电源，待预制件从模具脱出即可进行码放。5.2.7 预制构件喷淋养护预制件脱模后运至养护区分类堆码洒水养护，养护采用自动移动喷淋养护设施（见图5.2.7），其喷淋效果应达到无死角覆盖整个喷淋养护区域，喷淋养护阶段的预制件以土工布进行覆盖提高保湿效果。养护以保持混凝土面湿润为宜，养护期为14天。图图

20、5.2.75.2.7 喷淋养护喷淋养护5.2.8 成品存放1 养护到期后，在存放过程中应注意对成品的保护，防止磕碰。首先堆放场地要求平整夯实用细砂铺垫其次应具备足够的堆放能力确保能够存放。2 成品入库环节需重点做好成品保护，六棱块的存放采取托盘打包（见图5.2.8-1），遮板、栏片等较大构件或不规则构件采用堆叠存放，支点采用木块支垫且上下一致（见图5.2.8-2）。图图5.2.8-15.2.8-1 托盘打包托盘打包图图5.2.8-25.2.8-2 成品存放成品存放5.2.9 生产信息系统数据录入在原材进场验收、混凝土浇筑、预制件养护及成品存放等各个环节，要将对应信息在“生产信息化平台”进入录入

21、，经系统自动计算和数据分析，为预制件生产过程进行全寿命智能管理，同时为后期质量追溯提供依据，确保预制件施工效率和质量。5.35.3 其他操作要点其他操作要点5.3.1 钢筋在贮存过程中应上盖下垫，防止锈蚀、污染和变形。钢筋原材堆放按照不同的规格存放，钢筋贮存在距地面不小于0.3m的平台、垫木或其他支承上，并应使其不受机械损伤及由于暴露于大气而产生锈蚀和表面破损。现场应设置材料标识牌，钢筋按规格分类堆码整齐，按其检验状态与结果、使用部位等进行标识。5.3.2 施工队必须配备1名专职安全员，且上岗前必须进行培训。5.3.3 各机械操作手及施工人员不得带病、带伤、疲劳作业。5.3.4 所有施工设施都

22、应符合国家环保标准，对污染严重的设备不投入使用。在施工过程中产生的废料应集中堆放，统一清理，严禁乱倒、乱堆放，防止废气、废料造成污染，生活垃圾及废料及时清除，做到已完料尽场地清。5.3.5施工现场须有良好的排水排污系统。6.6.材料与设备材料与设备小型预制构件加工需要的主要材料见表6-1，主要机具设备见表6-2。表表6-16-1 主要材料一览表主要材料一览表序号材 料 名 称规格主要技术指标1盘圆钢（Q235B）4.5mmHPB3002盘圆钢（Q235B）6mmHPB3003盘圆钢（Q235B）8mmHPB3004盘圆钢（Q235B）10mmHPB3005带肋螺纹钢14mmHRB4006带肋螺

23、纹钢18mmHRB4007盘螺钢12mmHRB4008盘螺钢10mmHRB400表表6-26-2 主要机械设备配置表主要机械设备配置表序号设备名称规格型号数量1PC 构件生产线1条2数控钢筋弯箍机2台3钢筋调直切断机1台4钢筋网片对焊机2台5二氧化碳保护焊2台6除烟型钢筋定位焊台2台7钢模具打磨机5个8空压机0.8m31台9气动扳手2个10桁吊3T3架11桁吊5T1架7.7.质量控制质量控制7.1 预制构件的质量必须从源头抓起，符合公路路基施工技术规范（JTG/T3610）和公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1）的规定要求。7.2 生产过程中采用工序交接检验表对工序质量进行控制，纸质资

24、料同时存档。7.3 采用工字钢制作钢筋存放工装，避免钢筋存放过程中产生锈蚀。7.4 严格审查钢筋图纸，将钢筋的加工尺寸正确输入数控钢筋弯箍机。7.5 布料结束后，开启模台震动，应选择逐渐加强震动，震动时间不得少于两个自动周期，避免脱模后出现蜂窝麻面现象。7.6 进入养护阶段后，根据气温条件合理选择养护模式（蒸汽或喷淋），严格控制蒸汽温度或喷淋次数（时间）。7.7 脱模时需注意控制破损率，对作业人员进行破损率经济制约，超过规定破损率将给予一定罚款。7.8 成品入库环节需重点做好成品保护，六棱块的存放采取托盘打包，遮板、栏片等较大构件或不规则构件采用堆叠存放，支点采用木块支垫且上下一致。8.8.安

