0 前言
混凝土管樁行業(yè)從上世紀(jì)80年代起步發(fā)展，至今已有30多年歷史。全國(guó)的管樁廠家從沿海地區(qū)向內(nèi)陸發(fā)展，現(xiàn)約有500多家管樁廠，管樁用量從2000年的1300萬m到2011年的3億m，是世界上管樁用量最大的國(guó)家。但是管樁生產(chǎn)線的規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面仍較為滯后，國(guó)內(nèi)還沒有形成系統(tǒng)科學(xué)的管樁生產(chǎn)線設(shè)計(jì)規(guī)范性文件。同時(shí)，管樁工藝流程設(shè)計(jì)也沒有太大改進(jìn)，工藝布局和流程有優(yōu)劣，未能達(dá)到理想的投入與產(chǎn)出的效益比例，甚至有的管樁廠因規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理，還造成投資浪費(fèi)、工藝“瓶頸”、安全隱患、生產(chǎn)成本高等現(xiàn)象。近年來，隨著部分新設(shè)備的改進(jìn)應(yīng)用，工藝流程雖有所改良，但是和國(guó)外先進(jìn)的管樁自動(dòng)化生產(chǎn)線相比，還存在較大的差距。筆者根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)管理體會(huì)，參考國(guó)外自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝流程，討論了國(guó)內(nèi)管樁廠設(shè)計(jì)的總體思路和現(xiàn)有工藝流程存在的問題以及有待改進(jìn)發(fā)展的地方。
1 設(shè)計(jì)的總體思路和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
投資者新進(jìn)入管樁行業(yè)，最想了解的是投資收益多少，行業(yè)發(fā)展前景如何。僅從技術(shù)角度分析具體的投資要素，首先應(yīng)考慮投資規(guī)模。根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)情況決定管樁的產(chǎn)銷量目標(biāo)，決定購(gòu)置土地的大小。也可以根據(jù)已有的土地，考慮廠區(qū)布局，合理分配，充分規(guī)劃利用。再設(shè)計(jì)考慮其它因素：車間的工藝流程、道路的走向、堆場(chǎng)所占的比重、砂石等原材料的堆放、鍋爐或蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的布局、電力系統(tǒng)的布局、輔助設(shè)施的規(guī)劃等。從管樁銷售市場(chǎng)的特點(diǎn)看，一般需要廠內(nèi)的管樁堆場(chǎng)存放量大，所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮成品堆場(chǎng)的面積不少于生產(chǎn)車間的面積，存放量滿足近一個(gè)月的生產(chǎn)產(chǎn)量，便于生產(chǎn)和銷售的管理。
評(píng)價(jià)管樁廠設(shè)計(jì)規(guī)劃的優(yōu)劣，從生產(chǎn)效率、安全、工人勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境4方面考慮。生產(chǎn)效率需要從人均生產(chǎn)管樁數(shù)量和每小時(shí)生產(chǎn)管樁數(shù)量?jī)煞矫鎭砜紤]，人均生產(chǎn)管樁數(shù)量（以下簡(jiǎn)稱人均數(shù)）按照成型班組的人員來計(jì)算，即從攪拌布料到拆模工藝的人員（不含鋼筋骨架制作）平均每人生產(chǎn)管樁的數(shù)量。在完全按照生產(chǎn)工藝條件前提下生產(chǎn)，一般認(rèn)為人均數(shù)為4條時(shí)，生產(chǎn)線較為合理；人均數(shù)為5條時(shí)，較為優(yōu)良；人均數(shù)達(dá)到5條以上，為優(yōu)秀。每小時(shí)生產(chǎn)管樁數(shù)量（以下簡(jiǎn)稱時(shí)產(chǎn)數(shù)）按照每臺(tái)離心機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)管樁的數(shù)量來計(jì)算，一般時(shí)產(chǎn)數(shù)為4條時(shí)，生產(chǎn)線優(yōu)良；時(shí)產(chǎn)數(shù)為4.3條時(shí)，較為優(yōu)秀。可見，應(yīng)將這兩方面結(jié)合起來，衡量管樁生產(chǎn)線的工藝流程是否合理，投入和產(chǎn)出是否成正比，不能單一去比較。表1為管樁廠工藝設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)因素表。
