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分析关于装配式PC构件模具成本过高的解决方案

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：熊喻

[导读] 摘要：针对模具尺寸与形状的多样化，结合目前国内外的新型技术，研究利用3D打印技术解决模具成本高的问题。

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        摘要：针对模具尺寸与形状的多样化，结合目前国内外的新型技术，研究利用3D打印技术解决模具成本高的问题。3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无须机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的部件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。基于此，本文对关于装配式PC构件模具成本过高的解决方案进行深入分析，以供参考。
        关键词：装配式PC构件模具；成本；解决方案
        引言
        随着社会经济的不断发展，传统的现浇钢筋混凝土结构建筑已不能完全满足社会的发展的需要，人们对于环境保护的日益重视，传统建筑的建造过程造成的资源浪费、环境污染已经成为必须正视的问题.因此从国家层面到各级地方政府大力推广装配式建造的方式。
        1装配式PC构件主要成本构成
        根据装配式建筑施工特点，可将装配式构件成本分为固定成本和可变成本。与传统建造方法相比，装配式建造方式主要多了生产阶段和物流阶段。固定成本的增加主要体现在生产阶段，成本主要包括：构件厂建造费、设备购置及维护费、通用模具购置及维护费、基础水电费、工人固定工资等。可变成本体现在生产和物流阶段，生产阶段可变成本主要包括：构件生产材料费、工人绩效工资、异形模具费、水电费、蒸汽养护费。物流阶段可变成本主要包括：厂内转运费、存储费、运输费、安装费等。
        2 PC构件模具成本过高原因分析
        中国昂贵的土地成本加之中国人的多样化审美观，中国建筑难以实现千篇一律，模块化生产极难实现，使得不同栋楼房甚至同一栋楼房不同楼层之间拆分的PC构件尺寸也不相同，这就导致了模具共用率极低，有时会出现只生产一个构件也需要一套模具的尴尬局面，这就是模具成本过高的根本原因，模具成本受人力、物料、设计、制造、运输等多方面因素的影响，具体来讲，有以下五个方面：
        2.1预制构件厂前期投入高，导致固定成本较高
        经调研，装配式厂建设成本投入高，回收慢，令很多企业望而却步。规模中等预制厂，不含土地成本，仅厂房工程建设费高达亿元，厂房运行初期，包括基础水电费、工人固定工资等固定投入后，导致单个构件固定成本占比极高，若企业后期不能持续稳定扩大生产规模，将导致企业经营风险较高。
        2.2设计、生产、安装阶段脱节，导致可变成本居高不下
        一是装配式建造方式设计与生产、生产与安装各环节相对比较隔离。装配式构件图纸不同于传统施工图纸，构件一旦生产出来，会导致系列成本支出，所以，装配式建筑对设计方要求更高更苛刻。设计方在构件生产前期做好统一规划，利用信息技术做好碰撞试验，降低设计变更数量，提高构件精准设计标准。二是构件厂生产水平不够高，产品错误率较高，导致成本增加。三是生产阶段与安装阶段不对称，构件厂生产进度与施工现场施工进度很难保持一致，导致构件厂库存增大，占用企业大量资金，而且随着构件厂承接的业务越多，库存成本成正比例增长。
        2.3缺乏共用性
        为适应房屋外观、布局和结构的需要，PC构件的尺寸、出筋位置与长度、钢筋的粗细均不同，导致不同构件模具的长度、宽度、厚度也不相同，不同项目不能共用，同一项目亦不能共用。
        2.4易弯曲变形
        模具上要开设多个穿筋孔或穿筋槽，破坏了本体结构的应力，容易导致弯曲变形。同一构件模具使用几次后，就会变形。变形较轻时，需要进行修模、耗费人力、延误工时，变形严重时，模具不得不报废，要重新制作，影响生产周期。基本上一个项目下来，模具成为一堆废铁。同时模具变形影响构件精度，后续修补构件成本也很高。

