基于精益建造的高速公路中小橋梁預(yù)制安裝關(guān)鍵技術(shù)研究

曾先才 廖建軍 傅千龍

摘 ?要：精益建造實(shí)質(zhì)上是一種生產(chǎn)管理技術(shù)，其核心理念是高效化、精細(xì)化、只做有價(jià)值的工作。文章的研究出發(fā)點(diǎn)就是基于精益建造理論，從高速公路中小橋梁預(yù)制安裝過(guò)程中的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、拼裝及吊裝、施工管理等四個(gè)方面，分析和識(shí)別出的各個(gè)環(huán)節(jié)的浪費(fèi)并逐一消除，以節(jié)約成本。

關(guān)鍵詞：精益建造;浪費(fèi);預(yù)制;中小橋梁

中圖分類號(hào)：TU71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）22-0142-03

Abstract： Lean construction is essentially a kind of production management technology， and its core idea is high efficiency， refinement and valuable work only. Based on the lean construction theory， this paper starts withfour aspects， i.e. production， transportation， assembly and hoisting， and construction management of prefabricated components in the process of prefabrication and installation of small-and medium-sized bridges of the highway， analyzes and identifies the waste of each link， and eliminates one by one， in order to save the cost.

Keywords： lean construction; waste; prefabrication; small and medium-sized bridges

引言

建筑工業(yè)化的迅速發(fā)展推動(dòng)了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)帶來(lái)了結(jié)構(gòu)形式的革新，然而，其建造技術(shù)及管理方法仍存在問(wèn)題，如預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)不連續(xù)、二次搬運(yùn)、組織結(jié)構(gòu)不合理、生產(chǎn)管理粗放等，增加了浪費(fèi)，帶來(lái)了建造成本的提高。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的推廣和發(fā)展，并損害施工企業(yè)效益和信譽(yù)。有效管理是解決工業(yè)化進(jìn)程中預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)生產(chǎn)建造過(guò)程成本較高的方法之一，而精益建造是一種有效的管理方法和措施[1-3]。

精益建造的實(shí)質(zhì)是一種生產(chǎn)管理技術(shù)，核心理念是精細(xì)化、高效化、只做有價(jià)值的工作。精益建造的概念起源于制造業(yè)，是日本豐田汽車(chē)在戰(zhàn)后面臨市場(chǎng)低迷、資金短缺、大批量生產(chǎn)的模式下提出的，在精益制造模式的引導(dǎo)下，豐田模式的成功在國(guó)際上引起極大震動(dòng)，80年代，美國(guó)學(xué)者總結(jié)豐田生產(chǎn)模式，發(fā)表了著作《精益思想》，系統(tǒng)地闡述了其原則和方法，并將其擴(kuò)大到制造業(yè)以外的領(lǐng)域[4-6]。建筑工業(yè)化和精益建造的許多目標(biāo)是一致的，如標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、降低浪費(fèi)、提高效率等，都是傳統(tǒng)建筑業(yè)向先進(jìn)的制造業(yè)生產(chǎn)方式和管理方法的改進(jìn)。

國(guó)際精益建造協(xié)會(huì)對(duì)精益建造的定義是“一種基于生產(chǎn)觀的項(xiàng)目交付方式，是設(shè)計(jì)和建造的新方法，尤其適用于復(fù)雜、不確定和工期短的項(xiàng)目”[7];美國(guó)總承包協(xié)會(huì)對(duì)精益建造的定義是“在建設(shè)過(guò)程的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)、拆除、廢物利用和回收等各個(gè)維度中追求全局性持續(xù)改進(jìn)、成本最小化、價(jià)值最大化的概念的集合”[7];美國(guó)的Koskela對(duì)精益建造的定義為“一種為建造業(yè)設(shè)計(jì)的，以減少生產(chǎn)過(guò)程中的浪費(fèi)（時(shí)間浪費(fèi)和材料浪費(fèi)）和創(chuàng)造最大價(jià)值為目的的生產(chǎn)系統(tǒng)”[8]。

精益建造的理論衍生于生產(chǎn)理論，將建設(shè)項(xiàng)目類比為生產(chǎn)系統(tǒng)，從轉(zhuǎn)換（Transformation）、流（Flow）和價(jià)值生產(chǎn)（Value）三個(gè)方面解釋建設(shè)過(guò)程（即TFV理論），以實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品交付、效益最大化和浪費(fèi)最小化三個(gè)基本目標(biāo)[9]。

