劉子金，趙紅學(xué)，翟小東

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

隨著我國建筑工業(yè)化以及“一帶一路”建設(shè)的逐步推進(jìn)，建筑用成型鋼筋制品加工的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化生產(chǎn)的需求越來越強烈，而目前大多施工現(xiàn)場仍采用傳統(tǒng)簡易單機的模式進(jìn)行鋼筋加工生產(chǎn)，造成了生產(chǎn)效率低、勞動強度大、安全隱患多、加工質(zhì)量和進(jìn)度難以控制等問題，在一定程度上制約了我國提升建筑工程質(zhì)量、保證建筑工期及綠色施工的發(fā)展。

建筑用成型鋼筋制品加工與配送技術(shù)是指由具有信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的專業(yè)化鋼筋加工機構(gòu)進(jìn)行鋼筋大規(guī)模工廠化、專業(yè)化生產(chǎn)和商品化配送，并具有現(xiàn)代建筑工業(yè)化特點的一種鋼筋加工方式。該項技術(shù)不但可以解決當(dāng)前鋼筋加工生產(chǎn)存在的問題，而且符合我國綠色建筑施工的發(fā)展要求。成型鋼筋制品加工與配送技術(shù)主要包括信息化生產(chǎn)管理技術(shù)、鋼筋專業(yè)化加工技術(shù)、自動化鋼筋加工設(shè)備和成型鋼筋配送技術(shù)。因此，建筑用成型鋼筋制品的加工與配送是建筑工業(yè)化發(fā)展的必由之路。

1 主要技術(shù)優(yōu)勢

我國建筑用鋼筋長期以來依靠簡易單機來進(jìn)行加工，隨著一些國產(chǎn)鋼筋自動化、智能化和信息化設(shè)備的出現(xiàn)，以及相關(guān)行業(yè)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的日趨完善，這些都為我國成型鋼筋制品加工與配送技術(shù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

此技術(shù)與目前普遍現(xiàn)場加工的作業(yè)方式相比，具有以下優(yōu)點。

1）加工效率高，可滿足大規(guī)模工程建設(shè)中鋼筋加工的需求。

2）信息化程度高，可對接建筑信息化管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測生產(chǎn)進(jìn)度，便于組織協(xié)調(diào)管理。

3）鋼筋制品加工自動化、智能化，采用工廠化加工方式便于先進(jìn)技術(shù)的使用，保證了成型鋼筋制品加工效率的同時提升了制品質(zhì)量。

4）質(zhì)量可追溯性，每批成型鋼筋制品都有完整的生產(chǎn)、檢驗信息，能夠杜絕“瘦身”鋼筋在建筑物的使用，最終確保工程質(zhì)量。

5）綠色環(huán)保，沒有現(xiàn)場鋼筋加工的噪音污染，解決了擾民問題，同時工廠化生產(chǎn)節(jié)約原材料，避免浪費。

6）確保了施工現(xiàn)場整潔文明，排除了由于鋼筋加工制作帶來的安全隱患，生產(chǎn)安全性高。

2 信息化生產(chǎn)管理技術(shù)

信息化生產(chǎn)管理技術(shù)，是指根據(jù)實際建筑工程需求，獲取工程項目的概況、工期、進(jìn)度、質(zhì)量要求、技術(shù)要求、驗收標(biāo)準(zhǔn)、施工難點等信息，然后通過信息化管理軟件對從鋼筋原材料采購、鋼筋成品設(shè)計規(guī)格與參數(shù)生成、加工任務(wù)分解、鋼筋下料優(yōu)化套裁、鋼筋與成品加工、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、產(chǎn)品捆扎包裝，到成型鋼筋配送、成型鋼筋進(jìn)場檢驗驗收、合同結(jié)算等全過程進(jìn)行管理，其工作流程如圖1所示。

圖1 信息化生產(chǎn)管理流程圖

一種新型帶有“遠(yuǎn)程通訊接口”的加工配送管理軟件（如圖2）是此項技術(shù)的核心，它能夠直接對接建筑信息化管理軟件，能夠提高成型鋼筋制品加工配送管理效率，減少中間管理環(huán)節(jié)，為建立自動化、數(shù)字化、信息化工廠提供有力的軟件支撐。

