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

1 前言

隨著我國裝配式建筑的發(fā)展，為建筑工業(yè)化、信息化、數(shù)字化、自動化帶來了前所未有的發(fā)展契機。相比于傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑，裝配式建筑具有自重輕、基礎造價低、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)濟環(huán)保等優(yōu)點，因而在設計、施工、經(jīng)濟性、環(huán)保方面具有一定的優(yōu)勢，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計、結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造、現(xiàn)場安裝精度控制方面也存在不少問題，為此需要同時從結(jié)構(gòu)設計和制造工藝兩個角度去加以解決。

我國鋼結(jié)構(gòu)加工制造行業(yè)快速發(fā)展近30 年，目前仍為勞動密集型行業(yè)。信息化、數(shù)字化管理系統(tǒng)應用低，下料、組裝、焊接作業(yè)基本依賴人工，導致加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、工業(yè)化程度等偏低。我國鋼結(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)時代已經(jīng)到來，研究鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造生產(chǎn)線、工業(yè)機器人、信息化、數(shù)字化管理信息系統(tǒng)等關鍵技術勢在必行，意義重大。

圖1 標準化節(jié)點

圖2 牛腿柱節(jié)點

圖3 應力擴散節(jié)點

圖4 不等高牛腿節(jié)點

圖5 加工流程

圖6 整體結(jié)構(gòu)模型圖

圖7 排版設計圖

圖8 板件下料圖

圖9 鋼管定長下料圖

圖10 定位點焊圖

圖11 機器人焊接圖

2 智能制造技術的關鍵性因素

裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造技術，從工廠總體設計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計到生產(chǎn)制造各個環(huán)節(jié)的有效資源，提高了效率，提升了控制力。該技術是基于BIM 系統(tǒng)進行鋼結(jié)構(gòu)輔助設計與制造，將建筑鋼結(jié)構(gòu)工程生命全周期內(nèi)的各種相關信息加以整合，并進行有效管理的一種全新設計模式。產(chǎn)品信息能夠貫穿于設計、制造、質(zhì)量、物流等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理（PLM），有助于在應用過程中最大程度實現(xiàn)可持續(xù)設計與綠色設計理念。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結(jié)合，并綜合應用到鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)實際中去的技術。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能制造技術主要包括三個關鍵性因素。

2.1 高質(zhì)量信息化管理技術

通過互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術的應用，結(jié)合ERP 系統(tǒng)的管理方式，開發(fā)符合公司要求的信息化管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)有效的生產(chǎn)控制、物流管理和財務管理。在該系統(tǒng)平臺中，通過三大信息化模塊實現(xiàn)車間的統(tǒng)籌性生產(chǎn)管理與控制，進行一鍵式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的加工制作，提高車間生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

2.2 基于先進設備的智能制造技術

智能機電一體化生產(chǎn)線主要包括鋼板下料中心生產(chǎn)線、全自動機器人焊接生產(chǎn)線、鋼板坡口冷加工生產(chǎn)線，以及模數(shù)化焊接機器人、全自動拋丸機和噴砂設備、綠色智能鋼構(gòu)件噴涂生產(chǎn)線等智能生產(chǎn)設備。通過這些智能設備的運用，可以提高公司信息化管理水平，增強車間的生產(chǎn)能力和工作效率，降低勞動力成本，提高鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量，增強公司在國內(nèi)外市場中的競爭力。

2.3 建設工程物聯(lián)網(wǎng)技術

智能機電一體化生產(chǎn)線可將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計、加工、運輸、安裝等各項基礎信息通過在鋼結(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)。通過掃描和辨識每根鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的二維碼信息，可實時對每根構(gòu)件進行可視化跟蹤和監(jiān)測，提高對工程建設的管理與服務能力，增強整合工程建設的信息化能力，為及時解決工程技術問題提供保障。

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)占領高端市場，企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級將是重中之重。而從鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)特點本身出發(fā)，創(chuàng)新性解決構(gòu)件制造過程中的一系列重難點將是企業(yè)進一步實現(xiàn)技術進步與迭代的出發(fā)點和落腳點。

3 研究要點

3.1 標準化梁柱連接節(jié)點設計

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，綜合考慮機器人焊接手臂的成熟焊接工藝。通過標準化連接節(jié)點設計與構(gòu)造，研究多種基于型鋼結(jié)構(gòu)件的梁柱連接標準化節(jié)點，達到工業(yè)化、批量化生產(chǎn)的目的，將工業(yè)機器人廣泛應用在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅項目中，提高焊接效率與質(zhì)量，降低人工及其制作成本。

3.2 標準化梁柱連接節(jié)點制作工藝研究

標準化梁柱連接節(jié)點采用梁貫通式節(jié)點，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)控設備的加工效率。

