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干货!对装配式 PC 构件可移动工厂建设浅析

时间:2021-11-26

来源:住宅产业

摘要:近年来,在信息化和制造业融合大潮下,传统的固定式 PC 构件工厂存在的占地面积大、资源浪费严重,构件运输中损耗大等局限性凸显出来。为实现精益建造和节约资源及成本,本项目提出了可以“跟着工程走”的移动化 PC工厂。移动化 PC 工厂是指可在短期内快速搭建并按需求高效投入生产的装配式 PC 构件工厂。项目利用 GIS 技术,在施工工地周边快速选址。工厂建设主体结构选取轻钢结构,在短时间内完成工厂搭建,按照需求开始生产预制楼墙板和预制楼梯等构件。项目全过程利用 BIM5D 技术,实时监测调控构件生产进度、指导施工场地的现场布置等,可实现全过程的成本、进度、质量精准控制;在构件运输环节,还可利用 GIS 技术实时反馈道路拥堵状况、计算路程时间,提供可行性方案,节省运输时间和成本。


一、引言


近年来,在信息化和制造业融合大潮下,传统的固定式 PC 构件工厂存在的局限性凸显出来。固定式构件工厂占地面积大,设备对场地要求高,工厂选址与建设耗时较长 ;信息不对称导致工厂库存堆积严重,造成浪费资源 ;而且构件供应受到地域限制,运输路程长,产生的额外风险多、损耗大。为实现精益建造和节约资源及成本,传统工厂现面临着巨大的转型压力。由此,本项目提出了可以“跟着工程走”的新型 PC 构件工厂,并称之为移动化PC 工厂。在短期内快速搭建并按需求高效投入生产的 PC 构件工厂。项目利用 GIS 技术、BIM5D技术,综合考虑周边环境以及与工程距离,在一个或多个施工工地周边快速选址。工厂建设主体结构选取轻钢结构,保证 3 个月内迅速完成工厂搭建,按照需求开始生产 PC 构件。


二、提出案例


新型工厂主要通过缩短目的地与构件生产工厂的距离,以控制运输距离(降低成本)为导向提出假象案例,宁波市现有三处工地,分别为工程 A(位于鄞州区首南街道陈婆渡村),工程 B(鄞州区潘火街道中鹅村)和工程 C(位于鄞州区钟公庙附近,堇山西路和广德湖北路交叉口)。而距离三处工地最近的传统 PC 构件工厂是慈溪市横河镇张岙预制构件厂。其四处在地图上的分布,利用GIS 技术可计算出最佳运输路线。构件厂距离工程A 约 68km,距离工程 B 约 73km,距离工程 C 约67km。


为控制运输距离,综合考虑周边环境、土地基本信息以及与工程距离等影响因素,选定在横溪镇岐山路和人民北路交叉口建造一个新的 PC 构件工厂,计算最佳运输路线,移动式 PC 构件厂距离工程 A 约 12km,距离工程 B 约 14km,距离工程C 约 14 里 km。


三、方案设计


1. 总体构思运用


BIM5D 与 GIS 的实时信息交互的技术特点,改革传统 PC 工厂的构件生产,以契合施工场景与现况 ;将生产线移动起来,缩短构件的运输时间、降低构件的实际施工要求,以便降低管理成本、运输成本,并提高装配式建筑的适用范围。让装配式建筑构件的生产与运用,更经济、更高效、更精细。


2. 移动 PC 工厂要素


实现移动 PC 工厂这个设想,需要精益化生产、BIM5D、GIS、信息实时交互四个要素的完美协调。其中 BIM5D 与 GIS 技术让信息的实时交互成为可能,同时,现今的大数据分析技术也日益成熟,亦可运用在本项目中用以观察市场,明确市场需求和移动 PC 工厂、客户定位。


必须要满足的要求便是小场地、短驳回、针对性生产,移动 PC 工厂的优势也体现于此。构件的精益化生产无疑完美的解决了现今 PC 工厂的局限性问题,与移动 PC 工厂相辅相成。


四、方案流程


1. 鱼骨流程图 ( 见图 1)



2. 前期准备阶段


通过网络大数据分析技术以及遣派相关团队进行实地考察,收集定厂地域装配式建筑的普及率和装配率,了解当地的装配式以及各类构件的使用率以及年总销售量,得出当地使用率最高、经济效益最好的相关构件。


运用 GIS 技术拟定移动 PC 工厂的地理位置,并实地考察,模拟建厂的运输路线,确保建厂的高效性。


采用 BIM 技术,采用 Revit 等建模软件,创建移动 PC 工厂模型,因工厂主要采用轻钢构建造,故同时采用 Tekla(Tekla Structures)来设计钢构节点。利用 AECOsim 软件来模拟碰撞测试避免实际施工的可能遇到的问题。以此确保移动 PC 工厂施工保质保量得顺利进行。


设计并编写项目策划书,提交项目进行审批,获取施工许可证。


五、可行性分析


1. 技术层面


本项目主要运用了 revit 进行建模,并依靠BIM-5D 进行生产过程、现场安装、运营维护的适时调控 ;选取轻钢结构为工厂建设主体结构,实现工厂的可移动 ;在工厂选址及后期运输问题上,通过地理信息系统(GIS)来选择最优位置与线路。


