淺析建筑陶瓷工廠裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑*

艾冬華

(新明珠(廣東)新材料有限公司 廣東 佛山 528099)

以實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”為目標(biāo),綠色環(huán)保、高效智能的裝配式建筑站上“風(fēng)口”。裝配式建筑是建造方式的重大變革,代表了新型建造的發(fā)展趨勢,將有效助推建筑行業(yè)提檔升級,為智能制造創(chuàng)造更多應(yīng)用場景,助推經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

1 概述

裝配式建筑方式是指在工廠通過標(biāo)準(zhǔn)化的方式生產(chǎn)建筑關(guān)鍵構(gòu)件和部品部件,在現(xiàn)場再通過裝配化的方式進(jìn)行安裝施工、主體施工和裝修裝飾同步,從而整合研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、現(xiàn)場裝配等各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域并將建筑生產(chǎn)全過程連接為一個完整的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng),實現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全周期價值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式。

裝配式建筑是傳統(tǒng)建筑業(yè)與先進(jìn)制造業(yè)的良性互動,是建筑工業(yè)化和建筑信息化深度融合的產(chǎn)物。推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展,對推動建筑生產(chǎn)方式變革、保障工程建設(shè)質(zhì)量安全、促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革等具有重要意義。

簡而言之,裝配式建筑方式造房子就跟搭樂高積木一樣,既高效、可靠,又綠色、智能。

2 裝配式建筑概念和類型

裝配式建筑是以構(gòu)件工廠預(yù)制化生產(chǎn),現(xiàn)場裝配式安裝為模式,以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工,一體化裝修和信息化管理為特征的新型建筑。

一般來說,在常規(guī)概念上裝配式建筑是指由預(yù)制部件通過可靠連接方式建造的建筑。按照這個理解,裝配式建筑有兩個主要特征:①構(gòu)成建筑主要構(gòu)建特別是結(jié)構(gòu)構(gòu)件是預(yù)制的。②預(yù)制構(gòu)件的連接方式是可靠的。根據(jù)建筑的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件,裝配式建筑主要可以分為3大類[1],詳細(xì)情況見表1。

表1 裝配式建筑的3種類型

續(xù)表1

3 具體項目介紹

佛山市三水新明珠建陶工業(yè)有限公司新型節(jié)能環(huán)保板材項目總投資150 339萬元。廠房為地上1 層,建筑高度16.20 m,基底面積85 555.36 m2,建筑面積85 555.36 m2,計容面積171 110.72 m2,不計容面積0.00 m2;項目在不改變產(chǎn)能和能耗總量的情況下,在原址廠房上拆舊建新,全面改造一分廠,將原有6條瓷片生產(chǎn)線改為4條智能化巖板生產(chǎn)線,選用了目前世界先進(jìn)的窯爐、壓機等設(shè)備。項目運用裝配式整體式剪力墻結(jié)構(gòu),按照7度抗震設(shè)防烈度要求進(jìn)行設(shè)計,整體預(yù)制裝配率達(dá)到80%,在國內(nèi)居于領(lǐng)先水平。項目概況見表2。

表2 新型節(jié)能環(huán)保板材項目概況

本項目通過結(jié)合內(nèi)外現(xiàn)代化工廠的設(shè)計及自身產(chǎn)品生產(chǎn)的規(guī)劃和產(chǎn)能設(shè)計的合理布局,設(shè)計出新型的廠房結(jié)構(gòu):廠房跨度30 m,高度空間大,最高處達(dá)到16 m,房頂采用先進(jìn)的通風(fēng)、隔熱、透光設(shè)計,并可以將雨水全部回收利用。

隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的應(yīng)用,如今陶瓷窯爐可以實現(xiàn)對溫度曲線、窯壓、速度等參數(shù)的智能化控制,智能調(diào)配單位能耗,減少碳排放,甚至可以做到“產(chǎn)能越大,能耗更少”。項目采用德力泰與新明珠集團(tuán)攜手打造的4.0 能效標(biāo)桿數(shù)智時代巖板雙層窯,長度達(dá)415.8 m,比一條標(biāo)準(zhǔn)跑道還要長,是目前全球最長的雙層窯爐(見圖1)。項目在主要生產(chǎn)設(shè)備上,全部選用全新的自動化、智能化設(shè)備,巖板雙層輥道窯的具體設(shè)計參數(shù)見表3。該窯爐同時可以兼顧不同厚度,不同規(guī)格的巖板產(chǎn)品,日產(chǎn)能可達(dá)2萬m2/d,是改造前的3倍多;二氧化碳排放量預(yù)計可減少14.64 t/d,每 年減少二氧化碳3 000 t,綜合節(jié)能10%。

圖1 巖板雙層輥道窯

表3 1#雙層窯爐新設(shè)計(1 600×3 200×6)

