如何通过标准化设计、自动化生产、机器人施工和装配式建造，系统性解决建筑工业化和高能耗问题

来源：天津市银丰机械系统工程有限公司

2022年8月21日，关于用无极焊网机和工大银丰智能识图软件解决： 中科协发布的2022“如何通过标准化设计，自动化生产，机器人施工和装配式建造系统性解决建筑工业化和高能耗问题？”重大科学问题研讨会在天津银丰举行。

高校、企业携手，科技经济深度融合发展创变未来。河北工业大学智慧基础设施研究院副院长黄轶淼，天津市银丰机械系统工程有限公司总经理丁国民，副总经理梅晓彬、刘利建，技术经理郝瑞彬参加了会议。

河北工业大学智慧基础设施研究院副院长黄轶淼受马国伟副校长委托，向会议的召开表示祝贺。 他强调，智能制造是指采用自动化加工设备和管理软件，实现产品智能化的生产、存储、发运。管理软件包括：智能识图、MES、数字孪生系统，综合应用人工智能、图像识别、数字孪生、自动化控制等科技前沿技术，结合自动化生产线实现智能制造。

在PC构件成本中，改善成本主要有两种方式：

1.优化装配式设计，可显著降低PC构件的直接生产成本和运输费；

2. 规模化、自动化生产可有效降低PC构件的间接生产成本、直接生产成本和运输费，提高企业的盈利能力。

目前的PC工厂生产管理软件利用水平低，没有采用相应的软件减少技术人员，管理人员，用人工拆图，画图，手工录入BOM编码，钢筋手工翻样等，增加管理成本等行业痛点，这些问题要解决。

丁国民 首先代表承办方对会议召开表示热烈祝贺。他强调，在科技创新蓬勃发展的浪潮下，校企合作的产业协作模式，在推动高科项目落地、高校成果转化等方面展现出独特优势。

2022年5月23日，国务院召开常务会议指出，在坚持“房住不炒”的基础上，支持各地从当地实际出发完善房地产政策，支持刚性和改善性住房需求，优化商品房预售资金监管，促进房地产市场平稳健康发展。受疫情影响，各行各业都不景气，建筑业也一样，很多人对未来信心不足。但对比其他一些国家的数据，我们来分析一下：各国人均住房面积：德国39.4平米，美国67平米，澳大利亚235平米，我国41.76平米，从人均面积上看，根据自身发展和需求，随着人们对生活环境要求的提高，需要依然很大。一些城市的老城区改造，公建项目，路桥管廊等项目建设，建筑业还是有很大的发展空间。

“十四五”建筑业发展规划的2035远景目标中明确提出“以建设世界建造强国为目标，着力构建市场机制有效、质量安全可控、标准支撑有力、市场主体有活力的现代化建筑业发展体系。到2035年，建筑业发展质量和效益大幅提升，建筑工业化全面实现，建筑品质显著提升，企业创新能力大幅提高，高素质人才队伍全面建立，产业整体优势明显增强，迈入智能建造世界强国之列，全面服务社会主义现代化强国建设”为装配式建筑的发展指明了方向。

据不完全统计， 截至2021年8月，全国规模在3万立方米以上的预制工厂已超过1200家。 目前，装配式混凝土结构建筑造价明显高于传统现浇建筑，其中PC构件成本在装配式增量成本中占比最高，是制约装配式建筑推广发展的主要障碍。因此，如何降低PC构件成本是装配式建筑未来在全国能够大面积推广的关键所在。

PC构件成本主要包括生产成本、运输费、营销费用、财务费用、管理费用和税费等。 与现浇构件相比，PC构件增加了工厂生产和物流环节。其中，生产成本占比最高，生产成本又可以分为直接生产成本和间接生产成本。直接生产成本主要包括材料费、人工费、模具费等；间接生产成本主要包括购置土地形成的无形资产摊销、厂房及设备等固定资产折旧等费用的分摊。运输费包含了构件从厂家生产到消费者所在场地的所有运输费用。

造成上述四种费用较高的主要原因有：

（1）人工费： 各生产环节工人的人工费，包括制作人工费、钢筋人工费、修补人工费、辅助人工费等。产品标准化程度低，经常出现异形构件，只能采用固定模台生产，不能实现流水作业；PC构件的钢筋规格和间距不统一，连接部位都有外漏钢筋，没有采用无极焊网机代替人工生产，只采用人工绑扎，降低了工人的有效工时，从而影响了生产线效率；生产管理软件利用水平低，没有采用相应的软件减少技术人员，管理人员，用人工拆图，画图，手工录入BOM编码，钢筋手工翻样等，增加管理成本等行业痛点。