(1)BIM 建模


BIM 技术是三维可视化的信息技术,是集成多专业全构件的属性及功能信息模型。它可以完成工程项目中对信息模型的创建、集成、共享和管理的全过程。建模是 BIM 技术应用的第一步,一个完善的模型可以为项目打好良好的基础。


(2)BIM-5D 集成信息平台


在三维的 BIM 建筑信息模型上,融入时间进度信息,可以得到 BIM-4D 模型。随着施工难度的不断加大,如何使生产成本得到合理调控即成本管理显得尤为重要,在 BIM-4D 的基础上融入成本造价信息而得到的 BIM-5D 成为一种新型的项目信息管理平台。运用 BIM-5D 集成信息平台,在构件生产阶段、构件生产安装阶段与构件运营维护阶段做到全面实时调控。


(3)轻钢结构厂房设计


本项目移动工厂旨在建造时间短、使用年限短、可二次利用等特点,为此采用轻钢结构。由《钢结构设计规范》得知,轻钢结构是厚度小于等于10mm,具有重量轻、强度高、防水、防震、防尘、隔音、吸声、恒温等功能且施工周期短的年轻而极具生命力的钢结构体系。已广泛应用于一般工地、农业、商业、服务性建筑,如办公楼、仓库、体育场馆、娱乐、旅游建筑和低、多层建筑等领域。门式轻钢结构厂房设计具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、综合效益高等优点,与设计初衷契合。


(4)地理信息系统


考虑到在工厂选址时需要综合考虑周边环境、与工程距离、构件运输线路选择等问题,将地理知识与地图信息以及遥感技术和计算机科学相结合的综合地理信息系统作为解决此些问题的主要手段。


2. 社会层面


(1)发展规划分析


本项目的建设符合全国城市总体规划,通过本项目的建设可以带动周边工程更快的完工,节约工期,推动城镇化进程。随着宁波的发展不断加快,全国各地对于居住建筑、商业建筑、配套服务设施的需求日趋旺盛,本项目的出现可以大大缩短工期、降低生产成本,符合国家总体规划、顺应未来发展趋势。


(2)行业影响分析


本项目在临近施工项目中选取最优点进行移动工厂的建设,工厂同时服务于临近的施工项目,且进行预制构件的生产,在降低成本的情况下缩短了工期,对当地城市建筑行业的巩固和发展起到推动作用。


(3)社会影响分析


本项目的建设降低了原始工厂的运输成本,且使得预制构件在生产至投入使用的成本得到有效控制,降低了资金的投入,推动产业的提升。同时,为投资者打造了良好的投资环境,为就业者提供就业岗位。因此,项目存在与发展过程中得到当地政府、居民的支持程度非常高,具有非常好的社会适应性。



3. 经济层面


(1)装配式构件生产成本分析


预制构件的生产成本包括 :①构件生产人工费;②构件生产材料费;③用于构件生产的模具费;④模具摊销费 ;⑤预制构件内需放入的管线与预埋件设置费用 ;⑥水电费 ;⑦构件存放及管理费用 ;⑧预制构件运输费用等。


为了分析生产构件的成本组成,势必需要对构件的成本构成做出非常详细的分解。就构件的单个成本而言,通过拜访相关公司以及网络文献,统计了构件工厂的成本构成,构件成本主要包括直接材料、人工、模具费、折旧等。


(2)装配式构件运输成本对比分析


将传统 PC 工厂的运输成本与生产成本结合起来,得到了图 2 的分布情况,并得出运输成本占了总体成本非常重要的一块。


通过预演方案中,将移动 PC 工厂的运输成本与生产成本结合,发现运输成本占有总成本的比例明显下降。


(3)装配式构件运输成本对比分析


经由上述数据分析,移动 PC 工厂与固定 PC工厂在成本上的对比主要体现在一个成本增量 :工厂迁移建造成本增加 ;一个成本减量 :运输成本减少。


以方案中移动 PC 工厂为例,进行移动 PC 工厂与固定 PC 工厂在经济效益上的对比,因为生产成本在固定 PC 工厂或者是移动 PC 工厂中相等由此推出经济效益 = 整批货物运价 × 固定 PC 工厂运输里程 + 长距离的运输损耗费用 -(整批货物运价 × 移动 PC 工厂运输里程 + 短距离的运输损耗费用 + 建厂费用),通过对工程 A 的运输经济效益进行计算与对比分析,上述分析总结可得,移动PC 工厂会比固定工厂获得更多的收益,其中在 PC移动工厂的产量可以满足工程所需求量的前提下,有更多的工程在其运输范围内,会使得工厂的获利更加巨大。


六、总结


本项目提出了可以“跟着工程走”的移动化PC 工厂,该工厂可在短期内快速搭建并按需求高效投入生产。项目利用 GIS 技术,综合考虑周边环境以及与工程距离,在一个或多个施工工地周边快速选址。工厂建设主体结构选取轻钢结构,保证 3 个月内迅速完成工厂搭建,按照需求开始生产预制楼墙板和预制楼梯等构件。项目全过程利用 BIM5D 技术,实时监测调控构件生产进度、指导施工场地的现场布置等,可实现全过程的成本、进度、质量精准控制,在构件运输环节,还可利用GIS 技术实时反馈道路拥堵状况、计算路程时间,提供可行性方案,节省运输时间和成本。



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