曹傳剛

（中鐵二十二局集團(tuán)有限公司 北京 100043）

1 引言

隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)程的加快，工程建設(shè)用地日趨緊張，環(huán)水保要求也日趨嚴(yán)格［1］。當(dāng)前一段時(shí)間把基礎(chǔ)建設(shè)作為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)的主要手段，混凝土攪拌站作為基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成要素融入經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律、主方向，也將是其發(fā)展的必然趨勢(shì)，攪拌站的設(shè)計(jì)和使用理念也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。

因此，混凝土攪拌站在設(shè)計(jì)中充分考慮施工工況的特殊性，加大提升生產(chǎn)功效的同時(shí)，也應(yīng)考慮減少建站占地面積、降低裝機(jī)功率。

混凝土攪拌站建設(shè)選址通常會(huì)考慮運(yùn)輸費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)問題、保證混凝土質(zhì)量問題、減少臨時(shí)征地占地費(fèi)用問題、水資源使用問題［2］，一般選在靠近混凝土用量比較集中的場地進(jìn)行建設(shè)。

著重從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）減少建設(shè)混凝土攪拌站占地面積。

（2）提高水的循環(huán)再利用率。

（3）有效降低裝機(jī)總功率。

（4）加強(qiáng)除塵設(shè)施的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

（5）混凝土攪拌站的外形要與企業(yè)文化相融合。

為此，結(jié)合以上要求，設(shè)計(jì)一款新的頂置式混凝土攪拌站（見圖1）以滿足施工生產(chǎn)需求，特別是有限空間的建設(shè)需求。

圖1 頂置式混凝土攪拌站

2 頂置式混凝土攪拌站設(shè)計(jì)

2.1 主體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

頂置式混凝土攪拌站主體基礎(chǔ)為兩層混凝土結(jié)構(gòu)（見圖2中4）。這種設(shè)計(jì)在保持成本沒有變化的前提下，既提高了承重能力，同時(shí)又增加了設(shè)備本身的穩(wěn)定性，為提高動(dòng)態(tài)稱的計(jì)量精度提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖2 頂置式混凝土攪拌站配置示意

設(shè)計(jì)時(shí)將頂置式混凝土攪拌站主機(jī)底盤以下兩層設(shè)計(jì)成混凝土框架結(jié)構(gòu)，混凝土主框架起支撐和承重?cái)嚢枵局黧w零部件的重量的作用［3］，對(duì)混凝土框架間形成的空間進(jìn)行功能分割，分作控制室、休息室、洗手間、維修間、空壓機(jī)房、水箱及添加劑箱放置間等不同用途的功能間。

在兩層不同的功能間中可以考慮按照以下方案來安排，也可以根據(jù)管理者的需要和習(xí)慣來另行設(shè)置。

（1）在混凝土結(jié)構(gòu)二層可設(shè)置控制室、空壓機(jī)室、休息室、洗手間等不同功能的區(qū)域。

控制室設(shè)在二層在高度上方便了攪拌站司機(jī)觀察裝載車輛的進(jìn)出情況，便于攪拌站司機(jī)和車輛司機(jī)的單據(jù)傳送；空壓機(jī)室設(shè)置在這一層，縮短了泵站和氣動(dòng)執(zhí)行元器件間的距離，減少了壓縮空氣的壓力損失，提高了壓縮空氣的有效利用率；在二層設(shè)立休息室，方便攪拌站司機(jī)在夜班時(shí)或等待任務(wù)時(shí)就近休息，以保持最好的工作狀態(tài)；在二層設(shè)置一衛(wèi)生間方便攪拌站司機(jī)，節(jié)約非工作時(shí)間。

（2）在混凝土結(jié)構(gòu)一層可設(shè)置維修室、工具室、中轉(zhuǎn)水箱室、添加劑罐室、衛(wèi)生間等。

工具室設(shè)在一層，方便儲(chǔ)存和保管維修工具和設(shè)備，如電焊機(jī)、氣割設(shè)備、維修配件、常規(guī)維修工具等，既方便管理，又減少了備品、備件的損壞和丟失；中轉(zhuǎn)水箱室、添加劑罐室設(shè)在一層，既起到保溫、防水等防護(hù)作用，同時(shí)又方便添加劑的配送；為方便維修工人和車輛司機(jī)的日常生活，一般建議在一層也設(shè)置衛(wèi)生間［4］。

2.2 粉料倉置頂結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的混凝土攪拌站（見圖3）在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)將所有粉料倉全部旁置于攪拌站主樓的側(cè)面，呈扇形狀布局，粉料通過螺旋輸送機(jī)輸送至攪拌站主機(jī)。

圖3 傳統(tǒng)混凝土攪拌站結(jié)構(gòu)布局

傳統(tǒng)配置方式存在3個(gè)缺點(diǎn)：（1）整個(gè)攪拌站占地面積較大，土地使用成本加大；（2）配置的螺旋輸送機(jī)較長，加大了電機(jī)功率，造成了使用成本的增加；（3）螺旋輸送機(jī)擺角大，有功功率降低。