（2）材料费： 目前很多企业缺乏装配式设计经验，只是在传统建筑设计图上进行修改，装配式各环节认识不充分，使得在构件生产过程中设计图往往需要修改，造成原材料的浪费。

（3）模具费： 模具周转次数低，通常钢模具模板的厚度在6~10mm，理论上可以周转使用200次以上。但由于标准化设计程度低，未实现自动化、规模化生产，目前行业内模具的重复使用率较低，一般行业平均在50次左右，对应模具成本高达326元/m3。

（4）运输费： 运输费高的原因主要有两方面。一是设计标准化程度低导致的单车装载率较低；二是运输距离过远导致的单次运输成本较高，一般的经济运输距离为100~150km。运输距离与运输成本大致呈线性关系，运距越远，成本越高。

我国PC构件的钢筋规格和间距不统一，连接部位都有外漏钢筋，过去没有合适的设备代替人工生产，天津银丰根据市场需求，研发了无极焊网机，填补了世界空白，解决了中国装配式钢筋网片自动化生产的难题。 采用无极焊网机和工大银丰智能识图软件解决pc构件工厂的智能制造，降低成本，把每立方构件的钢筋加工成本由95元，降到18.2元，每立方降低76.8元，按目前全国的1200家工厂平均年产3万立方计算，每年可节约27.6亿元，经济效益显著。

梅晓彬表示 ， 用无极焊网机和工大银丰智能识图软件解决：中科协发布的2022“如何通过标准化设计，自动化生产，机器人施工和装配式建造系统性解决建筑工业化和高能耗问题？”， 广受各方关注，中国建筑学会建筑产业现代化发展委员会秘书长叶明，中国建筑材料流通协会重大工程委员会秘书长于海，中建科技有限公司有关领导，中交四公局有关领导等对项目情况多次提供指导意见，对研发方向做过指导性规划。

为此，我们要抓紧时间多推广项目，让更多的项目落地，让更多的用户享受到新技术、新装备为用户带来的经济效益和社会效益。

刘利建 以苏州绿建住工科技科技有限公司、北京建工唐山工厂为例，做项目实施后的对比说明。

一、生产管理软件应用的重要性：

一）用人工拆图，画图，手工录入BOM编码，钢筋手工翻样等，年产6万立方需要的人工分析。 人员构成：拆图、画图等技术人员4人，MES物料编码录入人员3人，钢筋手工翻样人员2人，合计9人。

二）利用识图软件，导出BOM编码和物料信息，转设备自动生产，把传统的人工工作时间缩短几十倍，自动识图拆图，自动导入BOM编码，钢筋自动翻样。 人员构成：识图、转BOM编码2人，合计2人。

设备自动读图加工，生产、检验过程全部自动化，生产过程利用人工智能识别检验，精简了大量检验人员，生产、库存数据管理清晰准确。生产流程和设备管理利用数字孪生系统管理，数字孪生技术是通过数字化的手段来构建一个数字世界中一模一样的实体，藉此来实现对物理实体的了解、分析和优化。数字孪生是实现智能制造2025、工业4.0、工业互联网、基于CPS的制造等的关键之一。可提前推演未来的生产订单，找到痛点和问题，提前解决。数字孪生系统全过程管控设备，提示及时准确的生产信息、设备状况、维护保养提醒、自动关停机等功能。综上所述，每年生产300天，生产200立方，可节省7名技术和管理人员。    

二、无极焊网机应用的重要性：

目前装配式构件钢筋制品生产中，箍筋、桁架等已经实现了自动化生产，但在钢筋网片生产方面，除了苏州绿建等极个别企业外，还都是用人工绑扎。人工绑扎成本高、劳动强度大、产品质量不好控制，网片人工绑扎工艺与装配式建筑的自动化生产要求已经不匹配，制约着装配式建筑的正常发展。

针对上述种种行业痛点，银丰公司已经研发出适合中国钢筋质量、标准要求的无极焊网机，技术更先进，性能更优越。可以自动更换不同直径的钢筋，具有自动调直、焊接、弯曲等功能，网片横筋、纵筋间距不受50mm倍数的制约，可无极调整，适合于装配式建筑用钢筋网片的全自动生产。具有焊接质量好、节能减排效果显著、工人劳动强度小、生产效率高等特点。

一）无极焊网机加工与手工绑扎的成本对比：

1、人工绑扎网片生产成本，我们要先设定一些参数。 现在，我们就按每年生产300天，每天生产200立方来计算。手工绑扎成本=钢筋后台下料人工费+网片绑扎人工费+调直、弯曲设备折旧费+电费+配件费+调直、弯曲设备维护管理费。按照这个公式推算，我们可以得到下列一组数据：  

