摘 要：近年来各地不断出台关于装配式建筑的相关政策，装配式建筑占新建建筑比例不断提升。混凝土预制构件（简称PC构件）生产线也迎来了建设高潮。一个基地的规划设计不仅与当地政策、市场容量有关，而且还要与技术装备、场地面积、PC构件合理的运输半径相适应；工艺技术装备的选择是PC构件基地建设的核心，不能盲目追求大规模、自动化、智能化水平，不能片面认为固定模台生产就是落后的工艺，深入挖潜国产线各工艺环节的匹配合理性，提升国产装备的自动化、智能化水平是PC装配技术发展的必然；PC构件工厂规划中成品堆场的面积大小应引起重视；此外，PC构件基地应成为建筑设计、PC构件拆分、模具设计及加工、生产管理、施工技术支持的全产业链纽带，践行国家大力发展装配式建筑的意义。
自2016年国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发〔2016〕71号）以来，推广装配式建筑正式提升到国家层面。近年来各地不断出台关于装配式建筑的相关政策，装配式建筑占新建建筑比例不断提升。PC构件市场出现了供不应求的局面，PC构件生产线也迎来了建设高潮，大型建材企业集团纷纷在全国各地布局并建设装配式建筑部品基地。PC构件部品基地如何布局不仅是政府部门关注研究的问题，也是一些集团公司的研究重点。笔者参加了金隅装配式建筑部品基地项目的调研、规划、设计全过程，本文对该项目PC构件生产基地的规划设计进行简要总结分析。
1 基地规模定位
一个基地的选址和规模定位在项目决策阶段尤为重要。近年来，规模大、品种全、自动化程度高、智能化成了大型集团公司对PC构件基地建设的追求。远大住工、美好置业集团都相继在全国布局装配式建筑产业基地，已布局基地的数量都在十个以上。2019年11月投产的金隅新材玉田装配式建筑部品基地项目（以下简称玉田项目），其一期建设投资约2亿元，规划设计产能为年产15万立方米PC构件；2019年12月美好置业集团斥资5亿元在湖南岳阳汨罗市建成智能化生产基地，引进欧洲智能化生产设备，年生产PC构件30万m3。
大的投入是否能带来规模效益呢？对玉田项目的经济进行分析测算得知，在达到设计产能50%的情况下，全投资内部收益率达8.84%（税后），投资回收期9.97年（税后），项目的市场竞争能力和项目的经济效益尚可，其效益除了受实际产能影响外，对产品价格也很敏感，价格向下浮动3%～5%可直接影响内部收益率。在玉田项目的基地规划研究中，笔者认为一个基地的规模定位与以下三大因素密切相关。
1.1 当地政府政策
目前，我国的装配式建筑并不完全是市场自发的行为，而主要是由政府推动的，且各地的政策推动力度有较大的差异。比如北京、上海这些发展积极的地区明确提出2020年装配率要实现30%以上；发展稳健性的地区提出了示范期、发展应用期、普遍发展期的阶段性目标：稳扎稳打；但更多是一些省市在积极学习考察，落实装配式建筑的政策及出台详细的阶段性计划纲领并提上议程。因此，基地的选址和规模定位要首先与当地政府的政策相匹配。
1.2 当地建筑市场规模
每平方米建筑混凝土用量与建筑的结构形式密切相关，据经验数据统计，多层砌体住宅每平方米建筑混凝土用量为0.3～0.33m3，多层框架结构为0.33～0.35m3，高层建筑（11～18层）为0.35～0.36m3。按每平方米建筑混凝土用量大约为0.33m3估算，PC构件预制率若按20%计算，每平方米建筑PC构件量约需要0.066m3，随着构件预制率的提高，PC构件需要量呈正比例增长，即当预制率为40%时，PC构件量约需要0.132m3。装配式建筑市场的容量与城市的发展息息相关，相对城市建设迅猛发展的地区，一些二三线城市新增建筑面积增量小，预制率要求低，年需PC构件的量也与经济发展迅速的地区不能比。因此，PC构件基地的规模不应盲目效仿发达地区，应因地制宜。
1.3 合理运输半径
PC构件基地地域性强，受服务半径制约。砂、石是主要的原料，其运输量大，PC构件体型大、重量大，构件外形尺寸多样化，运输距离若太远，则运输成本会大幅度提高。有学者对运距与PC构件的价格做了分析，其数据摘录见表1。表1中，运费参考了北京燕通和北京榆构近几年的实际运费水平。PC构件综合单价按平均3000元/m3计算（水平构件较便宜，约为2400～2700元/m3；外墙、阳台板等复杂构件约3000～3400元/m3）。运输合理半径在100～120km以内为宜，在此范围内运费约占PC售价的7%～8%。
因此，在确定PC构件部品基地规模时应以合理运输半径内的市场需求量作为重要依据之一。