25、全措施安全措施8.1 建立完善的施工作业安全管理制度，加强施工过程中的安全检查和控制，确保作业标准化、规范化。8.2 作业人员必须经过培训考核合格才能上岗，特种作业人员必须由取得特种作业操作证书。8.3 坚持厂长班前讲话制度，对施工生产中容易发生安全问题的环节进行强调，规范作业人员的作业行为，推进安全生产。8.4 科学接电、用电，所有用电设备、电器必须实行两级配电三级保护，并且可靠接地。8.5 施工前有技术人员对施工作业人员进行施工安全技术交底。8.6 作业人员在作业时必须做好劳动保护措施。8.7 配电柜要配锁，并保证随手锁门，以避免无关人员使用预制场专用配电设置。8.8 每班工作结束离开预制

26、场前，必须关闭各用电设备的电源，最后关闭总电源。8.9 脱模剂存放区和喷涂区必须远离火源、附近设备设置防爆开关，同时配备足够数量的灭火器。9.9.环保措施环保措施9.1 严格遵守建筑施工场界噪音限值和工业企业噪声卫生标准的有关规定，减少噪音污染对周围人员正常工作休息的影响，白天噪声不大于 70dB，夜间噪声不大于 55dB。工作人员实行轮流操作机械，并配备耳塞。9.2 加强机械设备的维修和养护，保证机械设备的正常运转。降低机械噪音。机械运输设备在居民区行驶减速慢行，不鸣喇叭。9.3 采用除烟型钢筋焊接定位工装，为作业人员健康提供保障。9.4 适当控制机械布置密度，条件允许时拉开一定距离，避免机

27、械集中形成噪音叠加。9.5 厂内采用地坪漆涂刷地面，每工作日安排人员进行清洁，避免厂内扬尘。9.6 模具清洗区设置沉淀池，施工污水经过沉淀合格后有组织地排放到下水管道。9.7 脱模剂存放区地面进行防渗处理。使用时采取防止脱模剂跑、冒、滴、漏措施。1 10 0.效益分析效益分析10.110.1 经济效益经济效益本工法在小型预制构件施工生产中，钢筋加工采用全自动机械工装，混凝土浇筑采用目前预制件生产行业领先的 PC 构件生产线，自动化、流水线生产使得各项工序紧密衔接，减少了工序间隔时间，大大提高了生产效率，同时可减少人员投入和材料浪费。通过“生产信息化平台”的应用可对施工过程全程监控，从长远来看，

28、新工艺的应用对预制构件的生产成本、质量稳定性控制都起到了积极的作用，具有显著经济效益。10.210.2 社会效益社会效益本工法通过对钢筋机械化加工设备、PC 构件自动化生产线、全寿命周期的生产信息及质量追溯管理系统的应用，确保小型预制构件施工质量，形成一套完备的小型预制构件标准化施工技术，实现了小型预制构件工厂化生产、机械化加工、专业化管理、信息化指导，响应铁路总公司项目标准化管理建设要求，迎接多次内外部观摩会议，受到了建设单位、监理单位一致好评，社会效益显著。10.310.3 环保节能效益环保节能效益本工法在小型预制构件钢筋加工中采用多种机械工装，通过数控系统钢筋下料准确减少了材料浪费，钢筋

29、焊烟经加工台集中收集避免对环境污染；小型预制构件采用自动喷淋养护减少对水资源浪费，环保效果良好。1 11 1.应用实例应用实例中铁三局鲁南高铁 QHTJ-1 标陵城预制构件厂位于曲阜市陵城镇，于 2019 年 4 月开始建设，2019年 6 月全面投产，总占地面积一万六千平方米，负责鲁南高铁菏泽至曲阜段 1 标小型预制构件生产任务，构件种类包括六棱块、防护栏杆、盖板、遮板等，所需混凝土总浇筑量为 20900m3，共需钢材 2763t。中铁三局在预制件厂建设之初，积极贯彻落实铁总及建指各项“标准化”管理要求，以管理制度标准化、人员配备标准化、现场管理标准化、过程控制标准化“四化”建设为基础，以“

30、工厂化、专业化、机械化、信息化”为支撑，按照“机械化换人、自动化减人、信息化替人”的思路，充分发挥专业化生产单位优势，努力打造自动化程度高的标准化预制构件厂样板工程。施工过程中总结开发了一套基于信息化管理的小型预制构件标准化流水线施工技术，通过钢筋数控加工设备、混凝土 PC 构件流水生产线、钢筋定位及脱模工装、自动喷淋养护等多项技术的应用，有效提高施工工效，减少人力投入和材料浪费，预制件生产可实现全天候生产，确保预制构件施工质量；利用自行开发的生产信息及质量追溯管理平台，使产品质量的稳定性得到可靠保障。经过在本项目应用，成套工艺已成熟，基于工厂化、机械化、专业化、信息化的管理需求和绿色工程建设理念，该技术具有广阔的应用前景。