圖2 鋼筋加工配送管理軟件

2.1 數(shù)據(jù)對接

在信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)沒有出現(xiàn)時，鋼筋制品的鋼筋規(guī)格、長度等數(shù)據(jù)只能采用人工方式根據(jù)圖紙進(jìn)行鋼筋規(guī)格、長度統(tǒng)計，然后根據(jù)能夠采購的定尺原材料，進(jìn)行長度優(yōu)化，最后比照下料單和現(xiàn)有的鋼筋材料長度，進(jìn)行下料優(yōu)化。這種方式不但效率低、工作量大，而且出錯率極高。

而目前在安裝信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)后，通過此軟件可直接對接BIM系統(tǒng)獲取鋼筋加工數(shù)據(jù)，如圖3所示，也可通過鋼筋加工管理軟件網(wǎng)絡(luò)版客戶端進(jìn)行鋼筋圖形數(shù)據(jù)錄入，將鋼筋圖形數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)中心計算機上進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

圖3 對接BIM系統(tǒng)獲取鋼筋加工數(shù)據(jù)

2.2 加工任務(wù)分解

圖4 生產(chǎn)任務(wù)安排調(diào)度

在管理軟件的數(shù)據(jù)服務(wù)中心，對鋼筋圖形尺寸數(shù)據(jù)按照鋼筋級別、尺寸等進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)并。按照鋼筋圖形尺寸特征對鋼筋和加工工藝工序進(jìn)行優(yōu)化匹配，對加工班組進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)的安排調(diào)度，如圖4所示。例如，需要將鋼筋加工料單中需要套絲的鋼筋匯總出來，安排到鋸切、套絲、彎曲線上加工；將箍筋匯總出來，安排到數(shù)控彎箍機上加工；將板筋匯總出來，安排到數(shù)控板筋加工生產(chǎn)線上加工。

成型鋼筋制品的加工任務(wù)能夠根據(jù)建筑施工項目的施工進(jìn)度做出快速調(diào)整，在遇到圖紙變更、施工方案臨時性調(diào)整等突發(fā)情況時，能夠及時調(diào)整成型鋼筋加工計劃和當(dāng)前進(jìn)度，進(jìn)而制定新的成型鋼筋加工配送進(jìn)度計劃表，保證成型鋼筋能夠如期加工與配送。

2.3 成型鋼筋制品加工

將生產(chǎn)任務(wù)數(shù)據(jù)通過車間級局域網(wǎng)絡(luò)或者二維碼的方式發(fā)送到設(shè)備的配方存儲數(shù)據(jù)庫中。設(shè)備讀取圖形配方數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加工生產(chǎn)，如圖5所示。

管理軟件實時記錄成型鋼筋制品的加工進(jìn)度，支持遠(yuǎn)程查看，根據(jù)建筑工程的施工進(jìn)度來安排成型鋼筋加工，從而避免生產(chǎn)加工的盲目性，減少不必要的庫存，進(jìn)而優(yōu)化利用鋼筋制品加工空間。

圖5 二維碼料單錄入

2.4 質(zhì)量檢驗及入庫

質(zhì)量檢驗是成型鋼筋制品加工與配送的重要環(huán)節(jié)，也能避免出現(xiàn)現(xiàn)場檢驗不合格而影響項目進(jìn)度的問題，質(zhì)量檢驗信息及制品批次等信息被記錄在系統(tǒng)中備查。經(jīng)過檢驗合格后的鋼筋制品進(jìn)行入庫管理，可以通過工位機自動完成入庫反饋，也可以通過PDA+QR二維碼的方式進(jìn)行質(zhì)量檢驗入庫。入庫后數(shù)據(jù)服務(wù)中心設(shè)置入庫鋼筋狀態(tài)為完成狀態(tài)，并記錄成品鋼筋存放位置。

建筑用成型鋼筋制品加工與配送技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)成型鋼筋應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ366和《混凝土結(jié)構(gòu)用成型鋼筋制品》GB29733的有關(guān)規(guī)定。具體要求如下。