表1 管樁廠工藝設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)因素表
2 現(xiàn)有管樁工藝流程對(duì)比
管樁工藝流程設(shè)計(jì)是管樁廠設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，直接影響到生產(chǎn)效率、安全、工人勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境等方面。預(yù)制混凝土制品的生產(chǎn)工藝分為3類，即臺(tái)座法、機(jī)組流水法和流水傳送法。目前，國(guó)內(nèi)管樁廠家一般采用機(jī)組流水法。常用的機(jī)組流水法管樁生產(chǎn)工藝可分為縱向工藝和橫向工藝，其中橫向工藝按照成型車間的布置又分為多跨循環(huán)生產(chǎn)工藝和單跨往返工藝。表2為管樁工藝流程分類表。
表2 為管樁工藝流程分類表
在設(shè)計(jì)管樁廠時(shí)，有的設(shè)計(jì)人員因認(rèn)識(shí)不足，會(huì)誤解為單跨往返式的工藝會(huì)比多跨循環(huán)式的工藝流程節(jié)省用地，生產(chǎn)效率高。事實(shí)上，以同樣的生產(chǎn)工藝制度去執(zhí)行，同樣的設(shè)備投資建設(shè)，兩種工藝流程實(shí)際占地面積是相當(dāng)?shù)�。圖1和圖2分別為單跨往返式和多跨循環(huán)式管樁工藝平面圖。
圖1 單跨往返式管樁工藝平面圖
圖2 多跨循環(huán)式管樁工藝平面圖
從圖1、圖2可知，兩種工藝同樣是2臺(tái)織骨架機(jī)、4條布料線、5臺(tái)離心機(jī)、8個(gè)蒸養(yǎng)池、2臺(tái)蒸壓釜的設(shè)備配置，單跨往返式的單層廠房占地面積4956m2，60根立柱；多跨循環(huán)式的單層廠房占地面積4956m2，56根立柱，可見兩種工藝布置的廠房占地面積是一樣的。生產(chǎn)效率方面對(duì)比：生產(chǎn)一條管樁成型車間起重機(jī)吊運(yùn)工作的次數(shù)對(duì)比；單跨往返式的工藝成型車間起重機(jī)吊運(yùn)8次，多跨循環(huán)式的工藝成型車間起重機(jī)吊運(yùn)9次，即生產(chǎn)一條管樁多一次吊運(yùn)動(dòng)作。依據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，只要員工熟練配合，兩種方式的工藝車間，均能達(dá)到較高產(chǎn)量。在保證質(zhì)量的前提下，多跨循環(huán)式的工藝成型車間的單班PHC管樁產(chǎn)量可以達(dá)到300條/班，人均產(chǎn)量可以達(dá)到5.5條/人，平均每小時(shí)每臺(tái)離心機(jī)生產(chǎn)管樁數(shù)量可達(dá)到4.3條。從安全性方面對(duì)比：?jiǎn)慰缤凳降墓に嚦尚蛙囬g存在頻繁的交叉作業(yè)和“倒流水”現(xiàn)象，工作區(qū)域集中，起重機(jī)越過人員作業(yè)區(qū)較多，存在較大的安全隱患。從以往實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，單跨往返式的工藝車間比多跨循環(huán)式的工藝車間發(fā)生的工傷事故多。所以，多跨循環(huán)式的工藝成型車間比單跨往返式的工藝成型車間更安全，綜合效率更高，對(duì)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)更有利。再則，國(guó)外的先進(jìn)廠家，如，日本和韓國(guó)的管樁工藝，絕大部分也都采用多跨循環(huán)生產(chǎn)工藝。
3 管樁生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)問題分析
3.1 國(guó)內(nèi)管樁生產(chǎn)存在的問題
(1)人員太多，過多依賴于人力生產(chǎn)。成型班組至少需要33人，前臺(tái)布料人員最多，需要10～15人，占成型車間人數(shù)的30%以上，合模人員4～5人，占成型車間人數(shù)15%，這兩工序人員都集中在布料區(qū)工作，15～20人，占成型車間人數(shù)的45%，工作區(qū)面積只占成型車間面積的11.4%，可見人員比較密集，工序作業(yè)方式落后。
(2)勞動(dòng)強(qiáng)度大。裝骨架人員需要搬動(dòng)張拉頭板和張拉尾板，每個(gè)板的重量50～100kg不等。手提著風(fēng)炮合模拆模，一只風(fēng)炮重約15kg。
