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PC模具設(shè)計對裝配式混凝土PC構(gòu)件成本控制的影響

蔡振祺

上海寶岳住宅工業(yè)有限公司上海 201712

摘　要：通過提高PC模具的標準化設(shè)計，在提高模具設(shè)計生產(chǎn)效率的同時，降低模具使用成本，并根據(jù)構(gòu)件加工廠家對模具的需求條件，提出合理化意見，提供最優(yōu)化的模具設(shè)計兼用方案及模具設(shè)計方案，在模具加工中選擇最為合理的板材厚度，保障模具的剛度和整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；模具設(shè)計；降低成本；標準化

引言

在國家和市場的大力推廣下，裝配式混凝土建筑發(fā)展迅速，建筑業(yè)也從工地現(xiàn)場現(xiàn)澆施工向工廠化工業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，PC構(gòu)件產(chǎn)品的種類與型號也在不斷增加，但尚未形成完整的標準化設(shè)計與生產(chǎn)模式，從而造成預制構(gòu)件整體造價偏高，其中模具的成本費用在預制構(gòu)件的整體費用中占比很大，由此可見，模具的費用對于整個工業(yè)化建筑成本而言非常重要。

黃德銘[1]提出當前模具加工廠絕大部分按照重量收費，所以設(shè)計模具時在滿足使用要求和周期的情況下應(yīng)盡量降低重量。周強[2]提出在不影響構(gòu)件生產(chǎn)工期情況下，在模具配套設(shè)計初期，考慮通過組合拼裝方式，相同結(jié)構(gòu)部分重復使用，不同部分拼裝替換，可實現(xiàn)不同型號構(gòu)件差異化結(jié)構(gòu)的澆筑，從提高模具利用率的角度來降低模具的成本。楊華東[3]對模具配模清單提出解釋，根據(jù)項目吊裝工期反推計算構(gòu)件生產(chǎn)周期，結(jié)合構(gòu)件數(shù)量、種類和出模率，綜合考慮生產(chǎn)成本和工藝難度，最終確定各類構(gòu)件的配模清單。顧進[4]提出建立一個相對標準的PC構(gòu)件庫，各類型尺寸適當規(guī)定為一個系列，庫內(nèi)的構(gòu)件不同組合可生產(chǎn)不同的建筑，可以降低成本。

由于預制PC構(gòu)件模具從材質(zhì)上存在多種多樣的形式，主要有鋼模、木模、鋁模、鋼框木模及鋼框鋁模等，本文主要從目前市場上適用最為廣泛的鋼模入手分析，從PC模具設(shè)計的角度出發(fā)，分析PC模具設(shè)計的現(xiàn)狀，從模具的利用率、兼用方式的選擇、提高模具使用次數(shù)等方面探索降低構(gòu)件成本的途徑。

1 模具設(shè)計原則

模具設(shè)計應(yīng)遵循用料輕量化、操作簡便化、應(yīng)用模塊化的設(shè)計原則，并應(yīng)根據(jù)預制構(gòu)件的質(zhì)量標準、生產(chǎn)工藝及技術(shù)要求、模具周轉(zhuǎn)次數(shù)以及通用性等相關(guān)條件確定模具設(shè)計和加工方案。

1.1 用料輕量化

模具材料板厚的選擇應(yīng)根據(jù)模具的具體形式、使用次數(shù)以及拆模方式?jīng)Q定，大多數(shù)情況下，模具的面板厚度宜控制在6mm左右，背撐筋板宜控制在6～8mm，上下筋板宜控制在8～10mm，從而滿足一定的剛度要求。表1為根據(jù)模具使用次數(shù)來選擇的模具材料板厚。

表 1 模具板厚材料選用表

1.2 操作簡便化

模具邊模設(shè)計：模具邊模設(shè)計應(yīng)根據(jù)鋼筋出筋方式的不同以及構(gòu)件類型的不同選擇不同樣式的模具出筋孔方式，用合適的模具設(shè)計方式對應(yīng)不同構(gòu)件類型，從而增加模具的使用壽命。以剪力墻構(gòu)件邊模為例：

（1）實心墻構(gòu)件側(cè)邊有雙排箍筋伸出，模具出筋孔設(shè)計宜采用模具上梳子孔方式（如圖1所示），在構(gòu)件脫模時，模具與構(gòu)件本身分離后構(gòu)件可向上起吊即可完成拆模。

圖 1 上梳子孔邊模

（2）三明治墻，側(cè)邊有雙排箍筋伸出且下部外葉墻構(gòu)件長度長于內(nèi)葉墻的構(gòu)件，模具出筋孔設(shè)計宜采用模具下梳子孔方式（如圖2、圖3所示），在構(gòu)件脫模時，模具與構(gòu)件本身分離后，邊模向上起吊即可完成拆模，模具設(shè)計時宜將剪力槽與邊模拆分設(shè)計，構(gòu)件拆模過程中可直接向上拆模，不會與模具筋板后的預埋件產(chǎn)生干涉，影響構(gòu)件拆模。