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        2.5.人工成本高
        钢铁与铸铝材质较重，为了防止变形，设计时增大尺寸、厚度，还要设置很多加强筋板，导致模具笨重，每米重量高达10kg~38kg，工人在拼装中需要行车配合，费时费力，工作效率低下，间接导致人工、用电成本大幅增加。
        3关于装配式PC构件模具成本过高的解决方案分析
        3.1对打印方式的选择
        目前通用的打印方式有熔融式、粉体式和光固化式；每一种打印方式直接决定了模具的打印效率、材料成本、精度及使用寿命，合适打印方式的选择极其重要。公司通过大量试验，最终认为光固化方式最适合PC构件模具的制作。
        3.2对打印设备的研发
        目前，国内外光固化打印设备几乎是单光镜光源打印，受单光镜振幅的限制，打印部件的最大尺寸很难超过800mm，如果不研发出双光源同步打印设备，就会导致PC构件模具拼接段过多，模具拼接效率低下。经过公司长达两年的研发，申请了6个发明专利和13个实用新型专利，最终研发出双光源3D打印机，使单个PC模具的长度达到1600mm，大大提高了拼装效率。使模具打印速度大幅提高，缩短了模具的供应周期，是传统钢铁模具制作周期的1/2。
        3.3对打印材料的研发
        目前光固化化材料的市场售价每吨集中在80000元~400000元，使打印出来的模具成本远高于现在使用的钢铁模具。打印出来的模具韧性较差，在使用过程中极易缺角少棱，甚至断裂，如果不解决材料的问题，很难实现工业化生产，替代现有的钢铁模具。为此，专门成立材料研发小组，经过长达1年的研发：①3D打印模具的质量仅为金属模具的1/5；②价格仅为金属模具的1/2；③强度、韧性及刚度均能达到工业生产需要，完全可以替代钢铁、铸铝等传统模具；④同时3D打印模具在钢模台上震动过程中比钢铁模具振幅大幅减小，400kg的磁力盒就能很好地固定模具，使夹具成本降低了50%。
        3.4对打印结构的研发
        最初，公司研发出来的3D模具尺寸与形状完全参照现有钢铁模具，弱化了3D打印多样化的优势，在实际生产中，存在不少不足之处，比如：螺栓孔设置不合理，安装拆除不方便；堵浆造成胶塞插拔不方便，大体积浇筑时造成中间胀模现象。公司针对工况生产中出现的问题，逐一优化，充分发挥3D打印优势，不仅消除了不足之处，还可以根据构件的中间出筋位置相同等特点，对3D模具进行合理分段，使60%以上的模具可以循环用于不同构件的生产，只需进行部分替换即可。
        3.5政策推动，逐步扩大装配式市场规模
        装配式建筑前期投入高，收效慢，政策不确定时，企业市场风险较高。应在政府层面，以供给侧改革为契机，大力推广装配式建筑，做好引导，通过税收、财政等手段出台更多推动装配式建筑发展的良好政策，使得装配式建筑市场更规范、蛋糕足够大，为企业提供良好的竞争环境。市场规模足够大后，装配式生产企业借助规模优势，大幅降低单个构件固定成本，不断提升工程生产水平，保障构件质量，降低残品率，降低边际成本。
        结束语
        总而言之，随着经济的快速发展，建筑工程的数量会逐渐增多，尤其是人口数量的不断增加，必然会刺激居民的买房需求。由于人们对房屋质量的要求越来越高，所以建筑单位需要着力提升建筑工程质量。钢结构装配式建筑不仅施工成本低而且速度快、质量高，因此值得推广。在施工期间，如果工作人员能够灵活运用BIM技术，必然会使工程质量进一步提升，所以在日后发展过程中，需要工作人员极力推广并使用此技术。
        参考文献：
        [1]詹翔宇，高睿泽，高廉镇，等.解锁我国装配式建筑的绿色机遇[J].砖瓦，2020（5）
        [2]常春光，张瑜.装配式建筑构件生产成本控制问题与措施[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2016.（5）：470-475.
        [3]万连建.装配式建筑成本控制途径研究[J].山西建筑，2015（23）：222.