為徹底解決傳統(tǒng)混凝土攪拌站存在的設(shè)計(jì)和使用缺陷，最大限度地節(jié)約建站土地占用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)將傳統(tǒng)混凝土攪拌站中旁置的粉料倉全部上移至混凝土攪拌站主樓結(jié)構(gòu)頂部（見圖2中1）。

頂置式混凝土攪拌站的設(shè)計(jì)方式成功解決了傳統(tǒng)混凝土攪拌站存在的設(shè)計(jì)缺陷，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約占地面積約250 m2，節(jié)約土地用量21%左右。

混凝土站因受混凝土初凝時(shí)間、運(yùn)輸成本的限制，一般多建在混凝土使用比較集中的附近場地，在構(gòu)成建設(shè)攪拌站的成本中土地成本占據(jù)相當(dāng)大一部分。為此，將粉料倉設(shè)計(jì)在攪拌站的頂部，大大減少了攪拌站的占地面積，同時(shí)降低了建設(shè)混凝土攪拌站的土地使用成本［5］。

過去幾年，許多施工現(xiàn)場進(jìn)購的砂石料中含有大量的泥沙塵，在采用垂直輸送時(shí)會(huì)有大量的泥沙粘在皮帶或鏈斗上無法自行清理，限制了設(shè)備的使用，降低了生產(chǎn)功效。

隨著國家對(duì)于工程質(zhì)量、工程安全、環(huán)保要求的不斷提高，混凝土攪拌站越來越多地采用經(jīng)過選粉、水洗、烘干的精品骨料［6］，為供料垂直輸送提供了可能。骨料輸送設(shè)備采用垂直輸送皮帶機(jī)（見圖4）或大方量提升斗（見圖5）可減少整站的占地面積二分之一左右［7］，將會(huì)更大限度地節(jié)約土地資源。

圖4 垂直輸送皮帶機(jī)

圖5 斗式提升機(jī)

2.3 降低總裝機(jī)容量，節(jié)約使用成本

頂置式混凝土攪拌站的粉料通過螺旋輸送機(jī)方式進(jìn)行輸送。由于粉料倉設(shè)置在計(jì)量單元的上方（見圖2中2），不但縮短了從粉料倉到對(duì)應(yīng)計(jì)量稱的距離，同時(shí)也改善了粉料輸送的角度，粉料輸送可以實(shí)現(xiàn)小角度或者水平螺旋輸送。

頂置式混凝土攪拌站大大縮短螺旋輸送機(jī)的長度，同時(shí)降低輸送裝機(jī)功率。一般工地的混凝土攪拌站需要配置6個(gè)粉料倉，同步配置6條輸送機(jī)，每一條螺旋輸送機(jī)功率為22 kW，采用頂置式設(shè)計(jì)的單臺(tái)功率不足10 kW，螺旋輸送機(jī)裝機(jī)總功率降低72 kW。采用低功耗電器系統(tǒng)，在能源緊張，全球倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的形勢(shì)下，每年可為企業(yè)節(jié)約消耗電力費(fèi)用相當(dāng)可觀［8］。

2.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

頂置式混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)（見圖6）采用最新研發(fā)的BSMIS軟件系統(tǒng)。充分利用成熟的信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合現(xiàn)有的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，開發(fā)的企業(yè)級(jí)應(yīng)用平臺(tái)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖6 控制系統(tǒng)操作面板

（1）通過BSMIS系統(tǒng)，可以對(duì)銷售、原材料、實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)經(jīng)營、車隊(duì)、倉庫配件、人力資源和財(cái)務(wù)等各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面管理。

（2）可以監(jiān)控和調(diào)度本企業(yè)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的罐車和泵車，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的智能調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多生產(chǎn)機(jī)組的聯(lián)合生產(chǎn)與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）通過BSMIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化，規(guī)范企業(yè)管理，優(yōu)化資源組合，降低能源消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)運(yùn)營效率［9］。

2.5 外觀設(shè)計(jì)

攪拌站外觀設(shè)計(jì)既要體現(xiàn)設(shè)計(jì)風(fēng)格，又要展現(xiàn)施工單位的企業(yè)文化，隨著施工企業(yè)品牌意識(shí)的強(qiáng)化和施工文明工地標(biāo)準(zhǔn)化的要求，不僅僅要求攪拌站高效使用、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、配置合理，往往在外觀設(shè)計(jì)上要求越來越高，高大上的設(shè)計(jì)要求與日俱增，設(shè)計(jì)者就要不斷向施工單位高品質(zhì)外觀產(chǎn)品需求上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變［10］。工地上場初期，業(yè)主單位通常把攪拌站建設(shè)和使用情況作為考核目標(biāo)，誰建得快、建得漂亮，誰就是標(biāo)桿、就是主色調(diào)，因此對(duì)于攪拌站外封設(shè)計(jì)要有獨(dú)特的風(fēng)格。頂置式混凝土攪拌站在外封設(shè)計(jì)上引用了更多建筑設(shè)計(jì)理念，從而使攪拌站更好地滿足施工企業(yè)文化和文明施工標(biāo)準(zhǔn)化要求，與周邊的環(huán)境或一個(gè)城市的主旋律相同或相近，增加了整體的和諧和美感（見圖7）。

