郭本余 （巢湖市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽 巢湖 238000）

1 前言

隨著我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展，為建筑工業(yè)化、信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化帶來(lái)了前所未有的發(fā)展契機(jī)。相比于傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑，裝配式建筑具有自重輕、基礎(chǔ)造價(jià)低、施工快、周期短、投資回收快、施工污染環(huán)境少、抗震性能好、可回收利用、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因而在設(shè)計(jì)、施工、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，有著良好的發(fā)展前景。但不可避免的是，作為新型的建筑形式，裝配式建筑在戶型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、現(xiàn)場(chǎng)安裝精度控制方面也存在不少問(wèn)題，為此需要同時(shí)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝兩個(gè)角度去加以解決。

我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)加工制造行業(yè)快速發(fā)展近30 年，目前仍為勞動(dòng)密集型行業(yè)。信息化、數(shù)字化管理系統(tǒng)應(yīng)用低，下料、組裝、焊接作業(yè)基本依賴人工，導(dǎo)致加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、工業(yè)化程度等偏低。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)加工與生產(chǎn)、管理模式、工業(yè)化程度等亟待更新，建筑鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，研究鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人、信息化、數(shù)字化管理信息系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)勢(shì)在必行，意義重大。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點(diǎn)

圖2 牛腿柱節(jié)點(diǎn)

圖3 應(yīng)力擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)

圖4 不等高牛腿節(jié)點(diǎn)

圖5 加工流程

圖6 整體結(jié)構(gòu)模型圖

圖7 排版設(shè)計(jì)圖

圖8 板件下料圖

圖9 鋼管定長(zhǎng)下料圖

圖10 定位點(diǎn)焊圖

圖11 機(jī)器人焊接圖

2 智能制造技術(shù)的關(guān)鍵性因素

裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造技術(shù)，從工廠總體設(shè)計(jì)到工藝流程及布局均建立了數(shù)字化模型，整合了從前期詳圖設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)的有效資源，提高了效率，提升了控制力。該技術(shù)是基于BIM 系統(tǒng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)與制造，將建筑鋼結(jié)構(gòu)工程生命全周期內(nèi)的各種相關(guān)信息加以整合，并進(jìn)行有效管理的一種全新設(shè)計(jì)模式。產(chǎn)品信息能夠貫穿于設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量、物流等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理（PLM），有助于在應(yīng)用過(guò)程中最大程度實(shí)現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計(jì)與綠色設(shè)計(jì)理念。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)實(shí)際中去的技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造技術(shù)主要包括三個(gè)關(guān)鍵性因素。

2.1 高質(zhì)量信息化管理技術(shù)

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合ERP 系統(tǒng)的管理方式，開(kāi)發(fā)符合公司要求的信息化管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)有效的生產(chǎn)控制、物流管理和財(cái)務(wù)管理。在該系統(tǒng)平臺(tái)中，通過(guò)三大信息化模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)間的統(tǒng)籌性生產(chǎn)管理與控制，進(jìn)行一鍵式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的加工制作，提高車(chē)間生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

2.2 基于先進(jìn)設(shè)備的智能制造技術(shù)

智能機(jī)電一體化生產(chǎn)線主要包括鋼板下料中心生產(chǎn)線、全自動(dòng)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線、鋼板坡口冷加工生產(chǎn)線，以及模數(shù)化焊接機(jī)器人、全自動(dòng)拋丸機(jī)和噴砂設(shè)備、綠色智能鋼構(gòu)件噴涂生產(chǎn)線等智能生產(chǎn)設(shè)備。通過(guò)這些智能設(shè)備的運(yùn)用，可以提高公司信息化管理水平，增強(qiáng)車(chē)間的生產(chǎn)能力和工作效率，降低勞動(dòng)力成本，提高鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)公司在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3 建設(shè)工程物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

智能機(jī)電一體化生產(chǎn)線可將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、加工、運(yùn)輸、安裝等各項(xiàng)基礎(chǔ)信息通過(guò)在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上編制二維碼的方式，錄入公司物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過(guò)掃描和辨識(shí)每根鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的二維碼信息，可實(shí)時(shí)對(duì)每根構(gòu)件進(jìn)行可視化跟蹤和監(jiān)測(cè)，提高對(duì)工程建設(shè)的管理與服務(wù)能力，增強(qiáng)整合工程建設(shè)的信息化能力，為及時(shí)解決工程技術(shù)問(wèn)題提供保障。

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，若要在眾多鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家脫穎而出并持續(xù)占領(lǐng)高端市場(chǎng)，企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)將是重中之重。而從鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本身出發(fā)，創(chuàng)新性解決構(gòu)件制造過(guò)程中的一系列重難點(diǎn)將是企業(yè)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步與迭代的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。

