【考察】欧洲建筑装配化预制构件和混凝土箱涵的生产及应用考察见闻
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欧洲建筑装配化预制构件和混凝土箱涵的生产及应用考察见闻
沈冰1 刘昊2 陈辉1
(1.中国混凝土与水泥制品协会100831 ; 2.北京榆构有限公司100070)
一、考察的目的、意义
2015年8，提出逐步提高城市道路配建地下综合管廊的比例，全面推动地下综合管廊建设，到2020年建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营。同时，随着我国大力推进住宅产业化，其有利于促进建筑业转型升级和创新发展，提高企业核心竞争力，形成新的产业集群，培育产业链条，打造新的经济增长点。
为了解欧洲地下综合管廊和建筑装配化预制构件先进技术工艺、模具、装备及精细化管理经验，按照徐永模会长的要求，紧密结合国家积极推行城市地下综合管廊和住宅产业化的战略和行业、企业的热切需求，，12家国内混凝土制品生产企业、混凝土制品设备企业、工程承包企业的19名代表组成考察团，赴芬兰、德国、西班牙参观、考察了城市地下综合管廊和建筑装配化预制构件的生产、安装和应用情况，参观考察了相关的生产企业、设备企业。此次访问，为促进我国混凝土与水泥制品行业企业开阔视野，转变发展观念，拓展发展空间，提升产品质量和生产管理能力，提升国际竞争力，具有积极意义。
本次考察活动自2015年11月10日至21日，全程11天，高密度、快节奏地开展了11次公务活动，涉及会议、考察预制构件工厂、装配式住宅施工工地、预制构件设计公司、连接件设计生产公司、芬兰建筑业联盟、生产预制箱涵的设备公司、箱涵生产以及施工现场等互动交流活动。此次参观考察，协会为代表团的成员企业分别与三国的相关企业、行业协会及研发机构搭建了多边的互动交流渠道和合作平台，为进一步合作交流打下了坚实的基础。
二、考察的主要内容
1. 芬兰建筑行业主要数据
2014年建筑业总产值288亿欧元，其中房屋建筑生产总值225亿欧元（建筑物的维护维修生产总值为117亿欧元，新建建筑生产总值为108亿欧元），其他土木工程类生产总值为63亿欧元（维护维修生产总值17亿欧元，投资46亿欧元）。2014年芬兰建筑业企业在国际上的总营业额为19亿欧元，占比最大的国家为俄罗斯，占总额的44%，其次为挪威，占总投资的21%，其他国家有瑞典、爱沙尼亚、丹麦、立陶宛等国，分别为14%、7%、5%、5%。
通过与芬兰建筑业联盟的交流（图1），使考察团对预制混凝土和预拌混凝土在芬兰的发展现状有了更深刻、更直观的了解。芬兰国土面积为33.8万平方公里，人口数量为547万，其混凝土行业主要有45家公司，其中包含两家国际化大公司，43家私企（包括预拌混凝土、预制混凝土及其制品）。加入芬兰建筑业联盟的混凝土及其制品的会员年营业总额约为10亿欧元，其中骨干型会员28个。而芬兰全境共有300多家工厂，其中预拌混凝土工厂约150家，预制混凝土及其制品工厂150家左右【1】。
图1. 与芬兰建筑业联盟进行交流
2. 访问预制混凝土机械设备、生产线、成套生产设备供应商ELEMTIC公司
ELEMTIC成立于1959年，总部位于芬兰，是全球领先的预制混凝土机械成套设备供应商，也是全球领先的预制混凝土技术一站式供应商。ELEMTIC卓越的技术目前已广泛应用于五大洲的90多个国家，主要包括埃及、俄罗斯、菲律宾、挪威、沙特、伊拉克等国，占据40%的全球市场份额（除中国外）。提供的设备涵盖预制楼板、墙体、框架和地基生产线。2013年，Elemtic与中建材集团合资成立了“艾乐凯盛预制混凝土机械（上海）有限公司”。