(3)設(shè)備落后。例如，起重機(jī)的吊具是簡(jiǎn)單的鏈條掛鉤，定位不準(zhǔn)，需要人員手抓鏈條掛鉤操作。樁模的移動(dòng)全部依賴于人員和起重機(jī)的配合。
(4)安全性較差。主要是因?yàn)椴糠衷O(shè)備落后，過多依賴于人工操作，造成存在安全隱患的工序較多。例如：人工掛鏈鉤容易夾傷手指、人員進(jìn)入離心機(jī)工作區(qū)、蒸養(yǎng)池等危險(xiǎn)區(qū)域掛鉤，有安全隱患。起重機(jī)運(yùn)行速度過快，超出規(guī)范要求，經(jīng)常使用“返剎車”違規(guī)操作，容易碰撞設(shè)備和人員，起重機(jī)往返交叉作業(yè)容易造成相互碰撞，起重機(jī)作業(yè)和地面區(qū)域的人員配合操作不協(xié)調(diào)時(shí)，也有很大的安全隱患。另外，多種設(shè)備的保護(hù)裝置不足。
(5)存在一定的環(huán)境污染。離心機(jī)工作時(shí)噪音大；清洗砂石時(shí)產(chǎn)生大量污水；鍋爐產(chǎn)生的廢氣廢渣等。
(6)能源耗用大。一條管樁生產(chǎn)線耗用電能和熱能較大。
因此，設(shè)計(jì)管樁廠時(shí)，首先應(yīng)考慮好良好的生產(chǎn)工藝流程，然后從以上6個(gè)方面來合理完善設(shè)計(jì)，這同時(shí)也需要國(guó)內(nèi)管樁廠家和設(shè)備廠家緊密配合，不斷創(chuàng)新改進(jìn)，共同促進(jìn)國(guó)內(nèi)管樁行業(yè)的發(fā)展。
3.2 設(shè)計(jì)改進(jìn)的方法
(1)減少管樁廠人員，盡量將依賴人員作業(yè)的工序改進(jìn)為機(jī)械化生產(chǎn)。人員最多的工序是混凝土布料工序，一般需要10～15人。眾所周知，生產(chǎn)PHC管樁時(shí)，壁厚70mm的φ300mm管樁、壁厚95mm的φ400mm管樁和壁厚125mm的φ1500mm管樁的混凝土料較多，堆積成型的難度最大，一般是采用樁模底模接料后再合蓋上樁模的生產(chǎn)工藝方法，此工序最耗費(fèi)時(shí)間和人力，也是最需要改進(jìn)的工藝環(huán)節(jié)。目前，比較成熟的改進(jìn)方法有2種。①日本的布料工藝，即合好樁模后，泵送混凝土布料。泵送混凝土的工藝實(shí)施需要解決2個(gè)難點(diǎn)，一是需要混凝土坍落度大流動(dòng)性好，滿足泵送要求，同時(shí)還必須保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到蒸壓強(qiáng)度80MPa以上；二是設(shè)備必須保證泵送過程的實(shí)施，尤其樁模生產(chǎn)15m以上的長(zhǎng)管樁時(shí)，懸臂長(zhǎng)，撓度大，機(jī)械設(shè)備必須保證不彎曲變形，而且又要保證使用壽命。目前，國(guó)內(nèi)已有廠家克服以上難題，同時(shí)還減少了人力資源，使從原來需要15人的作業(yè)減少到3人作業(yè)，減少了80%，PHC管樁的強(qiáng)度也能達(dá)到C80以上，質(zhì)量穩(wěn)定。但是為了保證大坍落度流動(dòng)性好的混凝土的強(qiáng)度達(dá)到要求，需增加水泥用量約15%，綜合成本上升了3%以上，因此，還未普遍推廣使用，需要繼續(xù)從混凝土的配方和泵送設(shè)備的改良方面結(jié)合起來研究，繼續(xù)找到最佳的平衡點(diǎn)，做到既可以滿足生產(chǎn)質(zhì)量，又可以控制生產(chǎn)成本。②國(guó)內(nèi)的傾斜低速離心布料的方法。采用該方法，作業(yè)人員減少了65%。但是此方法布料生產(chǎn)的速度較慢，而且場(chǎng)地下沉安裝設(shè)備環(huán)境欠佳，也需要進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)備，完善場(chǎng)地布局。由上述兩種方法可見，只要改進(jìn)布料工藝，就可以將人員減少65%～80%。
合模和拆模工序，使用人力操作，需要6～8人，如果采用自動(dòng)化設(shè)備合模拆模就可以全部取消此工序的人員。此外，采用降低勞動(dòng)強(qiáng)度的拆模方式，可以減少2人。鋼筋骨架加工車間，切筋、鐓頭工序可以采用自動(dòng)化設(shè)備，人員可從4人減少到2人，減少50%。但此工序人員需要注意根據(jù)鋼棒材質(zhì)的變化，調(diào)整設(shè)備，確保鐓頭質(zhì)量。