3 研究要點(diǎn)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

將矩形成品鋼管混凝土柱作為豎向承重構(gòu)件，將熱軋H 型鋼作為水平構(gòu)件，綜合考慮機(jī)器人焊接手臂的成熟焊接工藝。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造，研究多種基于型鋼結(jié)構(gòu)件的梁柱連接標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點(diǎn)，達(dá)到工業(yè)化、批量化生產(chǎn)的目的，將工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目中，提高焊接效率與質(zhì)量，降低人工及其制作成本。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化梁柱連接節(jié)點(diǎn)制作工藝研究

標(biāo)準(zhǔn)化梁柱連接節(jié)點(diǎn)采用梁貫通式節(jié)點(diǎn)，鋼梁上下翼緣與橫隔板焊接形成栓焊連接方式，不僅便于現(xiàn)場(chǎng)安裝，而且還有利于集中下料、批量生產(chǎn)，能夠有效提高數(shù)控設(shè)備的加工效率。

研究了帶牛腿標(biāo)準(zhǔn)化梁柱連接節(jié)點(diǎn)的組立、拼裝、點(diǎn)焊、定長(zhǎng)切割等加工工藝，提高了加工制作質(zhì)量、精度控制與工作效率，為機(jī)器人焊接手臂施焊做好準(zhǔn)備。

4 標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

4.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑用貫通式牛腿成品矩形鋼管結(jié)構(gòu)柱

貫通式牛腿成品矩形鋼管結(jié)構(gòu)柱由成品矩形鋼管結(jié)構(gòu)柱、貫通式牛腿、牛腿腹板、結(jié)構(gòu)柱弱軸方向牛腿上、下翼緣板、透氣孔、一級(jí)焊縫、穿心板等組成。

4.2 裝配式建筑無(wú)梁樓蓋的應(yīng)力擴(kuò)散貫通式節(jié)點(diǎn)

裝配式建筑無(wú)梁樓蓋的應(yīng)力擴(kuò)散貫通式節(jié)點(diǎn)由方鋼管柱，寬翼緣H 型鋼牛腿，上、下嵌固應(yīng)力擴(kuò)散勁板，預(yù)制疊合板、透氣孔、貫通勁板與柱焊接焊縫，疊合板鋼筋桁架，穿梁負(fù)筋，腹板等組成。

4.3 裝配式建筑用不等高鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)

在四方設(shè)置的箱型鋼柱的連接節(jié)點(diǎn)中，在H 型鋼梁的上翼緣設(shè)置一塊水平的橫隔板，并設(shè)置透氣孔以便混凝土澆筑密實(shí)。在同方向的H 型鋼梁因其梁高不同，在H 型鋼梁下翼緣對(duì)應(yīng)位置將下方的橫隔板非水平設(shè)置，此設(shè)置目的是將H 型鋼梁的下翼緣所受的拉力通過(guò)橫隔板的設(shè)置達(dá)到受力連續(xù)和貫通。

5 制作工藝研究

5.1 深化設(shè)計(jì)

采用三維建模軟件對(duì)貫通式梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化與拆分設(shè)計(jì)，形成整體結(jié)構(gòu)模型。

構(gòu)件節(jié)點(diǎn)深化的主要內(nèi)容是根據(jù)施工圖的設(shè)計(jì)原則，對(duì)圖紙中未指定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接強(qiáng)度驗(yàn)算、螺栓群驗(yàn)算、現(xiàn)場(chǎng)拼接節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的施工可行性復(fù)核和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)空間放樣等。

構(gòu)件加工圖為工廠的制作圖，是構(gòu)件加工構(gòu)件出廠驗(yàn)收的依據(jù)，其可以細(xì)分為構(gòu)件大樣圖和零件圖等部分。隨著數(shù)控機(jī)床和相關(guān)控制軟件的發(fā)展，零件圖逐漸被電腦自動(dòng)放樣所替代，目前相貫線切割基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化生產(chǎn)和普通鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)先進(jìn)的加工企業(yè)已經(jīng)逐步走向采用電腦自動(dòng)套材、下料和加工的發(fā)展方向，第一步即利用鋼結(jié)構(gòu)深化專(zhuān)用軟件Tekla進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，用以指導(dǎo)工廠的構(gòu)件生產(chǎn)。

5.2 排版設(shè)計(jì)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行整體排版設(shè)計(jì)，有效減少邊角料、下料的浪費(fèi)。