在精益建造理論中，將非增值活動(dòng)稱為“浪費(fèi)（Waste）”7種主要的浪費(fèi)分別為：（1）返工;（2）過(guò)度生產(chǎn);（3）過(guò)多操作;（4）庫(kù)存;（5）物料二次搬運(yùn);（6）多余動(dòng)作;（7）等待[10]。本文的研究出發(fā)點(diǎn)就是基于精益建造理論，分析和識(shí)別出高速公路中小橋梁預(yù)制安裝過(guò)程中的這些浪費(fèi)并逐一消除，以節(jié)約成本。

1 構(gòu)件生產(chǎn)階段

高速公路中小橋梁預(yù)制安裝過(guò)程分為構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、拼裝及吊裝等三個(gè)主要階段。

1.1 構(gòu)件生產(chǎn)階段浪費(fèi)原因分析

本文通過(guò)實(shí)地調(diào)研的方式收集相關(guān)數(shù)據(jù)，從不同角度發(fā)現(xiàn)及分析問(wèn)題，中小橋梁預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的浪費(fèi)包括：

（1）等待浪費(fèi)。主要包括人員、機(jī)器的待工浪費(fèi)兩個(gè)方面，其原因包括溝通不暢使原材料供應(yīng)不及時(shí)、原材料設(shè)備故障等，導(dǎo)致構(gòu)件不能及時(shí)進(jìn)入生產(chǎn)流程。

（2）多余動(dòng)作浪費(fèi)。包括人員和設(shè)備數(shù)量多余和多余操作兩方面。設(shè)備數(shù)量多余體現(xiàn)在預(yù)制構(gòu)件廠部分設(shè)備使用頻率小，并占用的較大的生產(chǎn)空間。其原因是購(gòu)買(mǎi)設(shè)備時(shí)未充分考慮技術(shù)和成本方面的因素或設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與構(gòu)件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不符。設(shè)備的多余操作浪費(fèi)表現(xiàn)在設(shè)備空轉(zhuǎn)，其原因?yàn)樯a(chǎn)管理人員未根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況安排合理的生產(chǎn)計(jì)劃。大部分生產(chǎn)企業(yè)存在一定的人員精簡(jiǎn)空間，即存在人員數(shù)量多余，多余崗位的設(shè)置造成人工成本的增加，但對(duì)生產(chǎn)效率沒(méi)有影響。人員的多余動(dòng)作浪費(fèi)隱蔽性較強(qiáng)，但對(duì)生產(chǎn)效率影響極大，構(gòu)件廠流水線生產(chǎn)模式易造成工人重復(fù)工作、等待的情況，造成工人疲勞，進(jìn)而影響工作效率。

（3）不合格品的浪費(fèi)。構(gòu)件在生產(chǎn)過(guò)程中存在破損、掉角等問(wèn)題，其不合格率很高。不合格品出現(xiàn)原因?yàn)椴僮鞴と说募夹g(shù)水平不佳以及設(shè)備問(wèn)題，大部分不合格品經(jīng)手工修補(bǔ)可避免作廢。

1.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段關(guān)鍵技術(shù)

為減少構(gòu)件生產(chǎn)階段的浪費(fèi)，應(yīng)從多個(gè)維度進(jìn)行把控，基于精益建造的中小跨徑橋梁預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）溝通交底。交底目的是使生產(chǎn)單位正確貫徹設(shè)計(jì)意圖，使其加深對(duì)設(shè)計(jì)文件特點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)的理解，掌握關(guān)鍵構(gòu)件的質(zhì)量要求，確保構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量，為后面構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程打下基礎(chǔ)。另外，還需與供應(yīng)商溝通好材料和機(jī)械設(shè)備的供應(yīng)情況，確定材料和設(shè)備的到達(dá)時(shí)間，確保生產(chǎn)活動(dòng)高效、有序進(jìn)行，使浪費(fèi)最小化。

（2）進(jìn)度編排。進(jìn)度計(jì)劃直接影響構(gòu)件的生產(chǎn)效率，因此，應(yīng)由生產(chǎn)管理人員編制好生產(chǎn)計(jì)劃，由采購(gòu)人員編排好供貨計(jì)劃，減少人員和設(shè)備的等待浪費(fèi)以及多余動(dòng)作浪費(fèi)。

（3）工藝評(píng)定試驗(yàn)。鋼材下料前，根據(jù)不同的板厚所涵蓋的范圍，同時(shí)考慮到各種板厚在鋼箱梁中所占的比例和重要程度，分別選取相應(yīng)厚度的鋼板進(jìn)行切割工藝評(píng)定試驗(yàn)。節(jié)段制造開(kāi)工前，根據(jù)圖紙確定的結(jié)構(gòu)形式結(jié)合公司實(shí)際施工條件組織焊接工藝評(píng)定，根據(jù)圖紙的焊縫接頭形式確定擬用的焊接設(shè)備及焊接方法、焊接坡口形式及焊接參數(shù)、焊接順序，編寫(xiě)焊接工藝評(píng)定任務(wù)書(shū)報(bào)監(jiān)理工程師審批。