1）鋼筋進(jìn)廠時，加工配送企業(yè)應(yīng)按國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定抽取試件作屈服強度、抗拉強度、伸長率、彎曲性能和重量偏差檢驗，檢驗結(jié)果應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2）盤卷鋼筋調(diào)直應(yīng)采用無延伸功能的鋼筋調(diào)直切斷機進(jìn)行，鋼筋調(diào)直過程中對于平行輥式調(diào)直切斷機調(diào)直前后鋼筋的質(zhì)量損耗不應(yīng)大于0.5%，對于轉(zhuǎn)轂式和復(fù)合式調(diào)直切斷機調(diào)直前后鋼筋的質(zhì)量損耗不應(yīng)大于1.2%。調(diào)直后的鋼筋直線度每米不應(yīng)大于4mm，總直線度不應(yīng)大于鋼筋總長度的0.4%，且不應(yīng)有局部彎折。

3）鋼筋單位長度允許重量偏差、鋼筋的工藝性能參數(shù)、單件成型鋼筋加工的尺寸形狀允許偏差、組合成型鋼筋加工的尺寸形狀允許偏差應(yīng)分別符合《混凝土結(jié)構(gòu)成型鋼筋應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ366中表4.1.4、表4.1.5、表5.2.13、表5.3.10的規(guī)定。

4）成型鋼筋進(jìn)場時，應(yīng)抽取試件作屈服強度、抗拉強度、伸長率和重量偏差檢驗，檢驗結(jié)果應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；對由熱軋鋼筋制成的成型鋼筋，當(dāng)有施工單位或監(jiān)理單位的代表駐廠監(jiān)督生產(chǎn)過程，并提供原材鋼筋力學(xué)性能第三方檢驗報告時，可僅進(jìn)行重量偏差檢驗。

2.5 配送、現(xiàn)場安裝及合同結(jié)算

數(shù)據(jù)服務(wù)中心自動輪詢收集鋼筋構(gòu)件加工完成信息，根據(jù)工程施工項目需求下達(dá)配送指令，然后安排相應(yīng)人員進(jìn)行裝車配送，到達(dá)現(xiàn)場安裝、驗收，最后進(jìn)行合同結(jié)算，這些過程都可以通過網(wǎng)絡(luò)終端錄入管理系統(tǒng)，可方便管理人員隨時查看項目進(jìn)度情況。成型鋼筋制品加工與配送的簡單流程如圖6所示。

圖6 成型鋼筋制品加工與配送簡單流程

3 鋼筋專業(yè)工廠化加工技術(shù)

由具有一定專業(yè)能力的技術(shù)人員，采用成套自動化鋼筋加工設(shè)備，經(jīng)過合理的工藝流程，在固定的加工場所集中將鋼筋加工成為工程所需的各種成型鋼筋制品。專業(yè)化鋼筋加工廠一般可分為以下幾個工段：鋼筋原材儲放工段、鋼筋上下料運輸工段、棒材鋼筋制品成型工段、線材鋼筋制品成型工段、組合鋼筋制品成型工段、成品儲放工段。

3.1 鋼筋原材儲放工段

根據(jù)生產(chǎn)計劃需要采購鋼筋原料，由卡車?yán)霃S內(nèi)后按照直徑規(guī)格和原料種類分區(qū)存放，可分別設(shè)置線材存放區(qū)、棒材存放區(qū)。原材儲放應(yīng)便于叉車、天車對原材進(jìn)行轉(zhuǎn)運。

3.2 鋼筋上下料運輸工段

根據(jù)生產(chǎn)計劃將鋼筋從原材儲放工段用叉車、天車轉(zhuǎn)運到設(shè)備原料架上準(zhǔn)備加工，廠區(qū)應(yīng)專門設(shè)置用于叉車運輸通道，加工完成后的鋼筋制品再由此工段運輸至成品儲放工段。

