·桥  梁·

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智能建造技术在预制箱梁环形生产线的应用

赵昌栋

（中铁十四局集团第一工程发展有限公司  山东日照  邮编276826）

摘  要  随着我国经济由高速增长转向高质量发展，建筑业作为国民经济的支柱产业，实现高质量发展是必然趋势，而传统的建造模式相对落后，效率不高，劳动密集、现场作业环境差、信息化水平不高，智能化程度低，未来的建造模式向低能耗、高效率、低风险、高度智能化的方向发展。以湛江环城高速项目预制箱梁环形生产线为例，阐述了智能建造技术的原理和组成，包括预制梁场智能建造管理平台和关键工艺智能化，为公路施工企业在同类工程建设中提供借鉴参考。

关键词   智能建造技术 ；预制箱梁生产线；智能建造管理平台

Application of intelligent construction technology in ring production line of precast box girder

ZhaoChangDong

(China railway shisiju group first engineering development co., LTD)

Abstract  Along with  China’s economy from high-speed growth to high-quality development ,construction industry as pillar industry of  the national

Economy ,to achieve high-quality development is an inevitable trend,but the traditional construction mode is relatively backward,not high efficiency,labor-in

Tensive,poor site operation environment,information level is not high,low intellingence level,The future construction mode will develop in the direction of low energy consumption,high efficiency,low risk and high intelligence.Taking the precast box girder ring production line of Zhanjiang Ring Expressway project as an example,the principe and composition of intelligent construction technology are expounded,including intelligent constucion management platform of precast girder yayd and intelligent key process,which can provide reference for highway construction enterprises in the construction of similar projects.

Keywords ：Intelligent Construction Technology   Precast box girder production line

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·其  他·

1  引言

目前，不断发展的建筑业正逐渐成为设会发展的重要力量，智能建造将引领建筑业在“十四五”期间实现转型升级，这是国民经济高质量发展的需要。加快建筑产业现代化步伐，不断创新科技管理模式，是当前建造技术实现更新换代的关键。智能化生产随着时代的进步，已经成为现代建造的主题，相比传统的人工生产，智能化的生产优势明显，将更快捷、更低风险、更高效率，高度的智能化将成为建造行业的必经之路﹝1﹞。为了实现现代化建造模式，通过创新技术，将数字化和智能化技术与传统建造技术深度融合成一个整体，实现完全多的智能建造技术，定会保证工程建设高质量、高效率运行。

梁场作为交通建设的重要组成部分，箱梁制作具备了生产工业化、标准化、智能化的组织特点；但传统梁场各个工序模块不固定，在台座上移动，尚未实现贯通互联一体，而智能化技术在预制梁环形生产线的应用，实现了“工序的固定，施工区域的循环”，使预制梁生产真正实现了“工厂化、流水化、智能化”，从而实现了由“场”到“厂”的转变。

结合湛江环城高速项目TJ1标箱梁环形生产线的建造实践，对建设工厂化的智慧梁场进行探索实践，通过协同智慧工地平台，分析研究新技术，为建设智能梁场提供保证。

2  智能建造技术在预制箱梁环形生产线的应用内容

2.1 工程概况

湛江环城高速南三岛大桥（坡头至南三岛段）项目起点位于湛江吴川市黄坡镇西坡，与省道S373枢纽立交相交处，顺接汕湛高速公路化州至湛江段，经坡头区坡头镇，于坡头镇博立村东侧北南走向跨越南三水道后进入南三岛，线路全长16.148公里，其中TJ1标主要工程项目包括前6公里(K0+000-K6+000)路基、桥梁及全线16.148公里（K0+000-K16+148）范围内的路面、房建、绿化等工程。含坡头枢纽互通、坡头东互通、乾塘互通、围岭互通等4座互通。

主要工程量：填方101.66万方；桥梁合计4636.6m∕12座，其中桩基469根，墩柱351根，盖梁157个，梁板预制879片，梁板架设601片。其中预制梁板中25m小箱梁共计425片，该类型的箱梁在智能环形生产线生产。

2.2 一体化智能建造管理平台

预制箱梁生产线的应用由智能管理平台、数据管理平台、传输技术、智能化生产和网络协同作业生产线的配套应用。

在分析箱梁生产特点的基础上，建立了以工序与流程为基础的生产过程动态调控系统，形成了面向生产全过程的数字化模型、工艺流程智能化控制的智能建造技术体系。以此为基础，开发箱梁综合管理平台，包括生产信息管理系统、试验室管理系统、拌合站管理系统、数据采集和监控系统等。实现设备运行状态的实时监控，实现各个工序模块贯通互联一体化；生产装备协同一体化、智能化。

2.3 关键工艺智能化

2.3.1数字化模型和智能控制

梁场的生产工艺若要实现优化，须从建立梁场的总体设计、工艺流程以及应用BIM技术，以实现数据可视化，为此开发研制了一种新型数字化展厅，从而实现对梁场的生产工艺优化。在生产自动化与智能化系统中，采用先进的生产工艺流程和智能生产设备，通过技术的研发，实现对生产工艺（钢筋骨架的设计与制造、混凝土的控温保养、应力和张拉力的合格与否）的数据采集、数据分析以及展示和应用，以此实现数字模块的高度智能化管理和生产。

