预制工厂投资建设与生产效率分析

时间：2019-02-10 23:50:36 来源：混凝土世界

近几年，政府主管部门大力发展装配式建筑以取代现浇建筑，各地企业纷纷建设预制工厂。由于一个预制工厂动辄上亿元以上规模投资，工厂摊销高低往往反映出一个企业的业务获取及盈利能力，所以如何规划并建造好一个预制工厂就成为企业发展装配式建筑的关键。一个好的可行性规划可以事半功倍，但不是预制厂规模越大越好，自动化程度越高越好，必须依据企业当地的市场条件，从预制产品、生产工艺、产能和自动化程度这几方面做好可行性研究，才能最终获得一个低价高效的最符合企业需求的预制工厂。本文从投资建设与生产效率分析的角度，来说明如何事先做好预制工厂建厂可行性规划。

一、预制工厂投资建设可行性规划考虑因素

（一）投资建设可行性规划流程

一个预制工厂建设动辄上亿元以上规模投资，若没有一个系统性的规划流程，将导致建成后投资回收不符或生产效率低下等一连串后续问题，因此建议制定预制工厂建设规划流程，具体如图1所示。

图1 预制工厂建设规划流程

（二）通过市场调研确定预制产品种类、生产线工艺、生产产能及未来扩产

1.市场调研

虽然《建筑业发展“十三五”规划》明确要大力扶持发展装配式建筑，但各地政府因地制宜推出的扶持重点方向不同，企业竞争条件也不同，因此有必要先做好装配式建筑的市场调研，以确定企业主推的预制产品方向。表1为浙江省住宅产业化政府目标规划。

2.预制产品生产决定

预制工厂产品生产决定是指要定义生产的产品种类和规格，这是确定工厂生产工艺和投资的主要依据，必须根据本地市场、政策方向及产品辐射供应范围的市场调研需求来决定。预制构件产品分类如图2所示。

图2 预制构件产品分类

3.生产工艺分析

根据预制构件产品分类，首先决定所要生产的预制产品，然后依产品组合决定生产线工艺，一般生产线工艺可分为综合预制产品生产、特定预制产品及需否预应力生产等工艺，由此来决定是采用固定台模生产线，还是流水线生产线或预应力长线台生产线等。另外也要根据市场需求决定自动化程度的高低，自动化程度不是越高越好，自动化程度越高则代表投资金额越高。建议分析顺序如下：

（1）确定是否需要生产预应力产品。图3是各种生产线工艺的生产适用范围，其中预应力生产线是单一的独立的生产线，若企业有能力在未来争取到预应力产品的业务，则在建厂时就要将预应力产品生产线规划进来。

图3 各种预制生产线工艺的生产适用范围

（2）流水线设置问题。一是流水线并非是工业化。预制结构主要由钢筋加混凝土加钢模组成，而有些地方政府和企业认为一个预制工厂一定要设置一条以上流水线，否则就不是工业化。但钢筋加工绑扎还是采用传统现浇做法，也不是工业化典范。如图4和图5所示，某企业设置了进口流水线，但却在钢模内绑扎钢筋，仍无法流水作业。二是流水线的成本回收。一条流水线成本约1200～4800万元左右，甚至更高。企业需仔细核算设备回收的年限，究竟应设几条流水线，则需仔细审慎评估。三是建筑立面越来越难以流水线生产。流水线主要在欧洲地区盛行，其建筑立面及结构型式均以平直为主，的确适合流水线生产。但国内建筑外观设计越来越多样化及个性化，构件出筋也比较复杂，因此在引进流水线时需仔细评估；如果没有办法流水线生产，就失去了流水线高生产效率的投资效益。

图4、图5 在流水线的钢模内用传统绑扎钢筋方式操作

（3）如果考虑生产外墙清水模产品，则需采用固定模台的方式。因为清水模产品最重要的是钢模不能漏浆，一旦漏浆，则产品外观会乌黑粗糙；而流水线流水作业及钢模振动方式无法保证清水外墙不漏浆，也无法生产良好的清水模外墙产品。

（4）预制工厂的生产效率不只看混凝土自动化程度，也要看钢筋加工自动化程度，若能在钢筋加工自动化上稍多投资，那么一定是提升预制工厂生产效率性价比较高的方式。

（5）预制产品成本结构中，钢模与铁件占比重较大，若本身有技术能力和人员，建议可自制钢模与铁件；如果预制成本更有竞争力，即使目前没有技术人员，建议也可先规划钢模与铁件区，后续再想办法自制。