圖 2 下梳子孔邊模設(shè)計圖

圖 3 下梳子孔邊模

（3）實心墻構(gòu)件側(cè)邊出筋數(shù)量較少，拆模方式較方便，模具出筋孔設(shè)計宜圓孔或腰型孔（如圖4所示），模具與構(gòu)件本身分離后模具向后側(cè)拆模，此類模具設(shè)計方式相對模具的重量較輕且模具的整體剛度穩(wěn)定性相對較高不容易變形。

圖 4 腰型孔邊模

模具工裝設(shè)計：模具工裝架分為活動模具工裝架以及定位模具工裝架這兩種（如圖5、圖6所示），根據(jù)模具不同的兼用形式選擇合適的工裝架，可以有效地控制構(gòu)件成型質(zhì)量及模具的制造成本。

圖 5 模具活動工裝

圖 6 模具固定工裝

（1）活動模具工裝架較長使用在項目變模尺寸較多且模具利用率較小的情況下，為了節(jié)省模具攤銷成本所專門設(shè)計的方案。其優(yōu)點是工裝模具可以根據(jù)不同的組模圖紙調(diào)整其工裝的定位位置，缺點是活動定位的定位尺寸精度相對較差，對工人的操作要求較高。

（2）定位模具工裝架較長使用在項目變模尺寸較少的情況下，模具利用率較高。其優(yōu)點是模具定位尺寸較精確，工人僅需要在固定的位置上緊固螺絲銷釘即可，缺點是每次變模后需要替換另外一套模具工裝架使用。

1.3 應(yīng)用模塊化

模具兼用方式的選擇，建議參考模具套數(shù)=單棟樓同種類模具構(gòu)件的數(shù)量/構(gòu)件生產(chǎn)周期×同時開工的樓棟數(shù)×構(gòu)件養(yǎng)護周期。單個模具可生產(chǎn)的最大模具數(shù)量宜控制在100件以內(nèi)，重復生產(chǎn)超過100件且工期較緊張的，宜增加模具套數(shù)，降低因模具重復使用造成的變形影響構(gòu)件質(zhì)量，帶來不必要的損失。表2為某在建項目的模具兼用清單。

模具設(shè)計宜采用標準化設(shè)計方式，完善模具設(shè)計加工單位的標準工藝庫，不僅可以加快模具設(shè)計加工過程中的效率，而且可以讓構(gòu)件生產(chǎn)廠家在不同項目上的模具部分零部件通用，降低一部分模具的采用量，降低模具成本。

表 2 某在建項目模具兼用清單

2 不同類型構(gòu)件模具用量

表3為上海市2020年構(gòu)件信息網(wǎng)上提供的信息指導價中的模具含量清單。

表 3 上海市2020年構(gòu)件信息網(wǎng)模具含量清單

表4為根據(jù)不同構(gòu)件類型在商品房和保障房中的使用統(tǒng)計清單。

表 4 模具含量分析清單

對比表3、表4可知：（1）樓梯及陽臺構(gòu)件模具含量比較高，主要原因是構(gòu)件數(shù)量較少且單個模具重量重，模具的利用率存在較大富余量。樓梯模具平躺式樣的模具重量比立式的模具重量略輕，在構(gòu)件生產(chǎn)單位有足夠場地的情況下可以選擇平躺式樣。（2）樓板及剪力墻構(gòu)件模具含量較低，主要原因是構(gòu)件設(shè)計標準化程度較高，即模具設(shè)計標準化程度相應(yīng)較高，且構(gòu)件數(shù)量較為充裕，模具在利用率上比較充實，可大幅度降低模具的攤銷成本。（3）別墅項目的模具含量普遍比高層項目要高，主要原因在于別墅項目構(gòu)件標準層數(shù)量少，且施工周期較為緊張，為滿足構(gòu)件供應(yīng)需求，模具的利用率得不到滿足，模具的周轉(zhuǎn)次數(shù)較少。（4）保障房項目相比商品房項目，各類型構(gòu)件模具含量略低于商品房，主要原因是保障房項目構(gòu)件造型相對簡單統(tǒng)一，標準化程度較高，模具的周轉(zhuǎn)次數(shù)得到有效的利用。

結(jié)論

（1）根據(jù)項目構(gòu)件的通用性，配合構(gòu)件生產(chǎn)廠家的實際產(chǎn)能，組成最合理的模具兼用清單，用最少量的模具生產(chǎn)出整個項目的構(gòu)件，滿足項目的實際供應(yīng)需求，節(jié)省成本。

（2）根據(jù)不同類型的模具翻模次數(shù)制定模具材質(zhì)的選擇，翻模情況少于10次的建議采用5～6mm厚的鋼板制作模具，翻模情況10～100次的建議采用6～8mm厚的鋼板制作模具，翻模情況在100次以上的建議采用8～10mm厚的鋼板制作模具，局部薄弱易變形位置加強加固處理。

（3）標準化的模具零部件設(shè)計，不僅可以提高模具設(shè)計單位的設(shè)計生產(chǎn)效率，降低模具生產(chǎn)所花費的時間，而且可以有效地降低一部分模具用量，使得構(gòu)件在模具利用上的通用性有一定的增加，降低模具成本。