装配式建筑|基于装配式建筑的中央控制系统与自动化生产线的研究

发布时间: 2022-09-04 13:25:40 来源:88娱2官网手机登录App 作者:88娱2官网手机登录链接

  通过针对中央控制系统与自动化生产线技术的分析优化,将装配式建筑部品部件的生产制造与现场安装阶段进行有机结合与统一。再经应用对比分析,优化自动化生产线布置方案,构造出一种在生产、施工阶段以BIM系统、中央控制系统、RFID系统有机结合的技术手段,用以探索更为高效的生产、施工方法,改进传统生产制造工艺,实现了设计、生产与高效安装的有效融合。同时对新技术带来的经济效益作了相应的分析,通过实际应用展望了装配式建筑在中央控制系统和自动化技术下部品部件生产流程与施工安装在住宅产业化中的发展前景。

  随着科学技术和人民物质生活的快速发展,建筑行业也同时发生了翻天覆地的变化[1]。装配式行业应运而生,装配式技术是通过将建筑分为多个装配模块进行生产施工,具有高效的生产安装性能[2]、优质的节能保温性、良好的抗渗防水性、可靠的结构安全性、绿色低碳环保的维护性[3]、施工工期短、节省劳动力及质量有保障等优点,已逐渐得到越来越广泛的应用,受到更多人的关注和认可[4]。与此同时,建筑行业也正在进行深化改革,装配式技术近几年在国内得到了大力推广,但是其生产制造与现场施工安装过程中存在着生产工法不统一,监管不严,构件质量控制不细等问题,极易产生构件质量存在隐患[5],同时有经验的管理人才缺失,建筑人员交底不到位等现象均制约着装配式技术的快速发展[6]。

  随着经济全球化导致的竞争日益激烈,现阶段建筑行业面临的压力越来越大,3C(竞争、变化、客户)方面的因素日趋火爆,导致竞争、环境技术、客户需求多元化发展[7]。在各级政府与管理部门的全力支持下,越来越多的传统普通建筑企业转型为装配式建筑企业,纷纷开始建设拥有更加实用性、创新性的全产业链装配式生产基地,此发展历程为装配式建筑企业发展的重点,将直接影响着企业的竞争力。

  装配式建筑的部品部件生产车间作为构件制造生产企业的物化中心,装配式部品部件最终要通过生产车间制造出来,部品部件的生产管理和资源流程的控制水平决定企业的实际生产能力[8]。所以,提高生产效率,升级生产工艺的管理水平,简化操控信息传递层级,更新信息传递技术,是优化建筑部品部件生产单位核心竞争力的关键因素[9-10]。

  如图1所示,针对装配式构件生产的中央控制系统,为实现企业上层计划管理和下层制造过程的集成,达到物流和信息流统一,采用作业计划方法和作业调度策略,实现优化车间的生产管理流程。

  此项针对装配式构件生产的中央控制系统技术,主要适用于装配式剪力墙体系、框架结构体系、框架-剪力墙结构体系中的各种装配式部品部件的生产过程中,建筑工程适用装配式建筑领域、政府保障性房屋、棚户区改造性房屋、商业性房屋、公共建筑等。

  如图1所示,基于中央控制系统的装配式建筑部品部件的自动化生产线主要拥有以下工艺原理。

  中央控制流水原理:通过模拟分析生产流程中各工艺所需的人工作业量、机械设备生产效率、每工序的所需工位个数、生产流程中人员的操作熟练度等,通过中央控制系统完成各个工序流程之间的联合操控。与此同时,随着外部其他客观条件的变化,调整生产线的流水节拍与节拍所用的时间参数,并同时增减操作工序、工位的个数、增强工人操作熟练度的方法来达到控制生产线节拍的目的。

  构件追溯原理:如图2所示,基于中央动态控制系统,将部品部件的深化设计、构件生产、储存运输、售后服务等过程的操控管理功能集结合一。通过应用BIM系统对生产线进行全生命周期管控,实现设备使用管理透明化;使用自动化钢筋生产线和混凝土自动化生产线的对接,指挥人员不用亲临生产现场就可以对各自动化生产线进行指挥控制。基于RFID动态跟踪系统,对养护系统的物流运行情况分析了时间参数,制定出了实际生产时间方案。针对部品生产基地的各自动化生产线进行严格的实时监控,保证整体结构安装质量,提高安全程度。

  如图3所示,以山东海龙装配式建筑生产基地为例,探究基于中央控制系统与自动化生产线的部品部件生产车间。厂房集中设置,分为东、西2个区,两个区中部由15m的运输通道隔开:东区为5条24m×245m综合生产线线为叠合板、内墙板自动化生产线线线为外墙板、阳台(挂)板自动化生产线线为飘窗、楼梯自动化生产线线为阳台(挂)板、PCF板、异形构件自动化生产线,在东区外侧设置搅拌站自动化生产线m大面积的成品堆放区。

