智能智造 未来已来

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上海市土木工程学会

顺应“十四五”规划要求，推动制造业向高端化、智能化、绿色化方向发展需要，装配式制造已成为建筑业发展的主流趋势。融合信息化与智能化的预制混凝土构件生产，必然是建筑工业化发展征程中的一个至关重要的环节。

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管片生产无人化分析

盾构隧道衬砌管片作为一种隧道工程专用的混凝土预制构件，具有对混凝土强度及抗渗性能要求高，对尺寸精度要求高，外形形状接近等特点。近年来随着技术不断进步，国内在管片自动化生产流水线工艺和设备方面不断完善，但目前除混凝土振捣工序外大部分工序依然以人工操作为主。

管片生产工艺主要由三部分组成，分别是混凝土搅拌，钢筋骨架制作，混凝土浇筑。管片生产流水线的主要功能是以模具在不同工位的流转为核心，将各道工序进行串联。同时由于采用流水线的生产方式，为各道工序的自动化开发提供了更加便利的条件。 管片流水线的8道工序分别是管片起吊、钢模清理、涂刷脱模剂、钢筋骨架入模、预埋件安装、混凝土振捣、收水抹面、蒸汽养护。若能将这8道工序实现无人化，则便可以实现管片自动制造。

近年来随着技术不断进步，国内在管片自动化生产流水线工艺和设备方面不断完善，目前钢模清理、涂刷脱模剂、混凝土振捣、收水抹面、蒸汽养护已实现自动化。

但由于管片结构及工艺特点，每道工序实现自动化的投入及难易程度均有所不同，还有3道工序尚未实现无人化。

管片起吊——需要将行车及真空吸盘进行自动化改造，研究需要的投入较大，且安全性需要进一步试验，因此暂未开始研究。

钢筋骨架入模——钢筋骨架入模后还需要调整位置，确保钢筋骨架四周的保护层厚度，难以在目前的技术条件下实施。 预埋件安装——由于管片钢筋骨架结构复杂，安装预埋件环节难以在目前的技术条件下实施。

管片生产无人化探索

——效率UP

上海隧道工程有限公司构件分公司作为国内预制管片行业的领军企业，以海盐基地作为试点打造的“超级工厂”，对管片自动化生产工艺进行了应用研究。

（1）自动清模技术

自主研发清模机器人，采用尼龙辊筒毛刷，变频转速配合机器人运行速度，全面清理模具内腔。

（2）自动喷涂脱模剂技术

通过机械手配合喷嘴实现脱模剂无人自动喷涂，喷涂均匀、全方位、无死角、无液滴、无积液。 （3）自动收水抹面技术根据收水工作特点，定制开发自动收水抹面技术，可根据钢模种类型号进行调整，完成多种规格管片的抹面；机头搭配重力感应功能，实现更均匀、更全面的抹面工作。

管片钢筋骨架自动化制造探索

——精度UP

钢筋骨架焊接工序是在管片生产流水线外的一道独立工序，由于管片钢筋骨架的结构特点，工序可分为 组装与焊接 两个部分。目前海盐基地融合工业机械化技术、自动化技术以及焊接技术，在钢筋骨架焊接自动化方面的探索也初见成效。

（1）立式自动组装胎架的设计研究

一般管片钢筋骨架组装胎架为了方便工人操作采用卧式设计，但若考虑采用自动化工艺，则调整为立式设计以方便主筋的自动穿入，同时对钢筋骨架优化，采用直主筋与“C”型封头筋组合的形式，更加便于自动化工艺实施。通过机电一体化结构设计，实现主筋的自动穿插、主筋及箍筋装夹定位，为后道工序焊接工序奠定基础。 （2）自动焊接技术通过高精度多轴机械手结合专用工装对管片钢筋骨架进行自动化焊接。

（3）视觉识别辅助焊接技术的研究

由于管片钢筋骨架采用的热轧带肋钢筋表面结构特点，给自动焊接机械手的精度提出了更高的要求，因此将视觉识别技术与机械手相结合，可以有效提高焊接效率和质量。

立足国内，布局全球

——行业UP

虽然工业自动化与智能化近年来风头正盛，但受智能技术发展高度以及领域跨界融合深度的局限，我们必须清晰地认知到就像装配式与现浇式结构将长期共存一样，在智能制造转型的2.0阶段，人机协同乃至共融也是智能制造的必经阶段，自动化和智能化双轮驱动预制构件行业的整体转型，协同发展才是预制构件智能智造的未来。 目前，海盐基地拥有3条智能化衬砌管片生产流水线，可满足不同直径隧道的衬砌管片生产。未来，配合数字管理平台、无人仓储、智能物流等系统和理念，加强与行业领先企业的交流合作，打破生产“孤岛”，“海盐模式”将助力工程项目智能建造，推动行业智能化发展，为建设智慧城市做出贡献。

供稿：上海隧道构件分公司

编审：VICKY

排版：海绵小新

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