研究了帶牛腿標準化梁柱連接節(jié)點的組立、拼裝、點焊、定長切割等加工工藝，提高了加工制作質(zhì)量、精度控制與工作效率，為機器人焊接手臂施焊做好準備。

4 標準化節(jié)點設計

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、一級焊縫、穿心板等組成。

4.2 裝配式建筑無梁樓蓋的應力擴散貫通式節(jié)點

裝配式建筑無梁樓蓋的應力擴散貫通式節(jié)點由方鋼管柱，寬翼緣H 型鋼牛腿，上、下嵌固應力擴散勁板，預制疊合板、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

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

5 制作工藝研究

5.1 深化設計

采用三維建模軟件對貫通式梁柱節(jié)點進行深化與拆分設計，形成整體結(jié)構(gòu)模型。

構(gòu)件節(jié)點深化的主要內(nèi)容是根據(jù)施工圖的設計原則，對圖紙中未指定的節(jié)點進行焊接強度驗算、螺栓群驗算、現(xiàn)場拼接節(jié)點連接計算、節(jié)點設計的施工可行性復核和復雜節(jié)點空間放樣等。

構(gòu)件加工圖為工廠的制作圖，是構(gòu)件加工構(gòu)件出廠驗收的依據(jù)，其可以細分為構(gòu)件大樣圖和零件圖等部分。隨著數(shù)控機床和相關控制軟件的發(fā)展，零件圖逐漸被電腦自動放樣所替代，目前相貫線切割基本實現(xiàn)了無紙化生產(chǎn)和普通鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。國內(nèi)先進的加工企業(yè)已經(jīng)逐步走向采用電腦自動套材、下料和加工的發(fā)展方向，第一步即利用鋼結(jié)構(gòu)深化專用軟件Tekla進行深化設計，用以指導工廠的構(gòu)件生產(chǎn)。

5.2 排版設計

對標準化的節(jié)點板進行整體排版設計，有效減少邊角料、下料的浪費。

5.3 原材料準備（鋼板集中下料）

根據(jù)貫通式節(jié)點橫隔板與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板件集中下料切割。

5.4 原材料準備（鋼管定長下料）

同時，采用鉆鋸聯(lián)合生產(chǎn)線對成品矩形鋼管柱進行定長切割。

5.5 組立拼裝、定位點焊

在拼裝臺上先將貫通橫隔板與中間短柱進行定位與點焊，同時對牛腿腹板進行定位與點焊，再將中間貫通節(jié)點與成品矩形鋼管柱進行定位與點焊，對定位尺寸進行檢驗，檢驗合格后進行下一道工序。

5.6 機器人焊接

三層一節(jié)柱定位尺寸檢驗合格后，進入標準化焊接工藝。龍門式焊接機器人手臂依據(jù)深化模型與視覺掃描數(shù)據(jù)進行對比分析，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

對焊縫尺寸偏差檢驗合格后，進入打磨、拋丸、油漆等下一道工序。

5.8 除銹及涂裝

拋丸除銹和噴漆設備具體情況見表1。

表1 拋丸除銹和噴漆設備

鋼結(jié)構(gòu)外表面清潔度要求其除銹等級應達到《涂裝前鋼材表面修飾等級和除銹等級》（GB 8923-88）的Sa2.5 級，現(xiàn)場補漆，且應有風動或電動工具除銹達到ST3級。

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)檢驗合格后，應在6h 內(nèi)噴涂防銹底漆。

涂漆時應注意，凡是高強螺栓連接范圍內(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厚儀測量，每個構(gòu)件檢測5處，每處的數(shù)值為3個相距50mm測點涂層干膜厚度的平均值。

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

補漆：預涂底漆鋼材，若表面因滾壓、切割、焊接或安裝磨損導致油漆損壞或生銹，必須用噴珠或電動工具清理后再補漆；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，應將漆膜刮除并且用砂紙研磨后重新補漆；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漆；補漆材料必須采用與原施工相同性質(zhì)的材料。

構(gòu)件的包裝及運輸：產(chǎn)品制造完成入庫后，應按規(guī)定要求進行包裝，臨時堆放應盡可能堆放在平直不積水的場地，廠內(nèi)、外堆放都必須整齊、合理、標識明確，必要時做好防雨、霧處理，對接面應得到確實保護。按安裝順序做好發(fā)運的準備。

6 結(jié)語

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)點很多，但是依舊存在著很多特有問題。本文基于型鋼結(jié)構(gòu)件標準化連接節(jié)點的裝配式鋼結(jié)構(gòu)件的特點，闡述了智能制造技術的關鍵性因素，揭示了需從節(jié)點設計和制造工藝兩方面出發(fā)，來優(yōu)化解決裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑戶型設計、結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造、現(xiàn)場安裝精度控制等方面的問題。