4.产能需求及投资规模

依产品组合决定生产线工艺后，还需依市场调研决定建成后生产产能及投资规模。一般产能和投资规划可参考表2数据考虑，至于一个企业建几座预制工厂合理，是建大型预制工厂还是中型预制工厂，则要依据建造成本及投资回收目标来分析。一个预制工厂的建造成本需要几年才能回收回来，必须审慎评估，避免企业投资规划错误而无法盈利。

5.未来扩产考虑

若考虑未来扩产业务可能性较高，则可以在开始建厂总平面规划中就分期规划进去；当未来产能快速扩大时，则可以有效快速地投产更多生产线；如果需求产能减少，也可避免初期投资过大，减小资金投入压力。

（三）当地法规及业务条件

1.了解当地法律法规限制、土地取得费用、申办文件和相关流程

设厂前需对当地法律法规限制作通盘了解，避免费力费时还申请不下来，尤其是预制工厂用地，常常受限地方政府土地用途的变化及现场前期施工条件；避免需求用地一直变更或拿地后到开工的周期过长，而影响建厂投产产能的需求。

2.业务条件

需调查当地及辐射供应范围未来五年内的计划建设规模，住宅、公共建筑或工业建筑的年平方米建设数量。一般每平方米住宅及公共建筑的地上部件立方米数量约为0.4～0.5m3/m2，假设当地及辐射范围每年建设规模为1000万m2，则全部部件方量为400～500m3，此外还需计算以下因素：

（1）装配式建筑比率。比如根据重庆市地方政策，到2020年重点推进区域为30%，到2025年逐步提升到50%，如此初期可按30%计算数量。

（2）预制率或装配率。预制率是指正负零以上的预制构件混凝土方量占全部混凝土方量的比率，此部分业务条件应按照企业本身技术能力来考虑，不要盲目跟从当地主管部门设定的预制率。若是新企业，建议先从最容易生产、市场需求最大的构件品种开始，如内墙板、楼板、楼梯等，如此刚开始可能按20%计算较为合适，然后逐步提升到设定的预制率。

（3）企业市场目标占有率及每年的提升比率。按照企业技术和业务能力，建厂时需设定合适的市场目标占有率，比如10%～20%不等，然后每年提升比率，一般每年提升20%～30%较稳妥。

3.辐射供应范围

若一般预制厂设厂时只有陆运条件，则陆运供应半径建议200km以内；若还有水运条件，则在水运半径500km以内，此范围内的运费对成本竞争影响不大。

4.产能计算

经过计算后，若预计辐射供应范围200km内的每年建设规模为1000万m2，则综合预制工厂初期产能计算约为1000×0.4×0.3×0.2×0.1=2.4万m3，也就是2万～3万m3，然后成功发展后逐年提高，五年后可提高至6万～8万m3左右。

（四）预制工厂总平面布置规划原则

预制工厂总平面布置规划原则包括以下三个方面：

（1）预制工厂总平面规划如场地出入口设置、厂内主动线与车辆分流动线、大型车辆停车区、建筑形体、高度、公建布置、绿化、环境等都应满足规划要求，与周围环境协调统一。

（2）预制工厂功能布局主要分为生产区、综合办公区、设计研发区、实验室、产品展示区、生活配套区等。基地整体规划和建设遵循绿色、低碳、环保、节能的原则，基地综合办公区、生活配套区等建筑可规划建设为装配式试点和示范工程，体现基地的绿色建筑和产业化示范特点。

（3）在确定生产产品和产能及采用的生产线工艺后，即可估算出主厂房面积规模，并进而推断出堆置区面积、辅助生产区及生活办公区面积。总平面布置要优先考虑生产流程及工艺的经济合理性，从原材料运送储存到成品堆置运输，避免动线及使用功能发生冲突，各生产功能分区需考虑消防防火、职业卫生与劳动安全性。