  通过结合现阶段的装配式部品部件市场,现阶段装配式内墙(板)、叠合板的生产标准化程度极高;阳台(挂)板、楼梯的生产标准化程度次之;而装配式预制外墙(板)多为夹心墙板或PCF板,其生产工艺复杂,所以生产工艺多使用柔性生产线(半自动生产线)配合固定模台进行生产。

  如图4所示,部品部件的自动化生产线主要为环形流水固定节拍自动化生产,采用高精度、高强度的矩形钢模台及模具,通过驱动轮对模台产生动力,操控摆渡车进行横向摆动,最终形成闭合环线。作业内容为:生产预制内/外墙板、叠合板及构件养护作业。经生产线加工成构件成品,运送至产品堆放区或者成品出货区,流转的空模台重新返回模台清理位置,模具拆下后返回模具缓存区经过清理等待再次使用。

  与此同时,在固定模具的环形流水节拍生产线的基础上借鉴柔性生产线工作原理,对浇筑混凝土后的养护工位至完成拆模的清扫整理工位使用固定流水节拍的自动流水,而其他工位通过中央控制系统的转运车、布料车进行运输、转运、摆渡,使得其与自动化生产线之间形成一体化流水作业。作业内容:叠合板、框架柱/梁、飘窗、阳台(挂)板、PCF板剪力墙构件等的生产及构件的养护作业。

  3.2.1信息化技术与设计、生产高度融合在构件的整个生产过程中,通过优化设计,在构件的深化拆分、运输、生产、吊装(三维识别控制吊点)过程中以深化设计准则作为依据,将后期可能出现的问题进行前置分析,在设计规划阶段进行预测并模拟分析,通过将结构的BIM模型数据直接接力进入自动化生产系统平台,通过数值模拟建模的信息直接导入中央控制系统,从而操控构件生产设备模具系统、混凝土自动化下料系统、自动化钢筋机械加工系统等。通过搅拌站自动化浇筑混凝土的云计算与智能化浇筑,达到无纸化信息传输,避免通过传递信息过程中可能出现的人为录入带来的隐患,提高了生产效率。生产完成后通过中央控制系统将数据直接传给RFID追溯系统,同时集成BIM应用系统自动化生产线,使得设计、生产、物流、维护一体化,助力建筑产业升级。

  实时监控:如图5所示,通过中央控制室与自动化生产线技术通过将企业预算设计的高层管理计划意图与终端的生产流程进行了集合,达到了构件运输物流与信息流的有机统一。以创新的规划设计理念,整体规划,车间设施布置灵活,促进各生产线的协同工作。在对车间生产管理流程以及先进的生产管理理念等进行深入研究的基础上,通过中央控制系统与预制构件自动化生产线以及混凝土自动化生产线的对接,指挥人员不用亲临生产现场就可以对各自动化生产线进行指挥控制。

  提高质量,节约材料:如图6所示,在进行配料、搅拌、制品完成后,基于中央控制系统通过混凝土运输系统将搅拌站生产出来的混凝土进行存放输送(通过特定轨道上的小车行走式布料机运输)。布料机将从搅拌站输送来的混凝土,布送到生产线上需要浇筑的构件模具中,从而得到设计所需要的混凝土预制件。通过自动化配料系统进行操控,使得粉料罐、搅拌站主机进行除尘,废料、废水、废浆、可回收利用,实现了“零”排放。

  远程管控灵活:如图7所示,中央控制系统具有远程操控、视频监督、安全预警、流水节拍控制等多项功能,对生产单位的整个车间进行协调操控,对现阶段的生产动态一览无遗,是整个自动化生产线的大脑中枢。其可通过信息传输的方式向各独立的运行系统发生命令,远程操控各系统、设施的工作状态,对存在生产问题与安全隐患的生产节拍产生预警,对发生故障节拍进行实时报警、故障诊断、已经进行必要的实时反馈处理。

  环形流水固定节拍生产线和柔性生产线主要按照模台大小设置工序的作业时间,其流水节拍的设计主要针对摸具清扫、模具标线、模具的边缘拼装、钢筋下料、预埋件安装、落砼、混凝土抹面、拉毛等工艺的操作时间,其他辅助工序的节拍不考虑,但要分析季节性用蒸汽、电等能源的效益最优化。

  如图8所示,通过中央控制系统对钢筋自动化生产线进行实时调控,将钢筋按照操作人员输入的图形加工成指定的样式并批量生产。与此同时,通过钢筋切断机、柔性焊网机、全自动弯曲机、钢筋调直机、自动化焊接钢筋金属网片技术等,利用伺服系统精准控制和电极碰撞实现焊接,可大批量高效率的满足生产需求。

