上海建工建材科技集团股份有限公司

一、基本情况

（一）案例简介

　　上海建工建材科技集团股份有限公司针对常规传统固定模台生产线能耗高、作业环境差和劳动强度高以及平模流水生产线产品适应性差、串行容错率和生产效率较低等问题，研发了一种可扩展组合式预制混凝土构件数字化生产线系统，实现了固定模台双向可扩展布局、功能装备可纵横向移动，大幅提升了预制构件生产效率，已在全国十余个预制构件生产基地获得推广应用。相比传统生产线，在上海建工集团预制构件生产基地建设中大幅减少了初期投资和降低单位产品生产能耗。

（二）申报单位简介

　　上海建工建材科技成立于1953年，是上海建工集团股份有限公司全资子公司。公司拥有预拌混凝土和预制构件两大核心产业，两大产业在上海的市场占有率均处于前列，所属预拌混凝土生产企业遍布上海各区，预制构件生产基地辐射上海多个重点区域，配套有湖州新开元石矿、外加剂厂、机运分公司、机模具厂等全产业链，是国家装配式建筑产业基地，预制混凝土构件年产能20余万立方米。

二、案例应用场景和技术产品特点

（一）应用场景

　　可扩展组合式预制混凝土构件数字化生产线主要可应用于装配式建筑预制构件工厂建设和各类预制构件生产领域，实现预制墙板、叠合楼板、预制梁柱、预制双面叠合剪力墙、UHPC板(超高性能混凝土构件)等各类预制构件的高效生产。

（二）技术方案要点

　　可扩展组合式预制混凝土构件数字化生产线是一种基于模台纵横向可扩展、功能装备可移动的预制构件生产线，本案例主要针对传统固定模台生产线能耗高、平模流水生产线产品适应性差、串行生产容错性与模具拼装效率低等问题，对生产线工艺布局技术、生产线成套移动式关键装备、数字化管理控制等预制构件生产关键技术进行研究，形成了可扩展组合式预制混凝土构件数字化生产线及装备成套技术。

（三）创新点

　　1.可扩展组合式预制构件柔性智能生产线系统

针对国内装配式建筑预制构件生产效率不高、生产线布局不合理、产品生产能耗较高等问题，本项目结合中国建筑结构特点，创新研发了一种生产线模台纵横双向可扩展布局、生产装备沿轨道移动、预制构件原位生产养护的新型预制构件生产线工艺布局等系统技术生产线解决了传统固定模台生产线和平模流水生产线常规难题，有效提高预制构件劳动生产率、降低产品能耗、减少数字化生产线投资运营成本。

　　图1 生产线工艺布局实景

　　2.生产线成套功能装备及其智能协同生产控制技术

针对该新型预制构件生产线系统，本项目研发了适用于该生产线高效生产的成套功能装备，主要功能装备包括移动式振动侧翻设备、移动式前处理一体化设备、装备摆渡车、移动式边模钢筋运输设备等，并根据预制构件生产工序等特点，研发了功能装备智能协同生产控制技术，实现预制构件自动化柔性高效节能生产。

　　图2 生产线各功能装备实物图

　　3.预制构件生产线数字化生产与管理技术。

针对传统预制构件生产数字化水平较低、生产效率不高、设计生产协同水平低等情况，本项目结合该生产线生产特点，研发了基于生产线预制构件设计图纸信息的数字化加工转换，智能识别统计待生产构件尺寸埋件等信息，并通过生产系统进行虚拟优化布模、堆场物流管理、混凝土自动化运布料系统，提高了预制构件布模、构件运输堆放、混凝土运布料等生产效率。

　　图3 生产线数字化生产系统和自动运布料设备

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　　成果经上海建科检验有限公司对本项目研究成果应用的两个生产基地进行了产能与能耗等检测，下表为案例成果关键技术与国内外先进技术对比情况。

