預制梁場優(yōu)化內部布局的研究及應用探索

■鄒君俊

(福建省福泉高速公路有限公司，福州 350001)

1 傳統(tǒng)預制梁場存在的一些問題

1.1 預制梁場規(guī)模的問題

預制梁場代表一類典型的大型臨時設施。這類設施往往具有占地面積大(一般大于100畝)、建設成本高、臨時性等特點。場地面積大在滿足施工作業(yè)面的同時卻帶來許多不必要的損耗及資源浪費，如各功能區(qū)無法有序銜接、運輸路徑曲折、搬運次數量大、土地閑置等問題。雖然可用大型的龍門吊加以解決，但相對于零星的作業(yè)面卻有點“大材小用”。預制梁場的規(guī)劃建設直接影響到整個項目的工期和投資，建成后往往不能調整或只能少量調整，或者可以調整但花費巨大，而考慮到預制梁場的臨時性特征，這些巨大的花費是得不償失的，且過分的調整還會影響到整個項目的工期。

1.2 預制梁場臺座規(guī)模的問題

傳統(tǒng)布置的臺座量一般從定性的角度出發(fā)，同時結合工程施工人員多年的經驗，以滿足工期為主要目標對預制梁場進行設計，在施工過程中因不可預見的人為或外在因素時有發(fā)生，從而導致整個工期內的局部時間段生產不足，影響整個工期或生產過剩而增加庫存。

1.3 預制梁的養(yǎng)護問題

傳統(tǒng)的預制梁預制的過程中，混凝土構件養(yǎng)護采用的是人工灑水，這一方法雖然非常經濟、便捷，但現實中混凝土構件尺寸并不統(tǒng)一，部分構件尺寸偏大，會導致養(yǎng)護不到位的問題出現。其次，混凝土構件的養(yǎng)護情況也會受到相關操作人員質量意識不高或工作懈怠等主觀因素的影響，導致養(yǎng)護不徹底。近年來雖然陸陸續(xù)續(xù)提出并使用了養(yǎng)護劑養(yǎng)生、噴淋養(yǎng)生、養(yǎng)生棚蒸汽養(yǎng)生等方法，但都存在著一定的弊端，比如養(yǎng)護劑養(yǎng)生在夏季養(yǎng)生效果不佳，噴淋養(yǎng)生不宜在冬季實施，篷布蒸汽養(yǎng)護易受外加因素影響和對操作人員的質量意識要求較高，如溫度控制不當非常容易造成開裂等。

1.4 預制梁施工進度的問題

依據生產過程的不同將預制梁分為普通預制梁、先張法預應力預制梁與后張法預應力預制梁。其中采用最多的是后張法預制梁。這幾種方法的生產過程中也有相同之處，本文對使用最為廣泛的后張法預應力預制梁的生產工藝流程進行簡單描述。后張法預應力預制梁的生產工藝是：底模安裝→鋼筋綁扎→底板束預應力管道安裝及定位→預埋件等安裝→內模、外模安裝及調整→頂板鋼筋綁扎→砼澆注→砼養(yǎng)護、拆?！╊A應力筋→張拉→孔道壓漿，封錨→梁體封端→成品梁靜置養(yǎng)護→調至存梁區(qū)。制梁周期因梁片的規(guī)格不同而變化，本文以較常用的30m箱梁為例，每榀箱梁預制占用臺座的時間如圖1所示。

由圖1可計算出，該梁場箱梁的制梁周期為297/24≈13天，其中制梁臺座占用等待時間為264/24≈11天，由此可看出臺座大部分處于等待的狀態(tài)。由于預制梁主要的質量控制要求為：(1)混凝土強度應符合設計要求，設計未要求時，不得低于強度設計值的75%，且應將限制位移的模板拆除后，方可進行張拉。(2)孔道內的水泥漿強度達到設計要求后方可吊移預制構件；設計未要求時，應不低于砂漿設計強度的75%，不應低于30MPa。根據以上分析，預制梁的進度與質量成為了不可調和的矛盾。