2.1 预制墙体和楼板生产线
根据投资规模和产量，预制墙体楼板生产线分为：SEMI（图2）、PRO（图3）和EDGE（图4）。SEMI是楼板和墙板的生产线和机器，专为产量较小的预制构件厂而设计。其优点为投资和劳动力成本低廉。墙体产品有夹心板材、实心板材、覆面镶板，但能够生产的墙板品种只有空心楼板和实心楼板两种。PRO生产不同类型的墙体和楼板产品，构件产量较大，投资回报快。其所生产楼板的品种还包括半预制楼板、肋板、T形梁。EDGE具有超高产能、产品类型丰富、生产快速便捷、成本效益高、自动化程度高等优点，其生产的产品类型与PRO类似。根据产量、投资成本、产品种类不同而分成三种生产线并各有优势。
图2. SEMI生产线
图3. PRO生产线
图4.EDGE生产线
2.2 预制桩生产线、框架生产线和阿克太克墙板生产线
预制桩生产线（图5）利用一个浇铸/夯实组合机械，采用定制模具对预制桩高效地并排浇铸。其优点为模具品质高、尺寸精准、高效的浇铸夯实组合、较少的人力投入、较高的产量。框架生产线（图6）生产高承载能力的预应力钢筋混凝土横梁和立柱。框架生产线与楼板生产线有些类似，但是配备更强大的工作床。因此，它也可用于生产楼板产品。阿克泰克墙板生产线可生产较轻的非承重隔墙，成本高效，生产快速。阿克太克板非常适合用于各种潮湿空间，例如浴室和厨房，施工速度比传统的砖墙快6倍，比砌块墙快2倍。该生产线无废料，结构紧凑。
图5. 预制桩生产线
图6. 框架生产线
图7. 阿克太克墙板生产线
2.3 长床模型叠合楼板生产线
该生产线（图8）在相邻的6条长床模型生产线上生产叠合楼板。在长生产线上，程序形式的生产保证了高产能。以两班每条床模浇筑2次/d（12条台模）计算，产量大约为4500㎡/d，年产量大约为1400000㎡。每班9个工人在生产线上工作，所有的工作阶段均为机械化，可根据需求添加自动化，使高生产率得以保障。采用钢制底模，并在一侧装备有可拆卸的标准侧模。由于叠合楼板长度不同，侧模由不同尺寸组合，安装在浇筑床模底部的加热管道能够对混凝土进行养护。自动绘图机在床模上标绘出叠合楼板的宽度，长度等规格尺寸，保证了构件的尺寸精确度，令误差达到最小化。钢筋的生产和加工则在另一个单独的钢筋加工车间进行，吊杆起重机将加工完成的钢筋吊装至模床上，再使用吊模架将成型的叠合楼板移到转移货车上。图9为桥式吊车将叠合楼板吊起转移。
图8. 长床模型叠合楼板生产线
图9. 桥式吊车转移叠合楼板
整个工厂的自动化系统EliPLAN 连接着生产线的控制，令生产过程简单而高效。Elemtic 设计系统内的生产数据可以直接传送到生产系统用于绘图和其他功能的使用。EliPLAN 同样管理着构件的存贮位置、运输地址等信息。EliPLAN 软件被用于生产管理、生产计划、产能和成本计算、工作计划、物料跟进、维护计划和存贮控制。而未来可能的扩大产能等因素也在生产线的设计阶段被提前设计好。每块构件都有确定的一个项目代码，一个条形码系统可以用来标记项目代码（图10）
图10. 工作人员正在运用条形码系统对构件进行标记
2.4 ELEMTIC设备总装工厂和Parma工厂
ELEMTIC设备总装工厂（图11）拥有450项专利，掌握了核心技术，占领产业链高点。总装工厂只负责零（部）件组装，零部件生产加工全部外委。总装工厂工人数量较少，虽然有些机械设备，但手工装配量较大。
图11. ELEMTIC设备总装工厂