圖7 頂置式混凝土攪拌站應(yīng)用外觀

2.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

頂置式混凝土攪拌站的粉料倉頂置在混凝土攪拌站主結(jié)構(gòu)上部，這樣包括粉料倉本體的重量、倉體內(nèi)承載的物料在內(nèi)約有1 000 t多的重量，全部由主結(jié)構(gòu)來支撐，主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足更高更專業(yè)的要求。

（1）框架結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算及設(shè)計(jì)。粉料倉頂置配置，加大了主機(jī)框架、基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的載荷，應(yīng)采取框架建模，檢算各點(diǎn)受力，并充分計(jì)算抗偏承重、抗傾覆、立柱受壓失穩(wěn)等?，F(xiàn)場施工可能出現(xiàn)部分滿載部分空載，對(duì)角負(fù)載不對(duì)等的情況，針對(duì)不同工況的受力情況進(jìn)行比對(duì)分析和檢算。

（2）整站風(fēng)載荷的計(jì)算。粉料倉頂置增加了整機(jī)高度，同時(shí)增加整機(jī)的風(fēng)載荷，計(jì)算整站的風(fēng)載荷時(shí)要充分考慮使用地的50～100年監(jiān)測頻率的氣象資料。

（3）檢算散裝水泥車輸送效率。粉料倉頂置，增加了散裝水泥輸送車輸送高度，輸送功效受到影響。充分考慮輸送車的輸出條件，盡量將輸送高度控制在合理范圍內(nèi)，以輸送最大高程進(jìn)行檢算，因現(xiàn)場特殊情況不能滿足可以考慮增加負(fù)壓供料裝置；為滿足國家和地方的環(huán)保要求，必要時(shí)可增設(shè)倉頂負(fù)壓主動(dòng)除塵裝置。

（4）垂直輸送皮帶機(jī)或提升斗的設(shè)計(jì)。國內(nèi)攪拌站垂直皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用還很少，可參考的資料比較少，其功率計(jì)算沒有什么難度，只是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)不足，實(shí)際上也沒有太大的問題；對(duì)大方量提升斗功率和結(jié)構(gòu)上國內(nèi)也有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用變頻提升很好地設(shè)置提升前后及過程中的頻率轉(zhuǎn)換［11］。

2.7 安裝要求

頂置式混凝土攪拌站的結(jié)構(gòu)特殊，在安裝上也有很大的不同。

（1）設(shè)計(jì)中幾點(diǎn)安裝問題考慮。首先，頂置式混凝土攪拌站結(jié)構(gòu)較大，又與混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合，不可能做成模塊化，主框架間采用連扳連接，先螺栓固定后焊接，連板均預(yù)留焊接焊縫，焊縫盡可能的是橫焊縫，避免仰焊。其次，設(shè)計(jì)風(fēng)格采用總體框架上鋪放平臺(tái)的方法，平臺(tái)設(shè)計(jì)成制作運(yùn)輸方便的尺寸。再次，水泥倉上置后無法將攪拌主機(jī)拆卸，設(shè)計(jì)站自吊裝設(shè)備和通道便于以后的維修維護(hù)。

（2）安裝順序。頂置式混凝土攪拌站安裝時(shí)先將攪拌主機(jī)安裝到混凝土結(jié)構(gòu)上，在安裝主體框架時(shí)，先連接內(nèi)部立柱，安裝稱量裝置后，再連接外圍框架，先裝下部平臺(tái)，再安上部平臺(tái)，上部水泥倉支撐用簡易胎具定位，最后安裝水泥倉，并且盡量安排在一天內(nèi)完成所有倉的安裝。

（3）安裝安全問題。頂置式混凝土攪拌站吊裝應(yīng)制定專項(xiàng)方案，嚴(yán)格按照專項(xiàng)方案進(jìn)行安裝作業(yè)，配備指揮人員和專職安全員，從業(yè)人員經(jīng)培訓(xùn)合格，持證上崗，安裝人員佩戴安全帽、安全帶，安裝后用螺栓固定，并初步焊接，防止出現(xiàn)由于臺(tái)風(fēng)等意外天氣導(dǎo)致不可預(yù)期的安全事故。

3 結(jié)論

當(dāng)前中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐加快，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，遵循綠色、環(huán)保、智能、安全、節(jié)能、節(jié)地、高效的原則設(shè)計(jì)的頂置式混凝土攪拌站，適應(yīng)了時(shí)代發(fā)展需求，具有智能化、人性化、節(jié)能化、效益化等特征，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，技術(shù)更成熟、性能更可靠。隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)程的加快和習(xí)近平主席提出的“綠水青山就是金山銀山”的兩山理論深入踐行，頂置式混凝土攪拌站應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊［12］。