2 預制梁場優(yōu)化內部布局的設想

2.1 優(yōu)化內部布局概要

綜合以上傳統(tǒng)預制梁場的問題，可看出梁場占地面積與預制梁的臺座數量有著直接的聯(lián)系，減少了臺座數量勢必也減低了預制梁的施工進度，如果想要加快施工進度必然以犧牲質量為代價。可想而知以犧牲質量為代價換取來的施工進度會得到一個怎樣的結果。因此本文對內部布局進行了優(yōu)化，以車間式制梁區(qū)為中心搭配可移動式臺座輔助進行可持續(xù)性的預制施工，以蒸汽養(yǎng)護室為核心加快預制梁設備的周轉速度，從而形成工廠化式的流水線作業(yè)，在達到降低成本、減少不必要的損耗及資源浪費的同時，最大程度地提高預制梁生產進度及質量。預制梁的優(yōu)化內部布局如圖2所示。

2.2 優(yōu)化內部布局的特點

2.2.1 蒸汽養(yǎng)護室

由圖1看出，預制梁在預制過程中臺座大部分處于等待的狀態(tài)，使之成為無形中最大的浪費。據現有成熟理論可知，蒸汽養(yǎng)護能大大縮短混凝土的凝固時間，提高預制梁的凝固速度，使自然狀態(tài)下一周才能達到的強度，用一天的時間即可實現。這一方法大大提升了梁場生產線的流通速度，提高了梁場的施工效率。此次研究擬對篷布蒸汽養(yǎng)護進行改良，采用活動板房搭建尺寸略大于預制梁片，內部采用保溫性較好的材料進行密封，避免了梁體在養(yǎng)護過程中產生的外界因素影響，既做到了充分利用空間，又從結構上減少熱量散失，達到較好的養(yǎng)護效果。養(yǎng)護室外部放置著蒸汽發(fā)生器，同時控制養(yǎng)護室內的溫度和濕度，蒸汽加溫的同時也加濕，確保梁體四周環(huán)境中的濕度和溫度，進而達到高溫養(yǎng)護的標準，實現混凝土高效養(yǎng)護。

圖1 每榀箱梁預制占用臺座周期計算

圖2 預制梁場優(yōu)化內部布局平面圖

2.2.2 移動式臺座

蒸汽養(yǎng)護室的優(yōu)勢是顯而易見的，想要發(fā)揮其優(yōu)勢就必須將預制梁移動至養(yǎng)護室進行養(yǎng)護，顯然這是傳統(tǒng)固定式臺座是做不到的。因此本研究擬對固定臺座進行改良：

(1)臺座方面，在原有預制梁底模下增加滑輪并根據成品預制梁的重力對預制梁底模和滑輪采取加強、加厚等措施，使其能達到承受成品預制梁的重力而不變形的剛度、強度、穩(wěn)定性，并在移動式臺座頭尾設置液壓制動裝置，防止在制梁的過程中受外力影響而滑動；

(2)軌道方面，在原有場地上鋪筑一層承重臺座，使預制梁在移動時不失穩(wěn)，同時避免遭受積水的影響；并在承重臺座上架設鐵軌，軌道連接各個工作區(qū)域從而實現工廠化的流水作業(yè)。

2.2.3 車間式制梁區(qū)

梁片預制過程中需要經過不同的工作區(qū)，其中最關鍵的是制梁區(qū)，其設計的科學性水平對制梁過程的順利與否起重要的影響。傳統(tǒng)的制梁區(qū)梁多采用露天設置，如果制梁區(qū)是露天作業(yè)，這意味著天氣對施工進度有重大的影響，這樣的工作條件無法保證施工質量，也不符合施工人員的職業(yè)健康保障要求。如遇惡劣天氣，將無法照常施工，同時也拖延了施工進程。在制梁區(qū)上搭建車間，車間的高度及跨度應滿足生產的需要，既減少了外界因素對施工的影響提高了生產效率，又保證了施工職業(yè)健康安全和人性化。并在車間的兩側各設置一個固定的預扎胎具鋼筋綁扎臺降低其綁扎的難度，提高了制梁的效率。

