科研丨装配式建筑预制构件模具→如何优化设计及降低成本

装配式建筑是建筑业绿色发展、循环发展、低碳发展的主要内客，是稳增长、促改革、调结构的重要手段，与传统施工方法相比，装配式建筑可实现节能、节水、节材、节时、节省人工、大幅减少建筑垃圾和扬尘、环保的目的；装配式建筑在现场主要进行预制构件的拼装，与传统现浇模式相比，把施工现场大量的高强度的作业移向“工作环境可实现人为控制的厂房内”进行现代化生产，改善了工人作业条件，减轻了劳动强度，提高构件生产精度，缩短施工周期，降低施工噪音，减少湿作业建筑垃圾，大大提升绿色施工水平。

作为装配式建筑产业中重要的一环，模具的精度、耐久度和成本尤为重要，目前，模具设计和制作普遍存在标准化和模块化程度低、结构不合理和成本过高等问题，随着预制构件品类日益增多，以及对产品精度要求的不断提升，模具问题一定程度上制约了装配式建筑行业的高质量发展，存在一定的改进和提升空间。

2.1 标准化程度低

住宅项目具有多样化的特点，户型和层高各有不同，以及每位工程师对预制构件拆分思路和习惯存在差异，导致预制构件尺寸、配筋和钢筋间距的不同，模具之间互不通用，数量繁多。项目之间亦无法通用，此外，因模具精度要求高，大部分模具无法通过改制而再次使用于下一个项目，项目结束后模具只能报废处理，造成极大浪费，导致模具成本居高不下。

2.2 模具结构设计不合理

大部分模具生产企业的工程师没有预制构件生产经验，导致设计的很多模具组装和拆模难度大，甚至无法拆模的情况时有发生，严重影响了构件生产效率和产品质量，如图 1中的空调板模具，左侧模具下层出筋孔为圆孔，需要将左侧模具退出才能拆模，但构件弯筋导致模具没有足够的退出空间，导致无法拆模。另外，有些墙板的梁筋属于弯锚，拆模需要上提模具，其余位置属于直筋，拆模时需向外退出，拆模方向不同，目前设计普遍采用螺栓连接进行组模，拆模时需将两端模具分离，如图 2 所示，拆模效率很低。

2.3 模具设计精细化程度不足

目前由于模具设计从业人员技术水平和生产单位制作水平参差不齐，模具设计和制作普遍存在精细化程度不足的情况，常见问题如出筋孔处封堵混凝土问题考虑不周、模具连接螺栓规格不统一影响效率、模具顶板变形导致影响收面效果等。

2.4 未结合模具周转次数进行选材

装配式建筑项目既有超高层建筑，又有低层住宅，两者模具的使用次数相差很大，但目前大部分模具设计和生产单位并未考虑模具周转次数和使用寿命，所用钢板厚度和型材规格均按照同一标准进行设计和生产。高层建筑的模具因使用次数多，强度和刚度不足导致后期变形和破损严重，影响预制构件质量，而低层建筑项目的模具周转次数较少，强度和刚度过剩，造成浪费。

3.1 模块化设计

因预制构件标准化程度低，导致模具通用率低，无法进行标准化设计。针对这种情况，可进行模块化设计，如目前很多楼梯模具均配有一体的爬梯和走台，如图 3 所示。可将这些爬梯和走台从模具中取消，单独制作爬梯和走台放于车间共同使用，既可节省成本，又能有效节省厂房空间，如图 4 所示。此外，楼梯模具中底座尺寸是保持不变的，可由原来的焊接方式更改为螺栓连接，项目结束后将底座用于下一个项目，从而实现楼梯模具底座的通用，如图 5 所示。

此外，窗口模具也可进行模块化设计，窗口模具一般为 8 个单元组合而成，如图 6 所示。其中四个窗角可作为通用模具，四个直段模具的长度可根据窗户的常用尺寸设计为600mm 、800mm、1000mm 等，经合理组合进行使用，实现大部分窗户洞口的尺寸要求，从而节省成本和缩短制作周期。