Parma工厂（图12）是芬兰最大的预制构件生产商，他们在芬兰有15个生产基地。Parma是全球知名的预制混凝土行业领导者Consolis集团的成员，Consolis 集团在全球30个国家拥有130个生产基地。Parma工厂安全管理到位，参观人员要求佩带安全帽、安全鞋、护目镜、反光背心、耳塞，现场培训安全事项后才允许参观（图13）。模台从1992年开始使用，至今光滑平整。侧模多为木材，因地制宜。厂房结构为钢筋混凝土预制构件，耐久性好。仓库货架12m高，生产线架空出第二层，作为钢筋加工区，充分利用了车间高度。构件表面基本不修补，即使彩色混凝土也不修补。模板固定方式是固定式模台四周打孔，边模用螺栓固定，内模用磁力吸固定。钢筋网片、桁架钢筋均为成型钢筋。少数钢筋由工人在模台上手工绑扎。墙板四周都不出筋，制造简单。三明治墙板采用金属连接件，保温材料为200mm岩棉。混凝土采用的是自密实混凝土，不需要振捣台，车间噪音小。
图12. Parama工厂
图13. 参观代表在进行安全培训
2.5 参观混凝土连接件生产设计公司Peikko（佩克）
Peikko公司是始建于1965年的家族式企业，致力于混凝土结构的连接和加固技术以及薄楼板复合梁结构的技术。产品包括柱脚连接座、Delta组合梁、加固预埋板等20余种，为构件生产公司、设备公司（如ELEMTIC）提供产品和解决方案，2015年营业总额为1.5亿欧元。在交流过程中，产品经理TarjaJalli主要介绍了该公司产品之一的组合钢梁即DELTABEAM。Delta组合钢梁（图14、图15）是一种中空钢-混凝土组合梁，由钢板焊接而成，在梁的腹板两边留有圆孔。在现场安装后，要由混凝土完全填满浇注。Delta 组合钢梁起到组合梁的作用，或者通过与空心楼板的组合；或者通过与薄壳型叠合楼板组合，再用现浇的方法。Delta 组合钢梁具有达到 R120 的防火等级而不需要额外的防火措施。在整个建筑使用寿命内，可容许布局灵活设计；在楼板下方或楼板内部，容易安装采暖通风和空调管道，施工现场无需额外工作，通过浇注填实混凝土来达到效果。
图14.Delta 梁同轻质混凝土预制构件及现浇楼板
图15. 组合钢梁
2.6 参观装配式住宅施工工地
为了更加直观地体会芬兰预制构件的应用和现场管理，考察团参观了装配式住宅施工工地（图16、图17）。住宅预制外墙采用的是彩色混凝土，免去后期刷涂料工序，且耐久性好，不变色。 清水和彩色混凝土有明显色差时，保留原貌，不涂脂抹粉，不进行二次修补。 阳台板为露骨料饰面，住宅预制率高（90%以上）， 现场工人少，安全管理要求严格。现场办公室、配件仓库（图18）为可移动房屋，可重复使用。 工人态度认真，工作按部就班。
图16. 装配式住宅施工工地
图17. 预制构件堆放场地
图18.配件仓库
2.7 芬兰考察小结
芬兰地处北欧，每年至少有6个月处于冬季。在这样的自然环境下，预制结构施工速度快，构件工厂生产不受天气影响等特点相比现浇优势明显【1】。因此，预制技术在芬兰应用广泛。预应力技术的广泛使用，基于预制技术的结构体系研发，先进的节点连接技术（干连接）的使用，使得预制结构具有良好的技术经济性。预制技术发展不忽左忽右，具有连贯性。预制与现浇，不是对立关系，而是有各自适合的领域，有分有融，相得益彰。行业内不同专业的公司长期合作，平台共享，资源互补，强手联合，竞争优势明显。预制行业从业人员敬业，专注，做事平和。
3. 欧洲混凝土箱涵的生产及应用
德国海斯集团是专业的水泥混凝土制品设备制造商，有上百年的历史。1901年非凡公司在德国的埃特林根注册，开始了制管技术的百年征程，1974年第一台芯模振动制管机成功出厂，经过几十年的不断进取，海斯芯模振动制管机已经在世界各地广泛应用。考察团赴德国位于乌尔姆（ULM）的Prinzing-Pfeiffer公司（Prinzing-Pfeiffer与海斯公司同时隶属于TOPWERK集团是设备制造企业），参观了设备生产厂房，随后赴西班牙参观了混凝土箱涵的生产和施工工地。