（五）新厂建设规划案例

1.通过市场调研确定预制产品、生产线工艺、生产产能和未来扩产

（1）总用地面积：116,784m2；

（2）计划产能：12万m3/a（当预制率30%时，则为100万m2/a）；

（3）预制厂建筑指标控制：容积率＞0.9；

（4）业主需求：施工资质二级升一级；

（4）设厂需求建筑：全封闭式料仓、厂房、办公楼、食堂、宿舍楼、生产辅助用房、展示楼等。

2.地理位置

本案例位于常州滨江经济开发区内，陆运离高速公路出口10km，水运离长江码头6km，交通状况优良。陆运200km内涵盖长三角主要市场区域，包括装配式建筑示范城市有上海市、南京市、杭州市、常州市、海门市等，周围相关设施完善，原材料供应良好。新厂地理位置如图6所示。

图6 新厂的地理位置

3.总平面布置

（1）预制工厂总平面布置如图7所示，配合业主需求施工资质升一级的条件，设置6条24m跨度车间+2条30m跨度车间。

图7 预制工厂总平面布置

（2）生产区平面配置如图8所示。

图8 生产区平面配置

4.车间混凝土产能需求规划

车间生产规划是预制生产的关键，需视不同的预制产品和产能进行良好的规划。表3中，以年工作日300天（每周工作6天）计算，可满足年计划12万m3的产能需求。

5.车间结构节点仿真

预制工厂土建成本约占投资总成本60%～70%，本项目土建成本经最优化后，采用以下车间建造方式：

（1）分期扩建，分期投入成本；

（2）第一期先满足政府要求的建筑容积；

（3）保留空地先规划储存区，日后满载调整成生产线时，采用游牧式预铸；

（4）干粉砂浆厂、砂仓与搅拌楼先不兴建，由旧厂供应混凝土；

（5）工厂主体结构全预铸，采用游牧式生产，预制长柱、预制桁车梁及预制马鞍板如图9和图10所示。

图9 仿真车间结构节点示意图

图10 车间结构预制柱示意图

6.生产流程运输动线仿真模拟

除以上修正平面外，整个生产流程及运输动线以CAD 3D方式来仿真模拟，以确保实际生产时能达到预期效果。图11～图13为仿真模拟3D示意图。

图11 混凝土轨道子弹车到全罩式搅拌楼接料

图12 子弹车下料到全跨布料机（浇置机）准备浇置

图13 修补后的预制构件经由天车转运到板车上，准备入储存区堆置

（六）旧厂总平面布置规划案例

1.厂房现况

如图14所示，原生产区为103m×60m规模，希望作最优化总平面布置。

图14 旧厂现况

2.厂房生产线布置

布置方案不断调整后，最后确定生产线布置如图15所示。

图15 生产线布置图

3.规划后预制厂实际生产情况（如图16～图19所示）

图16～图19 实际生产过程

（七）建厂投资效益分析估算

1.销售价格定位

定价高低关系利润的多少以及销售成功与否，好的营销策略就是要如实地反映出PC产品的合理价格，作精确定价。

2.销售收入分析

考虑生产线每年可销售的预制产品数量乘以售价得出销售收入，注意初期需根据“谨慎、合理”的原则来估算销售数量，避免太乐观而造成资金预期不足。

3.经营成本分析

经营成本可分为直接成本、管理及销售成本、运输成本、年建筑与设备折旧费用、年土地摊销费用、年利息支出费用等等。

4.经营利润分析

静态分析税后净利润=年税前利润总额（销售收入-经营成本）-增值税（可按利润额的11%估算）-价格调节基金（可按营业额的0.5%估算）。由于效益分析采取除生产设备外的固定资产投资一次投入，生产设备根据项目产品的市场需求做后期扩容和增配，因此在项目投产前期年总计成本较高。若在运营生产过程中因市场原因有扩大生产及销售规模的可能，将会大大提高项目的销售利润；反之若销售不佳，初期投资成本较大，投资回收周期则会拉长或亏损。

5.投资效益分析

表4为某厂建厂投资效益分析案例，其中效益假设为建厂后第一年（2019年）销量为总产能的50%，依次逐年递增10%，到2022年销量占产能的80%时，五年后达到盈亏平衡点。

6.预制结构与成本售价分析

以目前市场价格分析，预制成本是现浇成本的115%～130%，其中现浇100%的成本结构为直接成本85%+毛利15%，而预制成本115%～130%的成本结构为直接成本（90%～95%）+（15%～30%）折旧+10%毛利，从直接成本看，其实只高出5%～10%，那么如何降低直接成本？一般可采用钢模与铁件自制、钢筋加工自动化、混凝土自制（含砂、石更佳）的方式，此自制手段与现浇几乎都外包的习惯差异甚大。另外就是降低折旧，也就是降低厂房造价，生产及机械等设备分期投入；如果有条件的话，甚至可在工地旁采用游牧式预制方式来降低折旧。

