摘　要：結(jié)合飄窗模具的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)研究了一種組合式飄窗模具。根據(jù)飄窗模具各個(gè)部分的使用頻率及構(gòu)件的特點(diǎn)，將模具合理進(jìn)行拆分，并分別對搭扣，內(nèi)模吊架，下料裝置，平衡吊架，氣浮脫模等多方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，有效提高了生產(chǎn)效率。

《“十三五”裝配式建筑行動方案》指出，到2020年，我國裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到15%以上，其中重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)達(dá)到20%以上。截止到2025年，住建部出臺《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》指出，全面普及成品住宅，新開工全裝修成品住宅面積比率50%以上，保障性住房的全裝修成品房面積比率達(dá)到70%以上。

裝配式建筑的興起，使得構(gòu)件模具也越來越受到重視，模具的質(zhì)量和數(shù)量直接影響預(yù)制構(gòu)件的制造成本。對于飄窗模具這類異型構(gòu)件，重復(fù)利用率極低，項(xiàng)目完成后基本做報(bào)廢處理。每套的制作成本上萬元，對于大型項(xiàng)目，如果增加模 具數(shù)量，提高生產(chǎn)效率，但是增加預(yù)制構(gòu)件成本，如果不增加數(shù)量，生產(chǎn)效率低。如何能夠更好地提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，下面以飄窗模具為例，通過飄窗模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際施工特點(diǎn)，對飄窗模具進(jìn)行改進(jìn)。

1 模具設(shè)計(jì)

預(yù)制混凝土飄窗模具重復(fù)利用率較低，通用性較差。在實(shí)際生產(chǎn)中，各個(gè)項(xiàng)目之間飄窗尺寸不同，同一項(xiàng)目中飄窗預(yù)埋件位置也有所差異，不同項(xiàng)目之間飄窗模具基本不能通用。一個(gè)項(xiàng)目結(jié)束之后，飄窗模具無法應(yīng)用到下一個(gè)項(xiàng)目中，只能做報(bào)廢處理。模具的制作成本影響構(gòu)件的制作成本，模具數(shù)量多，生產(chǎn)效率高，構(gòu)件成本高；模具數(shù)量少，生產(chǎn)效率低，構(gòu)件成本低。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，模具制作成本約1.2萬元/噸，但是項(xiàng)目完成后，模具變賣廢鐵，約3千元/噸，造成極大的浪費(fèi)。

1.1 模具拆分設(shè)計(jì)

圖1（a）為飄窗組合模具示意圖。該模具主要由內(nèi)模、外模、排架以及底座四部分組成。根據(jù)各部分的適用性，將飄窗模具整體分為3個(gè)部分，如A可重復(fù)利用部分，B為部分可重復(fù)利用部分，C為不可重復(fù)利用部分。飄窗模具的內(nèi)模和外模圍成的空間形式影響飄窗的構(gòu)件實(shí)際尺寸，不同項(xiàng)目工程之間，預(yù)埋件的位置以及飄窗的輪廓尺寸的差異直接影響著內(nèi)模和外模的制作。

圖1（a）所介紹的是組合模具的各主要部分，各部分連接均為可拆連接。其中底座和排架均為標(biāo)準(zhǔn)件，本文所用的模具為長圳項(xiàng)目所用的飄窗模具，底座尺寸為3.5m×3.5m，底座和排架上設(shè)置有均勻等距的標(biāo)準(zhǔn)孔，底座和排架孔位一致進(jìn)行安裝。外模安裝在底座四側(cè)，與內(nèi)模配合圍成的腔體澆筑混凝土。內(nèi)模安裝在底座上，與底座對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)孔進(jìn)行連接，外模通過安裝在底座上。各部分設(shè)計(jì)的孔距一致，均用螺栓進(jìn)行連接，因此各部分可以進(jìn)行拆卸。

表1顯示了對模具進(jìn)行拆分的情況，其主要根據(jù)適用性進(jìn)行劃分，分為A、B、C三個(gè)部分。所用的組合模具材質(zhì)均為鋼材，以長圳的飄窗模具為例，每套模具質(zhì)量約為3.5t。

根據(jù)組合模具的拆分，A部分為通用部分，即項(xiàng)目完工后可以繼續(xù)用在下一個(gè)項(xiàng)目中，流動性強(qiáng)。由于A部分的重復(fù)利用，對于下一個(gè)項(xiàng)目而言，每套模具可以節(jié)省模具成本的1/3。B部分的使用需要根據(jù)下一個(gè)項(xiàng)目飄窗的高度進(jìn)行確定，如果有合適高度的飄窗項(xiàng)目，B部分可以重復(fù)使用。對于C部分，內(nèi)模和外模的尺寸以及預(yù)留孔洞，預(yù)埋件的位置不同項(xiàng)目均不同，因此C部分不可循環(huán)利用。

1.2 搭扣設(shè)計(jì)

在循環(huán)利用模具制作飄窗的過程中，對于外模的門需要反復(fù)進(jìn)行拆裝螺栓，防止進(jìn)行混凝土漏漿。在實(shí)際的操作過程中，由于反復(fù)的拆裝，螺栓個(gè)數(shù)比較多，在拆裝外模的過程中耗時(shí)較多。通過搭扣代替螺栓，在滿足強(qiáng)度的前提下，將螺栓利用搭扣設(shè)計(jì)進(jìn)行代替，節(jié)省和安裝和拆松螺栓的時(shí)間。圖2為搭扣位置對比。