芯模振动制管生产设备是此次考察的重点。芯模振动法生产的箱涵自动化程度高、成产效率高、质量稳定，但是其表面粗糙，在进行预埋件安装时工序较复杂。箱涵主要应用在电力箱涵、沟渠、桥梁、热力管道、检修通道等工程中。由海斯生产的芯模振动混凝土箱涵自动生产设备可以生产多种尺寸的箱涵，其中最小尺寸为600 mm×1200mm，最大尺寸为4700 mm×4700mm，最大矩形尺寸为3500 mm×6000mm。箱涵形式分为单仓和平铺组装的双仓（图20）两种。同时箱涵可以预留检查井口（图21）、设置预埋件、预设排水沟等。箱涵接口的密封方式可采用橡胶圈密封，外部防水密封胶密封（图22）的方法【2】。图23为西班牙一个箱涵安装工地。
图20. 平铺组装的双仓箱涵
图21. 箱涵的检查井口
图22. 外部防水密封胶密封
图23. 西班牙箱涵现场施工
我国所提倡的城市地下综合管廊是指在城市地下用于集中敷设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道。目前我国可生产出最大口径为12m的以及双仓混凝土箱涵，虽然芯模振动设备生产的箱涵产品产量高、自动化程度高，但是其最大尺寸的限制、预埋件施工的复杂程度制约了其推广和应用。我们所需要的产品在功能上和施工方法以及防水性能方面要表现优越才能符合发展城市地下综合管廊的要求。产品的同质化和大众化并不能满足国内市场的需求，能够帮助客户按照自己的企业产品标准理解产品才能立于不败之地。比如，人们都知道，选手机要性价比高，但具体怎么判断性价比，多数人并不清楚。某手机发布会上发言人把他们的手机配置如CPU、像素、内存等和对手比较，大家发现原来这款手机是配置最高，价格最低的。从此这些参数就成了大家判断好手机的标准，在这个标准下，这款手机是不会失败的。同质化的商品想办法让用户用你的标准去判断产品好坏是一个抢占市场定位的好办法，在当今管廊生产积极性如此高涨的时代，大步向前的企业是否也能够从中得到启发。
三、考察总结与收获
此次欧洲之行历时11天，主要收获如下：
（1） 关于混凝土预制构件：芬兰混凝土制品行业形成的完整体系在不断修正和完善过程中已经趋于成熟，预制技术和现浇技术各有所长，将一种技术研究透彻，用到极致都会有长足的进步和发展。在芬兰，由于人工成本奇高，采用预制混凝土制品不仅能够减少人工用量，同时还能够缩短工期。该国并不是地震多发国家，所以采用预制法完全符合国情。而我国幅员辽阔，地质结构复杂，各地方原材料情况不同，各地气候条件不同，很难形成统一的发展模式。因此，因地制宜选择适合的发展方向，不盲目跟从，不盲目复制、采用别人的装备、模具以及标准体系是值得我们深思的地方。
（2）在我国大力提倡城市地下综合管廊应用的背景下，企业还需借鉴国外经验并创新开发适合于我国国情的产品、装备和标准体系。
（3）关于预制混凝土箱涵：芯模振动法生产的预制混凝土箱涵产量高、自动化程度高，但是尺寸和功能上的限制制约了其应用和发展。
（4）考察的企业所呈现出的精细化生产、管理水平，对设备精心维护、极致利用，以及生产员工对工作全身心投入的态度，均给考察团成员留下极其深刻的印象。
参考文献：
【1】 刘昊，2016中国混凝土与水泥制品协会总工程师论坛，CCPA芬兰预制构件行业报告（2016）.
【2】 陈荣超，2016中国混凝土与水泥制品协会总工程师论坛，欧洲混凝土箱涵的生产及应用（2016）.