（4）工裝、胎架制作。臨時(shí)支墩嚴(yán)格按圖紙要求進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，并繪制正式施工圖紙，臨時(shí)支墩?qǐng)D和設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)必須經(jīng)監(jiān)理工程師審批后方可開(kāi)始制作。嚴(yán)格按圖紙的要求進(jìn)行單元件胎架及匹配預(yù)拼總裝胎架設(shè)計(jì)，并繪制正式施工圖紙。

（5）放樣、下料。所有零部件嚴(yán)格按圖紙和工藝要求采用計(jì)算機(jī)放樣，預(yù)留制作和安裝時(shí)的焊接收縮補(bǔ)償量和加工余量。號(hào)料前應(yīng)檢查鋼板的牌號(hào)、規(guī)格、質(zhì)量，鋼板如有折皺、翹曲等影響質(zhì)量的現(xiàn)象必須矯平，表面油污、氧化皮等污物應(yīng)清除干凈再進(jìn)行號(hào)料。號(hào)料套料時(shí)嚴(yán)格按工藝排版圖進(jìn)行，號(hào)料所劃切割線必須正確清晰，鋼板的起吊轉(zhuǎn)運(yùn)應(yīng)采用磁力吊具，以保證鋼板及下料后零件的平整度。切割應(yīng)優(yōu)先采用精密切割如數(shù)控等離子、自動(dòng)、半自動(dòng)切割。底板、腹板、翼板、橫隔板采用數(shù)控下料，縱向加強(qiáng)筋采用拉條機(jī)進(jìn)行下料，手工切割僅適用次要零件或切割后仍需加工的零件。

（6）加工、矯正。上下翼緣板、底板、腹板不等厚對(duì)接過(guò)渡坡口等零部件加工采用刨邊機(jī)加工。各零部件下料后應(yīng)進(jìn)行矯正，矯正后的允許偏差滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（7）線型控制。在施工前，除根據(jù)設(shè)計(jì)給出數(shù)據(jù)外，還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝情況進(jìn)行細(xì)致計(jì)算。每跨的預(yù)拱度值要根據(jù)跨度及組合梁截面特性進(jìn)行計(jì)算。具體部位的預(yù)拱度按照二次拋物線方程進(jìn)行布置，結(jié)合組合梁縱坡度、橫坡度計(jì)算出每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以利于整體控制線性。組合梁在加工及焊接過(guò)程中，板單元及節(jié)段的三維尺寸要按照實(shí)際縱坡、預(yù)拱度、橫坡來(lái)控制，同時(shí)要考慮在加工、組裝、總拼過(guò)程中的焊接變形。

2 構(gòu)件運(yùn)輸階段

2.1 構(gòu)件運(yùn)輸階段浪費(fèi)原因分析

構(gòu)件運(yùn)輸階段的浪費(fèi)體現(xiàn)在：

（1）運(yùn)輸效率低，運(yùn)輸成本增加。其原因是運(yùn)輸缺乏合理規(guī)劃，存在交通擁擠、交通部門(mén)管制、載荷限制等潛在拖延因素。這些因素在構(gòu)件由生產(chǎn)廠家運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)前應(yīng)提前考慮。

（2）構(gòu)件的二次搬運(yùn)。施工現(xiàn)場(chǎng)的不確定性以及為了應(yīng)對(duì)庫(kù)房對(duì)構(gòu)件的臨時(shí)存放，導(dǎo)致廠房?jī)?nèi)及廠房到施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的二次運(yùn)輸。為減少二次搬運(yùn)浪費(fèi)，應(yīng)降低施工和生產(chǎn)的不確定性，形成有效的運(yùn)輸計(jì)劃，減少庫(kù)存，降低運(yùn)輸成本。

2.2 構(gòu)件運(yùn)輸階段關(guān)鍵技術(shù)

構(gòu)件運(yùn)輸與生產(chǎn)和拼裝過(guò)程關(guān)系密切，通過(guò)構(gòu)件運(yùn)輸將整個(gè)預(yù)制結(jié)構(gòu)的建造過(guò)程聯(lián)結(jié)為一個(gè)整體，科學(xué)地管控構(gòu)件的運(yùn)輸過(guò)程，是減少浪費(fèi)的重要環(huán)節(jié)。