1.3 內(nèi)模吊架

組合式飄窗模具是將模具各部分通過螺栓連接，在使用該模具之前進(jìn)行各部分的組裝，將內(nèi)模與外模內(nèi)壁進(jìn)行噴油處理，再將飄窗鋼筋籠吊裝到飄窗模具中。安裝預(yù)埋件部分根據(jù)項(xiàng)目圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，進(jìn)行預(yù)埋件的安裝工作。將混凝土通過罐車或者移動料斗下放到飄窗模具中，進(jìn)行振搗養(yǎng)護(hù)，預(yù)制構(gòu)件成型，進(jìn)行拆模吊。

先將外模與構(gòu)件之間的預(yù)埋件及固定部分銷軸等部件進(jìn)行拆除，使得外模部分與預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分離。將內(nèi)模與底架部分的螺栓拆松，再拆除內(nèi)模部分的預(yù)埋構(gòu)件，將內(nèi)模的4個(gè)拼裝部分拆解，利用圖3中所示的特殊吊具進(jìn)行內(nèi)模模具的起吊。將特種吊具的吊鉤與內(nèi)模模具的掛扣部分相連接，通過專業(yè)起吊工人，操控行車，起吊前確定各吊裝部分牢固，將內(nèi)模4個(gè)部分整體拆除。

與傳統(tǒng)吊裝模具相比，利用內(nèi)模吊具，可以同時(shí)起吊全部內(nèi)模，相比于之前將內(nèi)模4個(gè)部分分別起吊，有效節(jié)省了內(nèi)模起吊時(shí)間。

1.4 下料裝置

混凝土飄窗模具的在澆筑的過程中，由于飄窗構(gòu)件是密閉的矩形，因此需要利用料斗和行車不停地移動來澆筑飄窗（如圖4所示），在澆筑的每個(gè)位置時(shí)防止混凝土溢出，配合震動棒將混凝土震實(shí)，由于飄窗結(jié)構(gòu)的特殊，因此每次澆筑的過程中都需要耗費(fèi)較多人工。為了更好的配合飄窗混凝土澆筑，配合飄窗模具設(shè)計(jì)安裝下料裝置。

圖5為配合飄窗模具所設(shè)計(jì)的下料裝置。澆筑時(shí)，混凝土料斗置于下料裝置正上方，操作工人通過控制料斗的控制閥調(diào)整混凝土下料的速度，下料裝置中心是一個(gè)類似于四面體的形式，當(dāng)料斗下料時(shí)，混凝土沿著四面的坡度下流。料斗只要控制在一個(gè)位置就能將飄窗模具都進(jìn)行澆筑。節(jié)省了調(diào)整料斗位置，移動行車的工序。

1.5 平衡吊架

起吊構(gòu)件的過程中，通常利用行車帶動鏈條將已經(jīng)完成的飄窗構(gòu)件進(jìn)行起吊，但在實(shí)際起吊過程中，由于飄窗的重心不在所吊位置的中心處，在起吊過程中很容易出現(xiàn)偏斜，容易損壞構(gòu)件的外觀，甚至出現(xiàn)構(gòu)件崩角的情況。結(jié)合實(shí)際工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種平衡吊架（如圖6所示），通過行車起吊平衡吊架，該平衡吊架通過吊鏈連接構(gòu)件上的起吊點(diǎn)，將構(gòu)件進(jìn)行水平起吊。

1.6 氣浮裝置

在預(yù)制構(gòu)件成型之后，需要脫模，但是在實(shí)際起吊過程中，由于混凝土在澆筑之后進(jìn)行膨脹以及較強(qiáng)的粘度，緊密的附著在模具內(nèi)表面上，通過噴涂了脫模劑，拆除模具。圖7為氣浮脫模的結(jié)構(gòu)，為外模底部的位置，通過在外模底部添加氣孔，在起吊的脫模的過程中，對特定位置輸送有一定壓力的氣體，輔助脫模過程。

2 工程應(yīng)用

深圳市長圳公共住房及其他附屬工程總用地面積為20.77萬m2，總建筑面積115萬m2，長圳項(xiàng)目效果如圖8所示。其中11棟100m，為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系；15棟150m，為以鋁模為主部分預(yù)制的裝配式結(jié)構(gòu)體系；1棟106m，為裝配式鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系；裙房、幼兒園、地下室為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)+預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心樓板。預(yù)制構(gòu)件類型主要包括樓梯、飄窗、外墻、內(nèi)墻、雙面疊合板墻、陽臺和預(yù)應(yīng)力疊合板。該項(xiàng)目構(gòu)件需求總量高達(dá)48161.5m3，其中預(yù)制飄窗需求量達(dá)17336m3，需求總數(shù)量為22708件，飄窗部分占總工程構(gòu)件需求量的35%。飄窗安裝如圖9所示。

通過對飄窗構(gòu)件生產(chǎn)工序的研究，研發(fā)出相對應(yīng)的搭扣設(shè)計(jì)、內(nèi)模吊架、下料裝置、平衡吊架、氣浮裝置等，有效提高了生產(chǎn)效率，以生產(chǎn)一件飄窗預(yù)制構(gòu)件為例，計(jì)算節(jié)約人工成本的時(shí)間。模具節(jié)省工時(shí)對比見表2。

組合式飄窗模具，是一款新型模具，通過組合裝配，節(jié)約模具生產(chǎn)成本1/3左右。同時(shí)，配合其他模具配套設(shè)備，并對模具進(jìn)行創(chuàng)新性研究，有效提高生產(chǎn)效率。隨著國內(nèi)裝配式建筑的發(fā)展，該飄窗模具的優(yōu)勢越來越明顯。該項(xiàng)目飄窗構(gòu)件需求量大，生產(chǎn)時(shí)間相對緊迫，通過將飄窗模具工具化設(shè)計(jì)，能夠有效的利用時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。