3.2 组合模具设计

预制叠合板一般指楼板的预制底板，后期通过桁架筋与上部现浇混凝土层结合成为一个整体，是预制和现浇混凝土相结合的一种较好的结构形式，具有施工快，整体刚度大，抗震性能好的特点，预制构件可提前预埋线盒，预留管道洞口。叠合板是装配式建筑中使用广泛，几乎每个装配式建筑均有采用，在预制构件中数量占比大、模具费用高、制作周期长。但为了适应不同的房间尺寸，预制混凝土叠合板的尺寸变化频繁且无规律，叠合板出筋间距也各不相同，但以200mm 和 150mm 间距为主，根据预制叠合板的这些特点，可将上述两种常用出筋间距的模具做成组合模具：将一个方向的模具做成 2 米一段的通用模具，另一方向的模具只需在组合模具中滑动，即可实现任何尺寸的叠合板生产制作，如图 7 所示，实现成本节约。

3.3 基于提高生产效率和产品质量进行设计

针对上文 2.2 中提到的墙板梁筋处拆模不便的问题，为提高拆模效率，模具设计可采用通长上提式结构，无需拆解螺栓和模具即可脱模，只需做好漏浆的封堵措施，如图 8所示。此外，目前模具在设计和制作时，普遍将立板和顶板平齐，而顶板在生产和拆模过程中逐渐变形，当刮平杆以模具顶面为基准对预制构件进行找平和控制厚度时，变形的顶板严重影响找平和收面效果，为解决该问题，可考虑将模具立板预留飞边，高出顶板 5mm，如图 9 所示，以立板为基准进行找平，可有效避免因模具顶板变形导致预制构件找平和收面效果不佳的问题。

墙板模具侧面出筋多为封闭箍筋或弯钩，模具在出筋位置需开长孔，加上长孔内有出筋，如图 10 所示。封堵不便，导致混凝土浇筑时漏浆严重，为解决该问题，可在长孔侧边开孔，将出筋放于此处，则长孔封堵变得非常方便，拆模时只需移动模具将出筋恢复至长孔位置即可，如图 11 所示，这样可有效改善混凝土漏浆问题，避免浪费混凝土和污染环境，同时提高构件质量。

3.4 优化模具结构

目前大部分墙板模具采用钢板组焊的方式进行制作，预制内墙板和三明治外墙中的内叶板厚度一般为 200mm，为避免焊接变形、减少人工作业量和缩短制作周期，可使用200×73×7.0/Q235 规格的槽钢代替钢板组焊，如图 12 所示。同样，叠合板厚度一般为 60mm 厚，可使用 60×6.0/Q235 的非标角钢代替，如叠合板有倒角，可使用 70×6.0/Q235 折弯代替。叠合板模具也可以采用一次成型的铝合金模具，侧面做成花纹、沟槽或凸起，生产的叠合板构件侧面自然形成粗糙面，无需冲毛处理，如图 13 所示。经测算，使用槽钢制作的墙板模具比钢板组焊重量减低 20% 左右，使用角钢制作的叠合板模具重量降低 30% 左右。此外，模具设计时，应根据项目情况和模具周转次数，合理选择钢板厚度、型材规格和模具结构形式，在保证模具质量的前提下，根据周转次数合理设计耐久性和使用寿命，可大幅节约成本。

随着装配式建筑的大力发展，装配式建筑占比和单体装配率逐年提高，为推动行业健康稳定发展，对装配式建筑模具设计和制作水平的要求也越来越高。

本文结合预制构件实际生产经验，首先对目前模具设计现状、存在的问题和不足进行分析，提出以下改进建议：（1）进行模块化设计，将窗口模具、楼梯模具底座、爬梯和走台等设计为通用件；（2）针对模具占比大、普遍使用的叠合板模具推行组合模具；（3）基于提高生产效率和产品质量进行模具设计，将模具立板做成飞边形式，将带有梁筋且不便拆模的墙板模具做成通长上提式结构；（4）优化模具结构，根据周转次数选择合适的钢板和型材等措施，可显著降低模具成本，改善漏浆情况、构件找平效果和拆模速度，从而提高预制构件的生产效率和产品质量。同时，本文为模具设计和制作人员提供了新的设计和生产思路。

来源：建设机械技术与管理