基于精益建造思想的構(gòu)件運(yùn)輸要求運(yùn)輸路線不出現(xiàn)迂回、反復(fù)，運(yùn)輸過(guò)程不出現(xiàn)等待、中斷。預(yù)制橋梁構(gòu)件建造前后工序是緊密銜接的，因此，構(gòu)件運(yùn)輸節(jié)拍和必要庫(kù)存量要根據(jù)施工的需求和生產(chǎn)廠家的產(chǎn)能關(guān)系來(lái)確定，使運(yùn)輸節(jié)拍均衡、物料庫(kù)存量低、物料流動(dòng)通暢。

常見(jiàn)的構(gòu)件運(yùn)輸方法包括推動(dòng)法和拉動(dòng)法兩種。推動(dòng)法是指預(yù)制構(gòu)件廠將生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，由于預(yù)制構(gòu)件體積大、重量大，過(guò)早地運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)容易造成施工現(xiàn)場(chǎng)交通阻塞，帶來(lái)二次搬運(yùn)問(wèn)題，并增加了拼裝時(shí)尋找合適構(gòu)件的難度，帶來(lái)成本的增加。精益建造理論提倡采用拉動(dòng)法。拉動(dòng)法是指在施工拼裝需要時(shí)才安排生產(chǎn)廠家將構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，從而避免上述問(wèn)題發(fā)生。具體來(lái)講，拉動(dòng)法是指當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)有吊裝需求時(shí)，從存儲(chǔ)構(gòu)件中挑選出所需構(gòu)件，根據(jù)吊裝構(gòu)件數(shù)量、尺寸、重量，制定合理的構(gòu)件組合，并根據(jù)構(gòu)件組合選擇合適的運(yùn)輸車(chē)輛和運(yùn)輸路線，通過(guò)構(gòu)件運(yùn)輸完成從預(yù)制構(gòu)件廠到施工現(xiàn)場(chǎng)的位置轉(zhuǎn)換，最后將預(yù)制構(gòu)件卸貨、交付至施工現(xiàn)場(chǎng)。

預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸前需實(shí)地勘測(cè)沿線建筑限界，如收費(fèi)站、路橋、涵洞、電線電纜等的高度、寬度，是否適合運(yùn)輸;根據(jù)路況預(yù)估可能發(fā)生的各種突發(fā)事件并先期做好準(zhǔn)備;運(yùn)輸前辦妥各類行駛通行證，做到安全、快捷將構(gòu)件送達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)。

另外，在裝車(chē)、捆綁、掛鉤等過(guò)程中，起吊點(diǎn)必須放在設(shè)計(jì)起吊位置，并設(shè)計(jì)專用起吊工裝;在平板車(chē)上預(yù)先放置木制墊板（墊板規(guī)格根據(jù)車(chē)型確定），使構(gòu)件保證水平，防止構(gòu)件運(yùn)輸中扭曲變形及滑動(dòng);在構(gòu)件邊緣加墊防護(hù)鋼管，防止纜繩受損斷裂;運(yùn)輸過(guò)程中注意行車(chē)安全，中速行駛，不得急啟動(dòng)急剎車(chē)，特別是經(jīng)過(guò)收費(fèi)站、路況差等情況時(shí)必須預(yù)先判斷好行駛路線，避免構(gòu)件受損及發(fā)生安全事故;在構(gòu)件前后左右四方應(yīng)粘貼警示標(biāo)識(shí)，懸掛警示燈，運(yùn)輸途中以警示其他車(chē)輛和人。

3 構(gòu)件拼裝及吊裝階段

3.1 構(gòu)件拼裝及吊裝階段浪費(fèi)原因分析

預(yù)制構(gòu)件的垂直吊裝速度取決于吊裝設(shè)備的吊裝能力以及構(gòu)件的尺寸和重量。構(gòu)件吊裝階段的浪費(fèi)體現(xiàn)在：

（1）過(guò)多操作。不合理的施工道路和構(gòu)件堆放布置易導(dǎo)致吊裝設(shè)備運(yùn)行路線迂回反復(fù)。不合理的吊裝設(shè)備選取以及吊裝組合易導(dǎo)致吊裝設(shè)備起吊不能達(dá)到最大吊重，或增加起吊次數(shù)。

（2）等待。構(gòu)件的拼裝和吊裝影響到構(gòu)件的存放和運(yùn)輸，不合理的吊裝計(jì)劃容易導(dǎo)致構(gòu)件吊裝過(guò)程妨礙其他工作正常運(yùn)行。