二、预制工厂生产效率分析

（一）生产效率的重要性

对于制造业的预制工厂来说，有效提高生产效率是降低生产成本的关键。如何在不降低质量和保证安全的前提下提升生产效率，是衡量预制工厂所有生产要素综合竞争力最重要的指标。在“十三五”国家重点研发计划项目“装配式建筑工业化生产”课题中，已将项目“预制混凝土构件工业化生产关键技术及装备”列为政府实施制造强国战略的行动纲要，其中技术和设备固然重要，但如何完善生产制度、提升生产绩效及优化整合软硬件、系统性地提高生产效率，成为预制工厂的重中之重，表5即为影响预制工厂生产效率的关键因素。下面具体介绍润泰采用的应对措施。

（二）生产线的流畅度

工厂生产线有一套标准的作业流程，当多个项目同时在一个厂区内生产时，就会彼此干扰、发生冲突，影响生产效率。过去工厂靠人工管理生产效率，如今预制工厂的复杂性已非从前。润泰集团因此采用仿真软件如Arena来模拟实际工厂的运作方式，从而找出最优的生产配置，图20为墙板车间采用左右型规划，图21为墙板车间采用前后型规划。实际上，采用Arena模拟墙板生产效率（如图22～图25所示）时，可发现采用左右型规划比前后型规划的时间较短（764/1040=73%），生产效率较高。

图20 左右型车间配置

图21 前后型车间配置

图22 Arena模拟参数设定

图23 Arena模拟建模Running

图24 Arena模拟左右型及前后型车间

图25 生产区配置方案比较

（三）生产管理系统

预制工厂的生产管理（包括人、机、料、法、环）需要能随时掌握最新生产情况，ERP企业管理系统内需建立包含生产人力、机械、物料、生产工率、发包管理、环境资源等在内的预制构件相关资料，可随时更新尚欠物料及人力成本等，如此才能建立有效的生产管理系统。如图26所示，润泰以Excel标准格式建立不同的生产管理档案，再转入ERP系统（如图27所示）来实现有效的生产管理，进而降低成本。

图26 EXCEL标准格式建立不同的生产管理档案

图27 转入SAP企业管理系统内的生产管理示意图

（四）EPC及BIM技术建立设计标准化

目前预制行业还处于建立标准化的前期阶段，大家都在探索建立自己的标准化模数。由于大家都想取得领先地位，加上国内建筑设计遵循多样化和个性化，常常无法实现不同项目间的标准化。鉴于这样的设计环境，建议采取以下措施来建立设计的标准化：

（1）优先争取EPC（工程总承包）项目，打造优质有竞争力的EPC项目团队。EPC是指公司受业主委托，按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包，EPC不仅包括具体的设计工作，而且包括整个建设工程内容的总体策划以及整个建设工程实施组织管理的策划和具体工作。如此从初期的规划设计开始，考虑从生产标准化模数化的角度及施工综合成本最优的角度来检查设计，以整体化高层建瓴的方式来打造预制项目，可以大大提高生产效率，降低生产成本。图28显示通过EPC模式对项目进行垂直和水平整合。

图28 以EPC模式做好项目的垂直与水平整合

（2）以BIM（建筑数位建模）技术提升设计标准化，以往的做法是提供二维施工图，但此种方式无法解决各专业间施工图纸的冲突及错漏，也无法建立设计标准化，预制工艺在工厂生产完成构件就需要导入BIM技术。BIM是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确的理解和高效的应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要的作用。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，可大大提高建筑工程的信息集成化程度，是生产标准化模数化的必备条件，图29是润泰在项目实施中的BIM整合流程示意图。

图29 润泰在项目实施中的BIM整合流程示意图

（五）钢筋加工自动化

装配式建筑的目标是钢筋、模板、混凝土等作业环节实现工业化，要实现工业化，还需提高钢筋自动化及模板自动化程度。下面分析润泰如何在钢筋加工、绑扎自动化实现工业化工艺。

1.精准半自动钢筋裁切

在预制施工中，润泰发现以往柱主筋及梁主筋的加工剪切方式无法符合预制精准误差的需求，因此改良以往剪切钢筋的方式，改用裁切方式并提升到半自动化，以此提升主筋的精度、减少人工需求（如图30和图31所示）。