与国内外同类先进技术比较表1

三、案例实施情况

（一）案例基本信息

生产线应用以上海建工建材科技集团第一构件厂为例。该工厂占地约120亩，建成年生产预制构件能力不低于7万m3，属于旧厂房改造而成。该厂区原主要生产管桩构件，水、电、汽的供应可以满足预制构件工厂的相关需求，布设三条固定模台生产线和一条可扩展组合式预制构件生产线，共计118个模台，固定模台生产线车间尺寸分别为18m×118m、21m×120m、21m×189m，可扩展组合式预制构件生产线车间尺寸为24m×189m，起吊高度均为9m，钢筋加工车间面积为2736平方，厂区已建有相关的办公实验楼、餐饮宿舍楼、锅炉房、搅拌站、构件堆场、原料堆场等配套设施。

　　图4厂区总体平面示意图

（二）具体应用过程

　　可扩展组合式预制混凝土构件生产线主要应用于装配式建筑预制混凝土构件高效生产，是区别与固定模台生产线和平模流水生产线的一种新型预制混凝土构件生产线，生产线具体生产工艺和应用过程如下：

　　图5预制构件生产工艺流程图

　　(1)构件图纸系统读取与智能布模。技术人员导入待生产的预制构件图纸至生产系统，生产线系统自动读取待生产的预制构件尺寸和埋件等信息，并处理后转化为生产系统和装备可识别数据，生产线系统针对生产模台尺寸与数量进行模台上预制构件的虚拟布模，并优化构件布局，可有效提高模台生产利用率、构件生产效率等。

　　图6预制构件图纸自动识别处理系统

(2)预制构件自动清扫、划线、喷涂脱模剂等前处理作业。清扫划线脱模剂前处理一体化设备接收到系统传输的加工信息后，自行移动至对应待生产模台，完成预制构件生产模台清扫、模台拼装位置划线、喷涂脱模剂等前处理工序。

　　图7预制构件模台前处理一体化设备

(3)预制构件模具、钢筋、预埋件自动运输拼装。通过生产线边模及钢筋运输一体化设备将边模及钢筋等零部件运送至待生产模台，技术工人应用磁吸式固定装置等完成预制构件钢筋绑扎和埋件安装作业。

　　图8边模及钢筋运输一体化设备

(4)混凝土自动运输、布料浇筑：预制构件隐蔽工程验收完成后，通过自动化混凝土运料和布料系统设备，完成预制构件混凝土高效浇筑工作。

　　图9预制构件自动混凝土运输和布料设备

(5)混凝土自动振捣密实：通过生产线移动式振动侧翻设备，待混凝土浇筑完成后，自动移动至对应生产模台，锁紧撑起模台后完成预制构件的高效振捣密实。

　　图10预制构件混凝土自动振捣设备与生产图

(6)预制构件高效原位热养护：混凝土浇筑振捣完成后，通过自动覆膜装置，实现预制构件保温保湿作业，向高效热养护模台内部充入高温蒸汽，完成预制构件高效热养护。

　　图11预制构件覆膜和高效热养护模台

（二）典型做法

　　在原有厂房空间布局中新建可扩展组合式预制构件数字化生产线，利用厂区原有设备设施进行改造，最大化保留利用厂区设施，并新建预制构件生产所需的配套设备设施，满足预制构件日常生产需要。

　　新建钢筋加工车间跨度9m，长度118m，可以布置棒材定尺剪切线、调直切断机、弯曲机、BG18弯曲机等，在车间左侧设置了钢筋半成品堆放区，并通过左侧横移车将钢筋半成品转运至钢筋绑扎区进行绑扎。

新建原材料堆场及混凝土搅拌楼对原材料进行管理、控制，高效为构件生产提供混凝土。利用厂区原有甲级混凝土试验室，同时根据原材料条件，气候条件对混凝土配合进行调整，保证混凝土的和易性、强度以及产品质量。新建预制构件堆场，按照构件类型进行划分区域，不同构件设置不同形式堆放架，保证构件堆放有序，便于查找。新建模具即配件加工车间，进行模具加工制作和修补。新建锅炉房进行厂区天然气供应，使得能源得到最大化利用，节约生产成本。