  兼容性好:可与多种新型技术如BIM技术、RFID技术、VR技术等与中央控制室与自动化生产线进行融合更新,使其不断完善丰富,做到与时俱进,不断创新。与此同时,基于动态跟踪系统,对养护系统的物流运行情况分析了时间参数,制定出了实际生产时间方案,提升构件生产效率,从而提高产品竞争力。

  如图9所示,在生产、质检、存放、运输、施工安装等各个阶段,通过RFID信息化管理系统贯穿全过程的质量管理。由于建设项目是复杂的系统,生产施工现场更是处于不断变化的动态过程,而结合RFID技术对施工现场信息的收集、处理,可视化呈现建设项目的安全状态。

  通过引入RFID系统与BIM技术和中央控制系统对构件生产施工进行追溯,可针对构件现处于的状态进行管理,以及针对现状安全管理现状与事故发生机理进行预警,通过中央控制系统构造模型,进行多维度的安全分析与实时监控。可运用信息处理技术对建设项目进行安全评估模型的时效性,实时监控并针对安全事项及时提出相关建议。在生产、入库、出库、运输、进场、安装、验收的每一个环节都要做到信息的透明化和各阶段信息的准确性,从而保证工程的进度和质量。

  如图10所示,济宁八里庙旧村改造项目作为大型装配式建筑项目,通过此生产施工方法所生产的构件应用于此,在施工过程中,项目采用高标准构建安全、文明、绿色工地:对建筑垃圾、降水水源二次利用,投入采用可周转式铝模、定型化防护,多项举措并举减少施工扬尘、噪音等污染,实现节能、节水、节材、节地等环保理念,以干式作业迭代湿式作业,颠覆了建筑业近百年的历史。与传统施工相比较,济宁八里庙旧村改造项目建筑时间减少30%,搭建的脚手架减少70%,产生的水耗减少60%,噪音减少80%,建筑垃圾减少80%,建筑浪费减少20%。

  通过有效地综合创新协调,大量地提升了工艺的生产效率与质量,极大地降低了时间成本。与此同时,在对生产部门的管控理念进行深入的研究基础上,通过对现阶段装配式建筑部品部件生产过程的发展状态,以及针对不同预制构件的标准化生产程度进行研究。

  可得现阶段装配式内墙(板)、叠合板的生产标准化程度极高,便于共模生产,生产施工工艺简单,主要生产流程为自动化生产;阳台(挂)板、楼梯的生产标准化程度相对较高,多采用成组立模工艺,且生产技术相比前者较为复杂;而装配式预制外墙(板)多为夹心墙板或PCF板,其生产工艺更加复杂,存在内叶板、外叶板等不同材料构成,且尺寸通常被设计为非标构件或异性构件,其生产工艺多使用柔性生产线(半自动生产线 社会效益

  结合现阶段装配式部品部件生产厂家,其内墙板与叠合板的生产工艺更多使用融合滑(动)模(台)工艺与(固)定模(台)工艺(综合自动化生产线与柔性生产线的生产流程),使得生产流程与方案更加简洁有效,便于构件的精度操控。建设过程中的高水平施工技术可以降低工程成本、缩短工期,同时还可以提高工程质量、降低安全隐患等。对解决现有产品生产、施工质量存在问题有大幅帮助,对提升装配式建筑形象、缩短装配式建筑的生产及施工工期具有重要经济和社会意义。

  通过采用先进的预制构件的生产线,整合并应用中央控制系统、自动化生产线技术和RFID技术,以及将工业机器人运用到钢筋搬运码放、叠合板拉毛、模台清洁中,意图为后续装配式建筑产业基地的建设积累起宝贵经验,并起到积极的模范带头和推动作用。通过新型信息传输技术与远程控制通信系统的操纵,在中央控制系统集中操控各个生产线的生产,控制各个生产流水节拍的运行,促进各生产线的协同工作。从而达到创新设计理念与规划,车间设施布置灵活,提高生产效率的目的。

  此技术的发展,有利于推动实现“居住环境的智能化”,通过创新的规划设计理念,整体规划,一体建设,车间设施布置灵活,促进各生产线的协同工作。每条使用自动化生产线的设施,在混凝土生产线、自动化钢筋线与预制构件自动运输线内使用自动化生产线系统取代了传统人为操作系统,通过此项科技智能的参数设置,完成部品部件从“制造”转化为“智造”的过程,以此来提高生产效率与质量。通过此项应用的研究,可作为建设节能减排型、资源节约型、生态环保型美丽中国的举措,对加快新型智慧城市的建设具有多重维度的借鉴意义。