3.2 構(gòu)件拼裝及吊裝階段關(guān)鍵技術(shù)

構(gòu)件拼裝吊裝過(guò)程涉及到吊裝設(shè)備選型、施工場(chǎng)地布置、吊裝工序設(shè)計(jì)。吊裝設(shè)備選取要考慮最重的預(yù)制構(gòu)件重量和所在位置，確保吊裝設(shè)備能夠達(dá)到最重的預(yù)制構(gòu)件的起吊要求。完成吊裝設(shè)備選型后，要根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的拼裝位置合理規(guī)劃施工道路和堆放位置。另外，構(gòu)件施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)存放區(qū)和構(gòu)件運(yùn)輸過(guò)程需要提前協(xié)調(diào)，并設(shè)置與其他工種作業(yè)區(qū)的隔離帶，避免影響其他工種正常工作。

從吊裝安全性和吊裝精度方面考慮，確定好吊裝順序。一般吊裝步驟如下：

（1）全橋型線放樣。

（2）處理硬化現(xiàn)場(chǎng)地面吊裝場(chǎng)地。

（3）與交管和路政管理部門(mén)協(xié)商封道時(shí)間，拉設(shè)警戒線，擺設(shè)警戒標(biāo)識(shí)。

（4）吊裝臨時(shí)支撐。

（5）主體吊裝。

（6）吊裝段標(biāo)高、位置測(cè)量。

4 施工管理

項(xiàng)目管理人員，特別是項(xiàng)目經(jīng)理的管理能力是影響預(yù)制裝配式項(xiàng)目計(jì)劃和控制的關(guān)鍵因素。預(yù)制裝配式建造項(xiàng)目的管理人員的角色是協(xié)調(diào)好預(yù)制構(gòu)件廠和施工現(xiàn)場(chǎng)。因此，項(xiàng)目管理人員需具備協(xié)調(diào)多方以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)的能力以及識(shí)別、分析、解決問(wèn)題的能力。影響項(xiàng)目管理的因素分為兩類，第一類為軟因素，包括工人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、管理人員的能力和信息共享程度;第二類為硬因素，包括項(xiàng)目管理過(guò)程中涉及的質(zhì)量管理方法、信息管理方法、設(shè)計(jì)計(jì)劃技能等。

項(xiàng)目部組建精益建造各級(jí)管理團(tuán)隊(duì)。由項(xiàng)目部主要負(fù)責(zé)人組成精益建造領(lǐng)導(dǎo)小組。領(lǐng)導(dǎo)小組主要任務(wù)是進(jìn)行精益思想變革，包括組織項(xiàng)目部管理人員學(xué)習(xí)精益思想、形成精益愿景，提供必要的培訓(xùn)、制定精益變革的計(jì)劃、監(jiān)控變革的進(jìn)程等。精益建造管理團(tuán)隊(duì)其他成員主要職責(zé)包括對(duì)精益建造領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)并匯報(bào)工作、分析本部門(mén)的工作價(jià)值流，區(qū)分哪些環(huán)節(jié)產(chǎn)生浪費(fèi)和哪些環(huán)節(jié)產(chǎn)生價(jià)值，指導(dǎo)和推動(dòng)本部門(mén)的工作，執(zhí)行新的工作流程、持續(xù)的改進(jìn)工作，提高工作的質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

精益建造的實(shí)質(zhì)是一種生產(chǎn)管理技術(shù)，精益建造理念中包含了兩個(gè)核心原則：價(jià)值的最大化和浪費(fèi)的最小化。缺少任何一個(gè)，都不能實(shí)現(xiàn)精益建造的目標(biāo)。只關(guān)注創(chuàng)造價(jià)值最大化，而沒(méi)有降低或消除浪費(fèi)，則無(wú)法體現(xiàn)優(yōu)化改進(jìn)的成果;只關(guān)注消除浪費(fèi)、減削成本則無(wú)法帶來(lái)收益的提高。精益建造是一種科學(xué)的、連貫的、動(dòng)態(tài)的、以實(shí)際條件和需求作為導(dǎo)向的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，所有的建設(shè)參與者都會(huì)在創(chuàng)造最大價(jià)值的目標(biāo)下不斷地降低或消除浪費(fèi)。本文的研究出發(fā)點(diǎn)就是基于精益建造理論，從高速公路中小橋梁預(yù)制安裝過(guò)程中的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、拼裝及吊裝、施工管理等四個(gè)方面，分析和識(shí)別出的各個(gè)環(huán)節(jié)的浪費(fèi)并逐一消除，以節(jié)約成本。

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