　　图12实验室设备图13大面积堆场图14锅炉房

（三）创新举措

　　1.基于老厂房改造适合预制构件产品需求的高效布局。该示范基地属于旧厂房改造而成，该厂区原主要生产管桩构件，水、电、汽的供应可以满足预制构件工厂的相关需求，根据市场需求建设3条固定模台生产线和1条可扩展组合式预制构件数字化生产线。分别利用固定模台生产线生产各类非标构件，如楼梯、阳台、空调板、梁柱等异型构件，利用可扩展组合式生产线可生产标准构件，如标准模数构件叠合板、内外墙板、梁柱等等，以满足市场需求。

　　2.可扩展组合式长线台预制构件生产线布局技术。该基地可扩展组合式长线台预制构件生产线布设3.7m x 9m固定模台30个，纵向两条线分三组布设，每组五个模台，每条线布设15个模台，两条线之间可通过横向摆渡轨道运输关键装备完成连接。整个生产线布局灵活，适应性强，生产线可按构件产品类型及产能需求扩展投入生产设备并可灵活优化组合，从而实现生产线的高效生产。

　　3.可扩展组合式长线台预制构件数字化生产技术。该基地联合相关单位通过对构件进行拆分、设计图纸进行深化、模具数字化加工、利用中央控制系统对构件进行信息化识别、做到总体把控。该系统可实现对混凝土原材料的数字化控制，保证构件材料性能及配比满足要求。生产系统还通过识别构件图纸类别，与划线装置系统对接，进行预制构件自动化生产加工。

四、应用成效

（一）解决的实际问题

　　在我国装配式建筑得到蓬勃发展的同时，预制构件生产仍存在标准化程度不高、模具重复利用率低、生产数字化程度不高、生产环境较差等现象，现有预制构件生产线与装备仍有较多可改进的地方，包括常规固定模台生产线存在生产线能耗高、作业环境差和劳动强度高等不足，传统平模流水生产线产品适应性差、串行生产容错性低和生产效率有待提高等情况。

　　本案例开发了一种新型的预制构件生产线工艺布局技术、成套功能装备和数字化生产技术，可有效提高预制混凝土构件生产效率、降低构件生产单位产品能耗、降低预制构件建厂初期投资，并为装配式建筑预制构件生产企业提供了新的建厂方案和一种新的预制构件生产技术。

（二）实际效果

　　本案例研发的可扩展组合式长线台座法预制构件生产线成套技术，具有投资少、可扩展性强、劳动生产率高、适应性强、能耗低等优势，上海建科检验有限公司对本项目研究成果应用的两个生产基地进行了产能与能耗等检测，相关检测结果如下：

　　经检测，可扩展组合式预制混凝土生产线预制构件生产蒸养能耗约为装配式混凝土预制构件生产企业单位产品综合能耗指标先进指标值的32%，其他工艺能耗约为先进指标的62.8%，数字化生产线车间约为传统固定模台车间单位产品综合能耗的70%。

　　经检测，项目研发成果在上海建工第一构件厂和南通上建生产示范基地得到应用，两个示范基地设计年产能达到7 万立方以上，其中可扩展组合式预制混凝土构件生产线设计年产能达到 3 万立方米以上，劳动生产率相交传统数字化生产线提高60%以上。

（三）应用价值

　　1.经济效益

　　近3年，上海建工建材科技集团建立的3个建筑构件产业基地，应用了可扩展组合式预制混凝土构件生产线相关技术，在几十个工程项目中应用生产线生产技术，新增产值147800万元，新增利润4800万元，新增税收7630万元，节省成本1800万元;申请上海市高新技术成果转化2项，节支500万元，相关设备生产单位应用项目成果，已为十余个知名产业生产基地供应生产线设备，取得显著的经济效益。

　　2.社会效益

　　本项目申请国家专利30余项，获授权发明专利10余项，发表科技论文20余篇，获软件著作权2项，生产线相关技术在上海建工集团建筑构件产业化基地、南通上建建筑构件产业化基地、常熟上建生产基地等基地进行建设应用示范，并在中建三局、天津远大、武汉建工、湖南国信、河南水建等众多知名企业十余个生产基地中得到应用，取得良好的应用效果。

　　执笔人:

　　上海建工建材科技集团股份有限公司(朱敏涛，周强)

　　审核专家:

　　骆汉宾(华中科技大学，教授)

　　张声军(中国建筑科学研究院，研究员)