數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)虛擬制造原理,在虛擬環(huán)境中,對整個生產(chǎn)組織進(jìn)行仿真、優(yōu)化和重組的新的生產(chǎn)組織方式。數(shù)字化工廠系統(tǒng)平臺就是基于數(shù)字化工廠的概念,運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)構(gòu)建起來的、虛擬的生產(chǎn)線仿真環(huán)境。數(shù)字化工廠系統(tǒng)包括軟件和硬件兩個方面。數(shù)字化工廠技術(shù)就是構(gòu)建數(shù)字化工廠過程中所應(yīng)用的實用技術(shù),是計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機工程技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的有機集成[2]。

公司通過數(shù)字化平臺,實現(xiàn)了主要生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)字化,提高了生產(chǎn)過程的可控性,減少了生產(chǎn)線上人工的干預(yù),可及時準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù),以及進(jìn)行合理的生產(chǎn)計劃編排與生產(chǎn)進(jìn)度安排。將新一代信息技術(shù)、智能系統(tǒng)等新興技術(shù)與生產(chǎn)管理融為一體,構(gòu)建一個高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的智能化工廠,人力成本可下降20%、同等產(chǎn)能能耗下降12%、產(chǎn)能可提升15%、環(huán)保指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于國家規(guī)定水平[3]。

4 裝配式鋼鋼結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)濟(jì)分析

經(jīng)過對《佛山市三水新明珠建陶工業(yè)有限公司新型節(jié)能環(huán)保板材項目》跟蹤分析,得出如下結(jié)論:①采用預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系其人工費要比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)體系節(jié)省38%。由此可見,采用裝配式的鋼結(jié)構(gòu)體系可以節(jié)約人工成本,面對日益上漲的人工成本,這一優(yōu)勢會愈加顯著。②采用預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系其材料費比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)高出85%,主要是其墻板預(yù)制構(gòu)件價格比較高,同時用鋼量大。③采用預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系其機械費為傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的26倍。主要是各預(yù)制構(gòu)件的吊裝安裝工作量比較大。④采用預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的總工日比傳統(tǒng)現(xiàn)澆體系節(jié)省38%,這在節(jié)約人工成本的同時,縮短了工期。工期的縮短,可以節(jié)約貸款利息,節(jié)省現(xiàn)場大型機械的租賃費及現(xiàn)場管理費。⑤裝配式建筑需要完整的專業(yè)設(shè)計、構(gòu)件預(yù)制工廠先進(jìn)的制造水平、成熟可靠的運輸技術(shù),以及制作構(gòu)件到場的安裝施工。不論是項目設(shè)計施工技術(shù),還是構(gòu)建制造運輸,裝配式建筑是一個全新的課題,相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員的水平都需提高[4]。

5 結(jié)語

裝配式建筑有許多傳統(tǒng)建筑無法比擬的優(yōu)點,但目前我國裝配式建筑的成本仍高于傳統(tǒng)住宅的成本;設(shè)計存在局限性,缺乏結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化研究;施工技術(shù)研發(fā)水平落后,復(fù)雜構(gòu)件的安裝很難滿足精度要求。受限于這些因素,裝配式建筑在我國仍未得到廣泛的應(yīng)用及推廣[5]。裝配式建筑是建造方式的重大變革,代表了新型建造的發(fā)展趨勢,將有效助推建筑行業(yè)提檔升級,為智能制造創(chuàng)造更多應(yīng)用場景,助推經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。先進(jìn)的建筑技術(shù)結(jié)合數(shù)字技術(shù)與實體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展,推動生產(chǎn)、管理、用工等全環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)型升級,成為行業(yè)新趨勢。據(jù)市場研究機構(gòu)IDC 預(yù)測:到2023年,75%的組織將擁有全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型實施路線圖,實現(xiàn)業(yè)務(wù)與日常各個方面的真正轉(zhuǎn)型;到2025年,75%的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者將利用數(shù)字平臺和生態(tài)系統(tǒng)能力來調(diào)整其價值鏈,以適應(yīng)新的市場、行業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)。在數(shù)字化賦能下,生產(chǎn)者可以基于大數(shù)據(jù)來設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)消費者真正需要和喜歡的產(chǎn)品,消費者的體驗就會越來越好。

同時,大數(shù)據(jù)和人工智能迅猛發(fā)展,對社會和商業(yè)的影響日益深刻,從學(xué)術(shù)界到企業(yè)界,智能化浪潮的來臨,已經(jīng)成為共識?？梢员燃缬诖蠛胶r期和工業(yè)革命的此次變革浪潮,必然會對我們的技術(shù)發(fā)展、商業(yè)和社會都會產(chǎn)生重大的影響。在人類社會的歷次技術(shù)革命中,一個人、一家企業(yè),甚至一個國家,可以選擇的道路只有兩條:要么加入浪潮,成為前2%的人;要么觀望徘徊,被淘汰。廣東新明珠陶瓷集團(tuán)在人工智能時代開始的時候,未雨綢繆,勇立潮頭,力爭做控制世界的2%人,是當(dāng)之無愧的行業(yè)標(biāo)桿。