5.3 原材料準(zhǔn)備（鋼板集中下料）

根據(jù)貫通式節(jié)點(diǎn)橫隔板與H 型鋼梁的連接方式，采用等離子鋼板下料中心下料或水下等離子對(duì)板件集中下料切割。

5.4 原材料準(zhǔn)備（鋼管定長(zhǎng)下料）

同時(shí)，采用鉆鋸聯(lián)合生產(chǎn)線對(duì)成品矩形鋼管柱進(jìn)行定長(zhǎng)切割。

5.5 組立拼裝、定位點(diǎn)焊

在拼裝臺(tái)上先將貫通橫隔板與中間短柱進(jìn)行定位與點(diǎn)焊，同時(shí)對(duì)牛腿腹板進(jìn)行定位與點(diǎn)焊，再將中間貫通節(jié)點(diǎn)與成品矩形鋼管柱進(jìn)行定位與點(diǎn)焊，對(duì)定位尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行下一道工序。

5.6 機(jī)器人焊接

三層一節(jié)柱定位尺寸檢驗(yàn)合格后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化焊接工藝。龍門(mén)式焊接機(jī)器人手臂依據(jù)深化模型與視覺(jué)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，自主規(guī)劃角焊縫與融透焊縫的焊接軌跡，完成滿焊工藝。

5.7 成品檢驗(yàn)

對(duì)焊縫尺寸偏差檢驗(yàn)合格后，進(jìn)入打磨、拋丸、油漆等下一道工序。

5.8 除銹及涂裝

拋丸除銹和噴漆設(shè)備具體情況見(jiàn)表1。

表1 拋丸除銹和噴漆設(shè)備

鋼結(jié)構(gòu)外表面清潔度要求其除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到《涂裝前鋼材表面修飾等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB 8923-88）的Sa2.5 級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)漆，且應(yīng)有風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)工具除銹達(dá)到ST3級(jí)。

構(gòu)件邊緣必須為圓角，確保邊緣的油漆粘合度。

鋼材除銹經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)在6h 內(nèi)噴涂防銹底漆。

涂漆時(shí)應(yīng)注意，凡是高強(qiáng)螺栓連接范圍內(nèi)不允許涂刷油漆或有油污，與混凝土接觸面或預(yù)埋件部分不噴漆，工地焊接部位不噴漆。

使用油漆干膜電子測(cè)厚儀測(cè)量，每個(gè)構(gòu)件檢測(cè)5處，每處的數(shù)值為3個(gè)相距50mm測(cè)點(diǎn)涂層干膜厚度的平均值。

涂裝檢測(cè)需特別注意是否有因搬運(yùn)所造成的撞傷、碰傷，以及因變形而損傷油漆涂膜。

補(bǔ)漆：預(yù)涂底漆鋼材，若表面因滾壓、切割、焊接或安裝磨損導(dǎo)致油漆損壞或生銹，必須用噴珠或電動(dòng)工具清理后再補(bǔ)漆；油漆涂裝后，漆膜若發(fā)現(xiàn)有龜裂、起皺、刷紋、垂流、粉化、失光等現(xiàn)象，應(yīng)將漆膜刮除并且用砂紙研磨后重新補(bǔ)漆；油漆涂裝后，若有發(fā)現(xiàn)起泡、裂陷洞孔、剝離生銹或針孔等現(xiàn)象，應(yīng)將漆膜刮除并經(jīng)表面處理后，再按規(guī)定涂裝間隙層次予以補(bǔ)漆；補(bǔ)漆材料必須采用與原施工相同性質(zhì)的材料。

構(gòu)件的包裝及運(yùn)輸：產(chǎn)品制造完成入庫(kù)后，應(yīng)按規(guī)定要求進(jìn)行包裝，臨時(shí)堆放應(yīng)盡可能堆放在平直不積水的場(chǎng)地，廠內(nèi)、外堆放都必須整齊、合理、標(biāo)識(shí)明確，必要時(shí)做好防雨、霧處理，對(duì)接面應(yīng)得到確實(shí)保護(hù)。按安裝順序做好發(fā)運(yùn)的準(zhǔn)備。

6 結(jié)語(yǔ)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑相較于傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑，因其建造模式的不同，在節(jié)能減排方面效果顯著。雖然其優(yōu)點(diǎn)很多，但是依舊存在著很多特有問(wèn)題。本文基于型鋼結(jié)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化連接節(jié)點(diǎn)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)，闡述了智能制造技術(shù)的關(guān)鍵性因素，揭示了需從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和制造工藝兩方面出發(fā)，來(lái)優(yōu)化解決裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑戶型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、現(xiàn)場(chǎng)安裝精度控制等方面的問(wèn)題。