3.3 線材鋼筋制品成型工段

線材鋼筋制品成型工段（如圖7）以盤條鋼筋為原料，生產(chǎn)箍筋、長條彎曲筋、墻板筋等。

圖7 線材鋼筋制品成型工段

3.4 棒材鋼筋制品成型工段

由于建筑結(jié)構(gòu)組成和工程種類多種多樣，建筑上使用的鋼筋往往長短不一，而鋼廠銷售的棒材鋼筋長度往往都是12m、9m等標(biāo)準(zhǔn)尺寸，所以棒材鋼筋的加工第一道工序必然是定尺剪切，然后根據(jù)需要進(jìn)一步進(jìn)行彎曲或滾絲等加工，用于梁、柱等配筋，如圖8所示。

3.5 組合鋼筋制品成型工段

組合鋼筋制品成型工段（如圖9）主要用來加工成型鋼筋籠、鋼筋網(wǎng)、鋼筋桁架等鋼筋組合制品。

圖9 組合鋼筋制品成型工段

3.6 成品儲放工段

將成品儲放至此工段（如圖10），可以在此工段進(jìn)行成品檢驗，且要便于裝車配送。

圖10 成品儲放工段

3.7 技術(shù)人員技能

工廠化、專業(yè)化的加工生產(chǎn)方式，需要一批具有較強鋼筋制品加工能力的技術(shù)人員。

成型鋼筋加工配送工廠技術(shù)人員應(yīng)具備的技能包括：①能夠熟練的操作鋼筋加工廠的自動化加工設(shè)備，具有一定的機械維修常識；②熟練掌握各鋼筋加工制品的加工工藝和流程，清楚加工順序和步驟，具有較強的安全生產(chǎn)意識；③熟練掌握鋼筋工程的施工規(guī)范和驗收標(biāo)準(zhǔn)。從而能夠控制成型鋼筋加工的質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求和驗收標(biāo)準(zhǔn)。

4 成型鋼筋制品自動化加工技術(shù)

目前，鋼筋成型鋼筋加工制品主要可以分為線材鋼筋制品、棒材鋼筋制品、組合鋼筋制品三大類，針對上述三類產(chǎn)品，成型鋼筋制品自動化加工技術(shù)也可分為三大類。

4.1 線材鋼筋制品自動化加工技術(shù)

線材鋼筋指經(jīng)線材軋機熱軋后卷成盤狀交貨的鋼材，又稱盤條。對線材鋼筋矯直的速度及切斷性能研究，開發(fā)出一種新型的自動鋼筋調(diào)直切斷機，對筋肋無損傷的高速調(diào)直技術(shù)研究。其牽引速度可達(dá)100m/min，采用伺服剪切的方式，保證鋼筋的切斷長度誤差在±2mm內(nèi)，并且設(shè)備具有穩(wěn)定性高、故障率低，對鋼筋肋無損傷的特點。

自動板筋生產(chǎn)線是一種專門加工建筑用墻板筋的生產(chǎn)線，其效率是當(dāng)前其它加工方式的5倍以上，其設(shè)備研發(fā)指標(biāo)：鋼筋彎曲直徑5～12mm；彎曲角度0～180°；彎曲長度范圍1 500～1 2000mm；最大生產(chǎn)速度120m/min。

在箍筋的加工方面，建筑工程中HRB400級鋼應(yīng)用不斷推廣，HRB500級鋼投入使用，鋼筋高強化已成國家節(jié)能環(huán)保的一項重要舉措。開發(fā)出一種動力性能更優(yōu)的液壓數(shù)控鋼筋彎箍機，用來適應(yīng)市場上高強鋼筋的彎曲。

目前用于線材鋼筋制品的自動化加工機械有自動8字筋成型機、自動鋼筋調(diào)直切斷機、自動鋼筋彎箍機、自動板筋生產(chǎn)線等，如圖11所示。

圖11 線材鋼筋制品自動化加工設(shè)備

4.2 棒材鋼筋制品自動化加工技術(shù)

棒材鋼筋加工是指直條鋼筋定尺切斷、鋼筋彎曲成型、鋼筋直螺紋加工成型等，如圖12所示。

圖12 棒材鋼筋制品自動化加工設(shè)備

結(jié)合目前市場需要，我們研究開發(fā)了適合我國國情、能夠直條鋼筋上料、可實現(xiàn)?8-?25直條鋼筋彎曲的立式鋼筋彎曲生產(chǎn)線設(shè)備。

