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装配式建筑智能制造和智能建造的创新需求

发布时间:2020-01-20    作者:admin    点击量:

1、当前建筑业生产作业现状

 

目前我国建筑业发展水平还不高,仍属于劳动密集型行业。大量农村转移劳动力参与到城市建设中,农民工在建筑业一线作业人员中数量占到95%以上,建筑业成为仅次于制造业吸纳农民工的第二大行业。随着我国城镇化建设持续推进,人口增长率下降和人口老龄化现象日益严重,从而导致建筑业劳动力供需矛盾日益明显。通过对江苏省五个城市建筑农民工平均年龄按样本数量进行二次加权平均,最终求得江苏省农民工平均年龄为44.73岁,45岁及以上建筑农民工比例高达49.5%。对杭州市农民工的择业意愿调查数据显示,现在建筑业农民工表示继续留在建筑业的比例占40.1%,35.8%表示要"根据情况决定”, 近1/3有转行意愿和准备,总体留行意愿不高。因此需要新的生产建造方式的变革满足城镇化持续性的建设需求。国家大力发展装配式建筑作业方式,推动我国建筑业供给侧结构性改革,通过机械化、自动化的方式取代人工,适应人口红利淡出的新常态,吸引更多的年轻劳动力从事建筑行业。

 

2 PC工厂智能制造面临的问题和创新需求

 

2.1 PC工厂生产方式简介

 

工厂化生产是装配式建筑发展的关键环节。PC生产方式有两种:固定方式和流水线方式。固定方式就是把模具安装在固定位置,而作业人员、钢筋和混凝土等在各个模台间"流动”,包括固定模台工艺、立模工艺和预应力工艺等,其中固定模台工艺是最主要的PC制作工艺;流水线方式即将PC构件生产过程分解成一系列操作工位, 将构件从一个工位按照顺序传送到下一个工位进行操作,包括半自动流水线、全自动流水线等。PC构件生产工艺流程主要包括:安模-浇筑-赶平-预养-抹光-养护-拆模-起板人库等, 见图1外墙板生产流程。

 

2.2 PC工厂智能制造面临的问题

 

国内PC构件生产设备从仿制德国设备开始,经历15年左右的发展,已经基本实现国产化,还存在诸多问题,主要集中在:PC构件生产工艺复杂,标准化程度低;PC生产设备、钢筋加工设备、混凝土搅拌设备和起重机械设备四大设备联动性差,设备功能配合工艺生产不足;生产设备自动化和信息化程度低,实际人工手动单步控制,关键工位存在大量人工作业;钢筋生产线为单一钢筋设备的简单堆砌,需要大量人工进行半成品钢筋绑扎;国产设备可靠性差,故障频发。这些已成为阻碍我国装配式建筑工厂化生产的主要弊端。

 

2.3 PC工厂智能制造创新需求

 

(1)研制PC构件生产线用摆模机器人及其配套模具,摆模机器人是工业机器人在PC构件生产制造行业的应用,包括机械结构、传动系统和控制系统三大部分。应保证其具有良好的控制精度,摆模精度在士2mm之内,具有高度开放、 兼容和易移植的控制系统及高效便捷的人机互动界面。配合专用模具,自动化实现PC生产线模具放置、固定、拆卸和回收等工作。

 

(2)研制钢筋笼和模具一体化智能组装设备。智能组装设备可自动化实现模具和钢筋笼的识别、存储、运输、搬运等功能,对模具和钢筋笼信息进行标记和存储,对模具和钢筋笼进行自动准确组装。解决钢筋笼、模具在搬运组装过程中中间环节多,安装精度差等问题,也有利于PC构件自动标识及信息化建档。

 

(3)研制钢筋笼自动绑扎或焊接智能设备。可按照导人的CAD网片规格进行全过程自动生产的智能设备;焊接或者绑扎的钢筋直径范围广,质量可靠;钢筋网络尺寸精确要高,在士10mm范围内;可根据预埋件、窗户、门口尺寸,自动按照预留尺寸开孔;具有互联网和通信接口,可方便技术人员通过互联网远程诊断/故障排除。

 

(4)研发复杂预制构件混凝土数字化智能精确布料技术。研究混凝土布料关健工艺、智能化布料设备,使得能够智能控制布料机阀门开关,运行和布料速度,自动化精确浇筑混凝士;可适应不同塌落度混凝土,下料量可控,落料均匀,噪音小,振动多维高效;可便捷高效自动清理料斗内剩余物料,防止在料仓内凝结。

 

(5)研制预制构件成品专用运输设备。研发配备托盘的PC构件专用运输车辆,托盘在堆场放置,车辆自装卸,无需吊装;可运输超高构件,避免道路限高限宽制约;满足车辆在复杂工况和任意载荷的减震需求,减少构件在运输过程中颠簸损坏,可根据路況智能调整托盘离地高度;配备防爆保护装置,避免托盘坠地,损坏构件。

 

(6)研发基于BIM的PC构件CAM(计算机辅助制造)技术。基于BIM信息,通过CAM完成边模、钢筋、预埋件等工艺布局,通过摆模机器人在模台上自动安装定位,实现摆模机器人,MES(制造企业生产过程执行系统)和云制造平台的互联互通,基于MES或云制造平台实现从CAM 工艺方案到布模实施完成的全自动化作业流程口。

 

(7)研发基于BIM的工厂信息化管理系统。信息化系统以MES(制造企业生产过程执行系统)为主,涉及ERP(企业资源计划)、WMS(仓库管理系统)部分功能,为PC构件工厂提供数字化工厂解决方案。涵盖从构件深化设计、原料采购到成品发货整个生产过程管理,打通上下游的业务流和信息流。

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