(2)解決勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。勞動(dòng)強(qiáng)度較大的工序是布料工序和裝骨架工序，布料工序采用上述方法解決，裝骨架工序則需要在設(shè)計(jì)初期就考慮好減少?gòu)埨^板和尾板的搬運(yùn)，減少人力搬運(yùn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。班組生產(chǎn)200條管樁時(shí)，常用的人員是安裝張拉頭尾板5人，拆模和拆張拉頭尾板3人，機(jī)動(dòng)人員1人，共9人。φ500mm的張拉頭板和螺桿重量98kg，張拉尾板的重量50kg，每班需要拆裝200次，安裝張拉頭尾板的工人平均每人每天搬動(dòng)40次，即每天需要搬運(yùn)1184kg重的物品，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮拆卸后的張拉頭板、尾板用鏈勾吊運(yùn)搬動(dòng)，或者在原地安裝，減少搬動(dòng)運(yùn)輸。安裝鋼筋骨架和張拉頭、尾板時(shí)，將安裝操作的高度設(shè)定在人體最適合用力的高度，風(fēng)炮用鏈鉤吊放，合打螺栓時(shí)再移動(dòng)就位。這樣人員可以減少1人，勞動(dòng)強(qiáng)度可以降低50%以上。
(3)設(shè)備的改進(jìn)。國(guó)內(nèi)管樁生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)過多年不斷創(chuàng)新開發(fā)，基本能夠符合管樁生產(chǎn)要求。早期廠家較為落后的設(shè)備是起重機(jī)，采用鏈條掛鉤的形式吊運(yùn)樁模等，依賴人力掛鉤，安全性差。張拉頭板和尾板等重物依賴人力搬運(yùn)。目前，各廠家致力于自動(dòng)化設(shè)備的研究，在節(jié)省人力、降低成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等方面做出了一定的成績(jī)。
近兩年，開發(fā)了起重機(jī)自動(dòng)夾具，使得生產(chǎn)工藝向半自動(dòng)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。在蒸養(yǎng)池和離心機(jī)等危險(xiǎn)區(qū)域自動(dòng)掛鉤，不用工人進(jìn)入高溫高速的區(qū)域，這樣便大大減少了安全隱患。從離心機(jī)變頻技術(shù)改進(jìn)、裙板壓邊機(jī)、余漿回收循環(huán)使用等設(shè)備的研制應(yīng)用，都給管樁生產(chǎn)工藝帶來較大的進(jìn)步。
(4)安全因素。不能只是片面追求產(chǎn)量而忽視安全因素，只要設(shè)計(jì)規(guī)劃合理，安全和生產(chǎn)效率都能兼顧。通過工藝流程分析得出，多跨循環(huán)車間比單跨往返車間的安全性高。另外，規(guī)劃廠區(qū)用地時(shí)，道路應(yīng)足夠?qū)挸�，視線良好，車輛工作區(qū)域與人行區(qū)域分開。鍋爐蒸壓釜等壓力容器盡量離人員作業(yè)的區(qū)域遠(yuǎn)些。行業(yè)已經(jīng)制定《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁安全生產(chǎn)要求》，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合此規(guī)范的要求。
(5)環(huán)境改善。管樁生產(chǎn)環(huán)境噪音大，各工序緊湊，重型設(shè)備、高速設(shè)備較多，人員工作區(qū)域密集，屬于危險(xiǎn)行業(yè)。因此，改善廠內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境意義重大。“倒流水”的工序有安全隱患的地方都應(yīng)設(shè)置警示標(biāo)識(shí)。廠區(qū)內(nèi)設(shè)置好人行通道，材料堆放區(qū)等。
(6)能源設(shè)計(jì)考慮因素，主要是熱能和電能，平均生產(chǎn)每m PHC管樁耗用蒸汽35kg，耗用1.4度電。年產(chǎn)200萬m的廠家需耗用1.17萬t煤，280萬度電。因管樁行業(yè)是能耗較高的行業(yè)，設(shè)計(jì)能源方面要盡量做到節(jié)約使用。
管樁生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和工藝管理探討（下篇）
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本文標(biāo)題：管樁生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和工藝管理探討（上篇）
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