自動絲頭鋼筋生產(chǎn)線的研發(fā)，提高生產(chǎn)線加工不同規(guī)格鋼筋時相應(yīng)部件的調(diào)整方便性，并且增加關(guān)鍵部位的自動調(diào)整功能；研發(fā)大規(guī)格鋼筋、超強鋼筋螺紋的自動化加工技術(shù)；模塊化設(shè)計，實現(xiàn)各個功能塊的自由組合功能，以滿足工程建設(shè)不同用戶需要；改進(jìn)和完善生產(chǎn)工藝工裝，逐步實現(xiàn)鋼筋加工成套設(shè)備產(chǎn)業(yè)化，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和性價比。

4.3 組合鋼筋制品自動化加工技術(shù)

組合成型鋼筋制品加工是指鋼筋焊接網(wǎng)、鋼筋籠、鋼筋桁架、梁柱鋼筋成型加工等，如圖13所示。自動鋼筋焊接網(wǎng)生產(chǎn)線可以適應(yīng)市場上各種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)、開缺網(wǎng)及開口網(wǎng)；自動鋼筋籠成型機可以加工樁徑300～3000mm范圍內(nèi)的鋼筋籠制品。

5 成型鋼筋商品化配送技術(shù)

所謂成型鋼筋商品化配送，就是將工程所需要的各種不同類型的鋼筋依照建筑結(jié)構(gòu)的實際尺寸，由自動控制機械加工成型，按照施工工期運往建筑工地直接使用。

商品化建筑鋼筋應(yīng)用比例的高低及其配套服務(wù)的商品化和市場化程度，反映著一個國家建筑工業(yè)化和施工技術(shù)的發(fā)展水平。歐美一些國家從20世紀(jì)80年代中期到90年代初期，逐漸普及了商品鋼筋。許多國家以立法的形式規(guī)定：鋼筋必須經(jīng)過專業(yè)加工廠的預(yù)制才允許進(jìn)入建筑工地。而目前我國建筑用成型鋼筋制品加工配送發(fā)展緩慢，已經(jīng)成為制約施工現(xiàn)代化程度提高的一個瓶頸，因此，提高成型鋼筋的商品化專業(yè)配送比例，是建筑業(yè)的一個必然發(fā)展方向。

圖13 組合鋼筋制品自動化加工設(shè)備

6 總結(jié)與展望

6.1 總 結(jié)

成型鋼筋加工配送成套技術(shù)可廣泛適用于各種現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋加工、預(yù)制裝配建筑混凝土構(gòu)件鋼筋加工，特別適用于大型工程的鋼筋量大集中加工，是綠色施工、建筑工業(yè)化和施工裝配化的重要組成部分。該項技術(shù)是伴隨著鋼筋機械、鋼筋加工工藝的技術(shù)進(jìn)步而不斷發(fā)展的，其主要技術(shù)特點是: 加工效率高、質(zhì)量好；降低加工和管理綜合成本；加快施工進(jìn)度，提高鋼筋工程施工質(zhì)量；節(jié)材節(jié)地、綠色環(huán)保；有利于高新技術(shù)推廣應(yīng)用和安全文明工地創(chuàng)建。

成型鋼筋加工配送成套技術(shù)已推廣應(yīng)用于多項大型工程，在陽江核電站、防城港核電站、紅沿河核電站、臺山核電站等核電工程，天津117大廈、北京中國尊、武漢綠地中心、天津周大福金融中心等地標(biāo)建筑，北京二機場、港珠澳大橋等重點工程大量應(yīng)用。

6.2 展 望

在當(dāng)前國家大力倡導(dǎo)綠色建筑的背景下，建筑用成型鋼筋制品的加工與配送勢在必行。本技術(shù)還有很多新的問題需要解決，需要在實際應(yīng)用中不斷積累與完善，在以下幾個方面，還需要做進(jìn)一步的研究與開發(fā)。

1）信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能的繼續(xù)完善，在制品加工的生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化以及各加工工藝的優(yōu)化。

2）成型鋼筋制品自動化加工設(shè)備的智能化、多功能化研究。