自動化鋼筋加工生產線在港珠澳大橋沉管預制中的運用

楊紹斌，張洪

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

0 引言

近年來，伴隨著我國經濟和基礎建設的迅速發(fā)展，大型工程乃至超級工程也越來越多地涌現出來。提高建筑工業(yè)化水平和施工水平漸漸成為現代建筑工程的目標之一，而現行鋼筋混凝土工程的三個施工要素（鋼筋、模板和混凝土）中，專業(yè)化模板和商品化混凝土配送技術發(fā)展很快，而鋼筋加工部分發(fā)展卻很慢。目前我國施工中鋼筋加工生產多數仍然采用傳統(tǒng)的手工為主的加工方式，勞動強度大、加工質量不穩(wěn)定、加工效率低、材料浪費大、成本難以控制、安全隱患多等問題[1]，一直是困擾施工企業(yè)的一個難題，不管是從生產上還是管理上，所帶來的弊端越來越突出，鋼筋加工的變革創(chuàng)新是必然的趨勢[2]。本文主要以正在建設的港珠澳大橋工程為例，簡述鋼筋加工方案的確立和優(yōu)勢，重點探討我國未來大型工程鋼筋加工方式的演變，以及該種轉變對建筑行業(yè)的促進作用。

1 鋼筋加工方案研究

1.1 工程特點

港珠澳大橋標準管節(jié)長180 m，分成8個標準節(jié)段，每個節(jié)段長22.5 m，單節(jié)段鋼筋最大重量約1 000 t，鋼筋級別為HRB400?？v、橫向主筋設計采用規(guī)格如下：

單節(jié)段預制周期為7 d，單日鋼筋加工量達到150 t，廠內空間局限，鋼筋加工需采用較為集約化的方式。此外，加工方案還應考慮以下幾個特點：

1)根據設計圖紙所提供的鋼筋大樣圖，必須分析每種鋼筋規(guī)格對應的各種配料方式，也即在選用設備前需要對配料進行分析；

2)基于所用鋼筋直徑均較大，為降低損耗，采用了鋼廠定制非標定尺的鋼筋（主要是較大直徑鋼筋），該部分將考慮在加工量分析中；

3)半成品種類高達300余種之多，需做好設備的合理布置和加工順序研究，縮短不必要的工作停頓時間，以免影響作業(yè)工效；

4)需要適應工廠化施工理念，包括場地布置合理、工裝設備穩(wěn)定可靠、提高作業(yè)工效、降低勞動負荷等。

1.2 鋼筋加工量分析

1.2.1 分析方法

由于主要的鋼筋加工僅涉及到切斷、套絲、彎曲等三類方式，故鋼筋加工量的分析選用方法如下：首先根據鋼筋設計圖紙，統(tǒng)計出所有鋼筋的類別、數量及加工樣式，將之簡化為該三類加工方式對應的次數，再利用已有經驗和設備參數，計算出設備工效和對應人數。

1.2.2 數量統(tǒng)計

鋼筋的剪切、套絲、彎曲數量見表1～表3。

表1 剪（鋸）切鋼筋量統(tǒng)計（簡表）

表2 套絲數量統(tǒng)計 (簡表)

表3 彎曲數量統(tǒng)計 (簡表)

1.3 設備與配備人員匯總

根據以上分析，選用自動化設備和普通設備兩套方案進行比選，根據設備調研，取得各種設備對應的參數，取定各種加工方式對應的設備數量，將不同方案的設備與配備的人員數量匯總如表4所示。

1.4 比選評價

本比選方案基于經濟效果、規(guī)范要求、勞動強度、管理難度、環(huán)境影響等進行評價，列表如表5所示。

表4 鋼筋加工設備和人員配置數量統(tǒng)計表

表5 方案比選表

如表5比選，新型加工方案具有傳統(tǒng)方案無法比擬的優(yōu)勢，在超級工程——港珠澳大橋建設中毫無疑問列為首選方案。經過前期國內外考察研究，最終確定進口設備和國產設備共同互補原則，選定了兩家廠家，其中剪切生產線+主筋箍筋彎曲機采用進口設備，在加工精度和設備可靠性上擁有卓越表現，而鋸切生產線+套絲生產線采用國產設備，在成本上具有更大優(yōu)勢。

1.5 實測生產效率

港珠澳大橋沉管預制廠選用全自動鋼筋加工生產線，經過運用，充分發(fā)揮了其加工精度高、加工工效高和降低勞動強度的優(yōu)勢。其生產效率統(tǒng)計如下：

1）剪切生產線：以剪切箍筋和拉鉤筋為主，以 20 mm為主，平均效率為1次/min（含停頓時間），每次剪切10根，每日有效作業(yè)時間7 h（單班作業(yè)），則一周內生產的箍筋原材料根數為29 400根＞25 000根（需求量）。

根據以上現場實測數據和現場施工狀況，在滿足預制廠正常運轉的情況下，該套鋼筋加工全自動生產線尚具有1倍的富余系數，以應對各種特殊情況。

2 自動化鋼筋加工生產線在未來工程中的運用展望

2.1 新型加工方式展現項目管理的內在所需

現代項目管理越來越強調管理水平，無論從質量管控，還是從成本控制均提出更高要求，新型鋼筋加工方式具有降低工程成本、提高施工內部質量和提高建筑企業(yè)管理水平等優(yōu)勢，逐漸成為項目管理的內在所需。