图30 精准半自动钢筋裁切机

图31 裁切后的钢筋

2.柱梁锚固头摩擦焊使用

在预制施工中，润泰发现柱主筋及梁主筋原先固定式的锚固头需在工地现场用扭力扳手将每根转紧而常常发生碰撞，因此率先将摩擦焊锚固头方式使用在柱主筋及梁主筋上（如图32和图33所示），如此在工地现场不需用扭力扳手确认转紧，锚固头可前后错开，现场工地施工工率得到大大提升。

图32 锚固头摩擦焊熔接机

图33 摩擦焊柱主筋

3.自动化柱钢筋笼

自动化柱钢筋笼需从设计及使用性考虑。在台湾9·21大地震中，柱组合箍筋首先失效，为此润泰最先将一笔箍用到柱箍筋上，并引进改良一笔箍弯折机（如图34所示）和万能弯筋机（如图35所示），开发出柱一笔箍筋。后又提出三维的一笔箍概念，也就是柱多螺箍，因当时世界上没有合适的机具可以制造，故自主开发制造多螺箍钢筋机（如图36和图37所示）。需要特别提出的是，T/CECS 512-2018《多螺箍柱规程》已于2018年6月1日起实施。

图34 一笔箍弯筋机

图35 万能弯筋机

图36 多螺箍机弯折及点焊大箍中

图37 多螺箍机弯折小箍筋中

4.自动化梁箍筋

在梁箍筋自动化方面，润泰首先将点焊钢筋网应用在梁箍筋弯折上，并从设计上印证了可行性并提出专利实施（如图38所示），之后再将三维一笔箍的概念应用在梁上，开发出方螺箍机（如图39所示）。

图38 点焊钢丝网弯折机

图39 方螺箍机

5.板、墙柔性钢丝网自动焊接机

在实际项目中，板、墙钢筋笼实施中常常会出现开窗或开口等异形钢筋笼，因此润泰独立开发出柔性钢丝网自动焊接机（如图40和图41所示），用于钢筋间距不等、开窗开口不标准的板、墙钢筋笼，之后再利用网片弯折机实施，可提升异形板、墙钢筋笼的自动化程度。

图40 柔性钢丝网自动焊接机

图41 柔性钢丝网自动焊接机的细部

6.案例

润泰在重庆中科大业公司项目中使用一笔箍组成清水夹心保温外墙板（如图42～图45所示）。由于墙板为异形钢筋笼，采用传统的绑扎方式很难做到如此精准，所以采用一笔箍的方式组成，以确保构件钢筋笼的精度，保证构件质量良好，图46～图48为构件和项目南面外观完成实景。

图42～图45 异形一笔箍组成钢筋笼

图46～图48 构件及项目南面外观完成实景

（六）一天一模

一般传统的预制工厂不用蒸汽养护，多天一模，效率不明显，分析原因：一是不熟悉蒸养的生产方式，二是无设备、无外供蒸汽可以使用，三是蒸养成本在某些地区较高。未来工厂场地使用将更加吃紧，无法满足多模、多天一模的生产方式。随着人工成本的不断提高，要提升工厂的竞争力，必须一天一模，才可满足未来市场的需要。

结语

虽然传统的现浇方式在结构上表现很好，但是随着劳动力的日益短缺，工业化、省力化的建造方法已是大势所趋。只有更清楚地了解预制工厂的功能及其限制条件，才能有效并经济地做好预制工厂的投资，使工厂运营顺利，企业最终获利。若想提高生产效率，除考虑增进流水线效率外，还要研究并采用工业化的钢筋加工绑扎方式，实现这二者的工业化是经济有效的生产方法。笔者借本文分享多年的预制经验和建厂经验，期许能抛砖引玉，对促进国内预制工厂建设发展尽一己之力。

来顶一下

返回首页

推荐资讯

装配式建筑单位免费登	装配式建筑招投标，你
重庆市首个主体结构全	石家庄一建筑方案印发

宣传装配式产品

栏目更新

栏目热门


供应京津冀地区PC构件[例]	供应全国ALC条板[例]	装配式模具生产与设计[例]	预制构件灌浆套筒等辅材[例]	塔吊吊车租赁[例]
供应京津冀地区PC构件[例]	供应全国ALC条板[例]	装配式模具生产与设计[例]	预制构件灌浆套筒等辅材[例]	塔吊吊车租赁[例]