3 預制梁場優(yōu)化內部布局后的對比分析

通過對預制梁場的內部布局優(yōu)化后形成的工廠化流水作業(yè)，使預制梁在拆模以后就可進行蒸汽養(yǎng)護、張拉等后續(xù)的工作，大大縮短了預制梁臺座的等待時間，優(yōu)化布局后每榀箱梁占用臺座時間如圖3所示。

從圖3可以看出預制梁場在進行內部布局優(yōu)化后的制梁周期為141/24≈6天，其中制梁臺座占用等待時間為96/24=4天，臺座周轉的數量為4個。而傳統(tǒng)預制梁場的內部布局卻無法做到“隨做隨走”，由上文圖1可以看出每榀箱梁占用臺座時間約為297/24≈13天，臺座周轉的數量則需要13個。相比之下以蒸汽養(yǎng)護為核心，移動式臺座為輔的內部優(yōu)化結構最大化地發(fā)揮蒸汽養(yǎng)護優(yōu)勢，使整個制梁周期縮短了約54%，較大程度上提高了周轉速度，加快了預制進度。此外，因制梁臺座減少了9個，使得布局優(yōu)化后的預制梁場占地面積也隨之減少。

綜上所述，優(yōu)化后的布局方案在經濟性和實用性方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模式，通過兩方案的橫道圖對比及分析，體現了本研究的在實際應用上具有可行性，對同類項目的布局設計上具有一定的參考意義。

4 分析及結論

對預制梁場內部布局的優(yōu)化打破了傳統(tǒng)的機械式作業(yè)，優(yōu)化后工廠化的流水作業(yè)方式有著顯著的成本、質量、進度的優(yōu)勢：

圖3 優(yōu)化內部布局后每榀箱梁占用臺座的時間

(1)質量方面

采用車間式制梁區(qū)、蒸汽養(yǎng)護室較大程度降低了人為因素和外界環(huán)境因素的影響；預扎胎具降低工人鋼筋綁扎難度，提高了鋼筋位置的精確度；預制梁的預制與養(yǎng)護能在較好的環(huán)境下進行，由此預制出來的梁片質量有一定的提高。

(2)進度方面

預制梁場布局的優(yōu)化使各功能區(qū)有序銜接、縮短了運輸路徑、減少搬運次數，減少了不必要的浪費。工廠化的流水作業(yè)大大減少了臺座等待的時間，制梁周期由13天減少到6天，提高了施工進度，對于傳統(tǒng)預制梁施工進度是一個質的飛躍。

(3)成本方面

布局優(yōu)化后只需要4個臺座就可滿足工廠化的流水作業(yè)的需求，呈現出機械化、高效率、高保障的特點，盡管前期在設備方面需要一次性較大的投入，但在減輕施工人員工作強度，提高施工效率、推進工程進度等方面有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的優(yōu)勢，從長遠來看在4個臺座的流水作業(yè)下后期的投入明顯降低。在資源投入方面，布局優(yōu)化后臺座數量減少也就意味著占地面積的減少，占地面積減少了也就避免許多不必要的損耗及資源浪費，從而大大降低建設成本。

預制梁場布局優(yōu)化后的流水施工能夠顯著提高企業(yè)效益，施工工藝先進、操作簡單、施工高效、監(jiān)督檢查便捷、節(jié)省人力，并且能夠較大程度地保障施工安全。但同時因預制梁的規(guī)格不同、預制方法不同，在移動式臺座的設計方面仍需要一個驗證和改進的過程。