1）钢筋后台下料人工费：钢筋后台下料采用计件的方式，计件单价为25元/立方。钢筋后台下料人工费=300天*200立方*25元=150万元。   

 2）网片绑扎人工费：计件单价为70元/立方。钢筋绑扎人工费=300天*200立方*70元=420万元。   

3）调直、弯曲设备折旧费：15万*（1-5%）/10年=1.4万元。    

4）调直、弯曲设备电费：15kwh*10h*0.725元*300天=3.2万元。    

5）调直、弯曲设备每年配件费用：1万元。   

6）调直、弯曲设备维护管理费：每月维护保养4次，每次2小时，每工时成本40元。4次*2h*40元*12月=0.38万元。

总合计：575.98万元。     

2、无极焊网机生产成本， 我们也按照每年生产300天，每天生产200立方计算，生产成本=网片生产线操作人工费+桁架、网片绑扎人工费+设备折旧费+电费+配件费+设备维护管理费。我们也可以得到下列一组数据：

1）网片生产线操作人工费：网片机班产能约260张，需要2名操作工，平均日工资300元/人。网片机操作工人工费=300天*300元*2人*2班=36万元。    

2）桁架、网片绑扎人工费：经苏州绿建、北京建工等单位现场使用调研，使用焊接网片，叠合板钢筋绑扎工位只需要2人，不需要绑扎网片、只需要把钢筋桁架和网片绑扎在一起，可将钢筋绑扎人数控制在2人。人工费=300天*300元*2人*2班=36万元。

3）设备折旧费：网片机的设备折旧费=320万元*（1-5%）/10=30.5万元。

4）电费：与钢筋绑扎时使用的铁丝相抵扣。   

5)每年配件费用6万元。    

6)设备维修管理费：网片机每月保养4次，每次4个工时。4次*4h*40元*12月=0.76万元。    

合计：109.26万元。   

综上所述，每年生产300天，单班生产200立方，人工绑扎成本为575.98万元，无极焊网机生产成本为109.26万元，使用全自动网片机比手工绑扎生产可节约466.72万元。

二）生产现场环境对比

整洁干净的无极焊网机生产现场

杂乱的手工绑扎生产现场

三）质量保障

全自动钢筋网片生产线加工与手工绑扎相比，质量上更有保障是板上钉钉的事实。从专业实践层面分析，钢筋网片由全自动、智能化生产线制造而成，网格尺寸，钢筋规格和品质都得到严格控制，避免了人工绑扎遗漏，焊点坚固。避免了绑扎错误和偷工减料的情形发生。其网片钢度大、弹性好、间距均匀准确、焊接点强度高，大大提高了构件质量。钢筋网片的纵筋与横筋形成网状结构，因此与混凝土粘结锚固性好，承受的载荷均匀扩散分布，明显提高预制构件结构的抗震裂性能。据实际测试，道路铺设焊接钢筋网比人工绑扎网，能够减少75％以上的裂缝发生。   

郝瑞彬强调， 目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，自2006年以来，全球制造业在管理软件方面的投资，MES系统居第二位，仅次于ERP系统，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。IDC（互联网数据中心）分析表明，2020年中国制造执行系统(MES)软件总市场份额达到30.9亿元人民币，年复合增长率为24.3%，较过去三年有了显著上升。

MES系统在使用时，必须把大量的BOM编码人工录入系统，增加了人工成本和使用难度，影响了MES推广。TYF数字孪生系统的自动识图导出BOM编码到MES系统功能，解决了人工录入的难题，降低了MES系统的使用成本，具有广阔的市场前景。

引自澎湃号的数据：2021年全球数字孪生市场规模在74.7亿美元，换算人民币不到500亿元，还是一片蓝海市场。到了2025年，预计全球数字孪生市场规模将达到264.6亿美元（1684亿元人民币），有很大的市场空间。

我们选取几个侧面来看看中国的数字孪生市场潜力：

①智慧城市2019年，中国新型智慧城市规模已超过9000亿元人民币，预计到2023年市场规模将超过1.3万亿。

②智慧医疗2020年，中国智慧医疗行业已突破千亿元大关，2021全年规模超过1200亿元，预计在2022年将达1500亿元以上。

③智慧出行2020年，中国智慧出行市场规模为3547亿元，2025年预计将翻一番，达到7000亿元。

目前，美国、德国数字孪生的应用主要在国防、军工上，中国数字孪生在智慧城市的普及率处于全球领先水平。由此可见，TYF数字孪生系统市场潜力巨大，对未来经济、科技、生活影响深远。

此次会议的召开，推动高校科技成果转化，促进科技经济融合发展；推动了我国装配式建筑从劳动密集型生产方式向智能制造自动化生产方式的发展，为未来的装配式建筑智能制造起到了里程碑式的指导意义。