2 产品方案及产能规划
2.1 产品方案
目前工厂大宗的产品种类有：叠合楼板、剪力墙板、复合保温外墙板、复合承重内墙板、框架梁柱、双皮墙、预制楼梯、预制楼梯休息平台、预制阳台、预制空调板等（如图1所示）。如何确定产品种类不仅与PC构件的基地定位相关联，还与当地主要建筑结构形式、建筑风格有关。
图 1 PC构件种类
PC构件种类繁多，不同的建筑结构设计，PC构件种类差别也很大。当地以高层住宅建筑为主，还是框架结构为主；所涉及到的构建种类是否有剪力墙板、当地构件预制率要求是多少；当预制率较高时，仅有水平构件是不能满足要求的，还需要竖向构件。
综合性大型的基地定位，产品种类应较齐全，满足不同客户的需求。根据厂家调研，在基地规划初期，产品方案构成可按内墙板∶外墙板∶叠合楼板∶异形构件=1∶2∶1∶0.5来粗略估算，产品种类确定后，各种类的规划设计产能就可估算出来。
2.2 规划设计产能的确定
PC构件生产企业的经营状况与政策的推动力度相关联，步入行业较早的企业都经历了培育市场、产能发挥不足、亏损的艰难历程，近年来，随着政策力度的增大，工厂的实际产能发挥率在设计产能的60%～70%，下面分析一下产能不能100%发挥的原因。
内墙板、外墙板、叠合楼板等板类构件的生产通常采用流水模台工艺，设计产能可按式（1）估算。
Q=60/t×S×ψ×d×T （1）
式中：Q——产量，m3/a；
t——生产节拍，min；
S——模台面积，m2；
ψ——模台利用系数，%；
d——制品混凝土厚度，m；
T——年工作小时数。
从公式（1）中可以看出，模台尺寸、产品方案一旦确定，影响设计产能发挥的主要因素是生产节拍和年工作小时数这两个时间参数。
受工人熟练程度的影响，理论的生产节拍实现不了，再加之订单的不连续性、环保停工等因素，其实际年工作小时数远小于理论生产时间，年有效工作天数远小于300天，故确定设计产量时要考虑修正系数，修正系数建议为0.5～0.7。
异形构件通常采用固定模台来生产，整个构件的浇筑成型、养护、组模和拆模都在固定的模台上完成。其自动化程度低，人工参与环节多，其生产能力的发挥受人的因素、生产组织管理水平的影响较大。其产能与模台数量正相关，可按式（2）估算[1]。
MS=Cm×Hn （2）
式中：MS——标准模台数量；
Cm——系数，板式构件6～8，梁柱式构件4～6；
Hn——产能，万m3/年。
综上，在设计产能确定时，要充分考虑订单式生产、环保停工、工人熟练程度等因素带来的规划产能实际发挥的不确定性。
3 工艺技术装备的选择
工艺技术装备的选择是PC构件基地建设的核心。目前，国内有引进欧洲的全自动化流水线，也不乏以国产技术装配自动化流水线工艺。国外装备厂家有Aver-mann、Ebawe、Sommer、Vollert[2]。这些装备实现了图样输入、模板自动清理、机械手划线、组模等几乎所有工序的自动化、智能化操作。
国内具有代表性的设备生产厂家主要有河北新大地机电制造有限公司、三一快而居住宅工业有限公司、鞍山重型矿山机器股份有限公司、远大住宅工业（北京）有限公司。采用模台流转的流水线与固定模台的不同组合工艺。
国内自动化流水线即让模台在设定的轨道上移动，混凝土布料工位相对固定，在整个流水线上，完成组装模具、模具涂油、钢筋网片放置、混凝土浇筑、振捣、蒸汽养护、构件脱模、脱模后的模台经清理再进入下一循环。在国内，由于构件的不标准化，需要人工参与的环节较多，基于自动化流水线的环形设计理念，又演变出柔性生产线，将制约生产节拍的工序可通过设备暂时拖离主循环，待工序处理完后再进入主循环。叠合板、承重内墙板、复合保温外墙板、双皮墙等墙、板预制构件可采用自动流水线工艺。
固定模台工艺的特点是模台固定不动，混凝土布料、振捣、养护都在同一工位完成。混凝土布料可采用运料罐车；振捣多采用振动棒；楼梯、阳台板、预制梁等异型构件一般采用固定模台生产。
固定模台适应构件的范围最广，几乎所有的构件都可以在固定模台上完成（先张法预应力构件除外）。因此，要走出固定模台生产工艺就是落后工艺的误区，在固定模台工艺上也可应用自动化管理，例如，实现运料罐车轨道行走，浇筑布料的自动化控制，也可在固定模台上安放附着式振动器；也可配有可伸缩的蒸汽罩，通入蒸汽管道和自动控温装置来进行养护。