2.1.1 降低工程成本

1）采用計算機控制生產管理系統(tǒng)和設備操作，降低人為操作的失誤幾率，降低損耗。

2）綜合優(yōu)化配料加工，鋼筋利用率高，最大限度地追求和實現“零損耗”目標，減少浪費。

3）使用自動化鋼筋加工設備可以大大降低人工費用，使每個工人的生產效率平均提高5～8倍。

4）采用自動化物流傳輸系統(tǒng)，降低工人勞動強度，提高物流效率。

2.1.2 提高施工質量

1）采用先進設備加工，鋼筋半成品尺寸偏差明顯優(yōu)于規(guī)范要求的標準，半成品自身美觀（見圖 1）。

2）鋼筋加工精度的提高，促進了鋼筋綁扎的精度控制，提高施工質量。

3）鋼筋加工標準化，促進了施工方法和施工工藝的改變和提高，增加了企業(yè)內部競爭力。

2.1.3 提高企業(yè)管理水平

圖1 鋼筋半成品照片

1）專業(yè)化鋼筋加工可以根據施工計劃和圖紙，提前在基地加工，自動化的生產線可以充分保證鋼筋加工的高效率，施工現場主要進行安裝作業(yè)，縮短施工周期。

2）施工現場管理簡化、不需要在施工現場堆積大量建筑材料，減少工地施工占地面積。

3）減少工地的噪聲和擾民現象，降低工人勞動強度，提高文明施工程度。

2.2 自動化鋼筋加工生產線是現代集約化管理的表現方式之一

集約化管理是現代企業(yè)集團提高效率與效益的基本取向。集約化的“集”就是指集中，集合人力、物力、財力、管理等生產要素，進行統(tǒng)一配置，集約化的“約”是指在集中、統(tǒng)一配置生產要素的過程中，達到節(jié)儉、約束、高效的目標。我國是一個發(fā)展中大國，又是一個建筑大國，在全世界能源危機、氣候變暖的背景下，降低能耗迫在眉睫，我國正積極倡導建筑節(jié)能[3]。自動化鋼筋加工生產線方式實現了原有流程的改變、機構的重新整合、要素配置的優(yōu)化，以設備的可靠替代人工的不確定性，達到降低成本、高效管理，進而使企業(yè)集中核心力量，獲得可持續(xù)競爭的優(yōu)勢。

目前，國外商品化鋼筋供應已成規(guī)模，原來的現場鋼筋加工生產線已與單個建筑項目脫離，由專業(yè)公司組建，形成高度集約的商品化鋼筋供應中心，由專業(yè)人員操作專業(yè)設備，符合工廠化作業(yè)和工藝流程要求，實現自動化的生產線。但是在國內，目前仍需產業(yè)政策和規(guī)范引導，逐步向該種方式轉變。

2.3 新型加工工藝具有對現行規(guī)范的提升作用

規(guī)范源自于實踐，反過來又將用于指導實踐。在實踐不斷創(chuàng)新的過程中，規(guī)范也會隨著更新，但是卻永遠滯后于實踐。近年來，在各大型工程項目的建設過程中，越來越明顯的一個特征就是：現行規(guī)范大多時候都無法滿足大型工程的建設實際，于是基于項目自身的專有規(guī)范概念就此誕生。而專有規(guī)范往往高于現行規(guī)范，如該工程具有后續(xù)的復制性和拓展性，那么其專有規(guī)范就將慢慢融入到現行規(guī)范和在建項目中，作為一類引導性的標桿工程，其工藝的提升同時還具有對于其他行業(yè)的促進作用，如鋼筋加工的方式改變同時也促進了加工設備和物流設備的優(yōu)化和改良，以及鋼筋綁扎工裝的設計、混凝土保護層標準的提升。

3 結語

大型工程乃至超級工程的出現，更加趨向于大型化、工廠化、標準化、裝配化的建設理念，對設計施工各個環(huán)節(jié)提出更高的要求，包括設計施工對建筑行業(yè)的引導意義、對現有規(guī)范的提升意義、對現有管理方式的轉變，而傳統(tǒng)工藝已無法滿足該種需求。港珠澳大橋沉管預制鋼筋加工，除了選用先進的加工設備外，還選用了整套物流傳輸設備，共同組建了兩條自動化鋼筋加工生產線，該套生產線除了為沉管預制自身提供鋼筋半成品外，還為外部單位提供商品化半成品鋼筋，該種料單式生產、產品式供應的方式儼然成為商品化鋼筋工藝的縮影。筆者也相信，港珠澳大橋的建設，還將為中國建筑行業(yè)提供更多更廣泛的借鑒。

[1]梁紹平.鋼筋巧加工[J].建筑工人，2010（5）：36-37.

[2]王乾.淺談鋼筋工廠化和機械化加工在鐵路工程中的發(fā)展[J].城市建設，2011（3）：84-85.

[3]邱榮祖.我國成型鋼筋加工配送現狀與發(fā)展對策[J].物流技術，2010（29）：33-35.