自动化、智能化程度高成了引进设备的最大卖点，但通过已投产的进口生产线并不完全适应国情。我国住宅建筑，特别是高层建筑主要以剪力墙结构为主，按现行规范，剪力墙大都两边或三边出筋，且出筋复杂，叠合楼板预制部分，构件端部也都要出筋；对于阳台板、飘窗、转角板等异形构件钢筋骨架复杂，这些出筋的构件都无法实现全自动化生产。虽然有个别省份出台了地方设计规范，可以应用不出筋构件，但大部分地区仍采用国家设计规范。因此，结合国情，根据PC构件种类的不同，采用国内流水线与固定模台的不同组合工艺，性价比较高。深入挖潜国产线各工艺环节的匹配合理性，提升国产装备的自动化、智能化水平是PC装配技术发展的必然。
PC构件基地的工艺技术装配应根据基地的定位和规模来确定。对于大型集团公司的战略布局可配置3～4条综合流水线，配置1条固定生产线，配置1条钢筋加工线，其年生产能力不小于20万m3；对于年产15～20万m3的PC构件基地，可配置2条综合流水线，1条固定模台生产线，1条钢筋加工线；年产10～15万m3经济性的PC基地可配置1条综合流水线，1条固定模台生产线，1条钢筋加工生产线；对于政策刚起步的区域，产量微量，也可仅配置固定模台生产线及适量的配套设备。固定模台生产线的模台数量可根据场地大小及当地构件种类确定。
以金隅玉田装配式产业园为例，其两期规划产能为30万m3，一期建设设综合流水线2条，其中一条以生产叠合楼板、双皮墙为主，另外一条以生产复合内外墙板为主；固定模台生产线设有32张4m×9m模台，钢筋加工线一套，专用混凝土搅拌站一座。其规划生产能力为年产15万m3（如图2~图4所示）。
图 2 金隅玉田一期厂房功能平面布局
图 3 金隅玉田装配式建筑部品基地厂区规划
图 4 已建成的一期厂房实景
4 厂区规划设计
PC构件基地的厂区规划中主要由PC构件生产厂房、混凝土拌合输送系统、锅炉房、配电、消防、检化验等辅助生产设施、构件成品堆放区、办公楼、食堂等办公生活区组成。
目前，PC构件生产厂房长度在180～220m之间，厂房跨度在24～30m之间，厂房宽度通常有3～5跨，每一跨内布置生产线，单体厂房的建筑面积20000m2左右。混凝土拌合输送应与生产线的布料工位协同考虑，尽可能减少混凝土的输送距离。
构件成品堆场在PC构件工厂布局设计中占有重要的地位，堆场的面积大小是制约生产的因素之一。施工工地一般不具备存储大量构件的场地，而且受施工进度的调整，PC构件不能及时安装，生产基地如若堆场面积已经堆满，生产出来的产品无处存放，就会导致车间停产。通过对北京燕通和北京榆构等生产厂家的调研，建议堆场面积大于2倍的生产厂房面积为宜。
此外，成品堆场应与生产车间的成品出料方向综合考虑。为有效利用堆场空间，堆场应设龙门吊或起重设备。PC构件应分区堆存，储存位置及构件信息录入管理系统，便于成品的发运实现信息化、智能化管理。
5 PC基地科研设计能力规划
大力发展装配式建筑是我国建筑行业的一次变革。装配式建筑本身就是一个系统工程，PC构件基地作为构件的生产环节，必须与建筑方案设计、构件拆分、模具设计、施工现场的进度需求紧密关联。基地规划应充分考虑设计研发部门的设立，招聘专业人员，具备读图能力，对接设计院，在生产任务下达前，进一步核对构件拆分图纸的准确性，再结合模具设计及加工企业，进行生产技术交底。企业要生存，降控成本是必然的。其中，模具成本占比较大，占构件成本的20%左右。构件的模数化、标准化设计对模具成本具有直接的影响，因此，PC构件基地的生产，并不是简单理解为施工现场搬到了工厂，PC构件的“一拆一组”是一个系统工程，只有上下游的通力配合，才能践行发展装配式建筑的深刻意义。
结语
PC构件工厂的设计规模及产品定位需要结合市场需求特点，合理确定产能；生产装备水平的选择要结合国情，不能盲目追究自动化、智能化，走出固定模台生产就是落后的误区；深入挖潜设计各环节的匹配合理性、提升自动化、智能化程度是我国装配式建筑设备装配水平发展的方向；PC构件工厂规划中成品堆场的面积大小应引起重视；此外，PC构件基地的规划中要重视科研、信息化、智能化投入的规划设计，应用BIM软件、构件科研平台、引进专业人才，将建筑方案设计、PC构件拆分、PC构件模具设计与生产管理结合是PC构件部品基地规划设计的重要一环。
参考文献：
[1]郭学明.《装配式混凝土建筑构件工艺设计与制作200问》[M].北京:机械工业出版社,2018:19-20.
[2]张金树,王春长.《装配式建筑混凝土预制构件生产与管理》[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2017:10-11.
（编辑：奚雅青）
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