2.3.2环形智能生产线

借鉴汽车工厂化智能生产的管理模式，在箱梁生产中，采用环形流水线的生产组织模式，使得网络协同制造、不同工序模块之间的贯通成为现实。

1.钢筋加工均在钢筋场采用智能加工设备制作。半成品加工完成后转运至环形梁场，现场进行拼装，采用整体式钢筋绑扎胎架技术，从而达到了智能化生产和工业化生产的目的。

2.混凝土生产采用全封闭环保型混凝土拌合站，送料及搅拌、运输采用智能管控系统，实现搅拌、运输全程监测，提高了运输安全性和管理高效率。

3.开发了适合环形生产线的液压固定模具，实现了作业平台与锚固一体化、模板拆装自动化。

4.针对传统预应力张拉弊端，采用智能张拉控制设备，通过计算机控制张拉，真正实现了张拉同步。

2.3.3智能养护

针对蒸汽养护，开发了一种改进型的预制梁用蒸养设备、蒸养窑温湿度监测装置，通过在锅炉房的蒸养总控主机上设定蒸养程序，蒸养棚内布设温度、湿度传感器采集数据传输至总控主机，使蒸养过程按照设定蒸养程序进行，梁场蒸汽养生监测系统接入项目智慧管控平台，通过电脑和手机就能够及时了解到蒸养室温度、湿度等情况，实现了混凝土养生的智能化、自动化、可视化。

2.4智能检测

对于重要的设备进行实时检测，采集数据后进行分析，再以图表等方式，以可视化的形式展示预警；对于箱梁的建造质量，通过专业仪器对箱梁的质量检测，并实时对采集的数据进行分析和示警。

3.预制箱梁关键技术解析及智能建造实践

湛江环城高速项目TJ1标梁场的建设，目的是为了大力推行预制箱梁的智能建造，以此来探索智能建造系统的发展，通过智能建造的实践，来实现梁场工艺的智能化控制，打破了梁场传统模式的局限性，突破了梁场智能化控制难题，从而实现了预制箱梁的智能生产﹝2﹞。

3.1梁场生产与智慧工地管控平台协同

项目引入智慧工地管控系统，建立“互联网+工程管理”的大数据平台，按照“一平台、多应用”的模式规划和建设，梁场管控作为平台的分模块（见图2），围绕梁场的工艺流程（钢筋骨架-模板组装-混凝土振捣-模板拆除-蒸养-预应力张拉压浆等），采用云技术，通过运用视频监控和监测系统，对梁场生产全过程进行监测，对感知信息进行共享整合、智能分析和处理控制。

图1 智慧工地功能展示

图2智慧工地平台框架（箭头所指为框梁场管控）

3.2梁体生产工艺智能控制

   根据梁场生产工艺规划，开发具有智能化的生产管控模式。

3.2.1钢筋智能加工

钢筋制作在封闭的钢筋加工厂内进行，采用全自动智能化钢筋加工设备，如智能钢筋套丝机器

人、钢筋弯曲中心、数控镦粗等设备，减少了人工成本，降低了劳动强度。

3.2.2智能张拉系统 

针对传统的张拉系统存在的设备故障隐患和同步控制质量风险问题，采用智能张拉系统可以自动读取梁板参数，智能计算张拉过程的压力值，无线控制油泵的进退油，实时无线采集油压和位移信息，自动生产预应力张拉记录表等，通过计算机控制张拉施工过程，实现了张拉的同步控制，相关数据能通过无线网络反馈到智慧工地平台，通过电脑或者手机

APP及时查看张拉质量状况。       

3.2.3智能压浆系统

采用智能压浆技术，相对于传统压浆，最核心的特点是变人为控制指标为数控系统控制指标。能够较好的实现压浆水胶比、压力大小、压浆量、稳压时间、压浆质量的控制，以满足规范要求。分别在管道的进浆口和出浆口设置精密传感器对相关的参数进行实时监测，通过智能控制，准确控制压力，调节流量，确保压浆饱满和密实；并经无线传输将数据实时反馈，实现预应力管道压浆的远程监控。保证了智能压浆注浆管道的密实度和质量，使梁体结构的安全性和耐久性提高。

3.2.4液压行走台座和模具智能控制

    预制箱梁智能环形生产线施工工艺原理是采用固定式液压侧模+移动台座的方式进行箱梁预制，其中侧模为固定结构，采用全液压系统开合，底模为可移动台座，底部设置行走滚轮，通过电机遥控驱动整体纵向行走。侧模无需拼接，也不需要吊装，由液压系统实现合模、开模，通过先进的同步系统，将10个单缸液压油顶组合成智能液压动力体系，实现模板拆装自动化，降低过程施工中模板受力不均匀产生的变形，为流水线施工创造条件。智能液压系统打破了传统的敲、打、撬的拆模工艺，减少了梁体的损伤，各方面与传统的模式相比，效率大为提高。

3.2.5混凝土智能蒸养温控系统

改变传统覆盖喷淋养护工艺，箱梁蒸养区应用“智能变温蒸养控制系统”（图3），采用72KW模块式蒸汽发生器，在蒸养总控主机电脑上设定蒸养程序，闭环变温控制，通过布置在蒸养棚中一定数量的温度、湿度传感器，实时监测设备的蒸汽温度和湿度。蒸养程序严格按规范及试验数据分析进行设定升温、恒温、降温时间，预制梁经过20-24小时蒸汽养生，恒温50℃，即可达到张拉强度要求，蒸养加快了强度和弹模的增长，提高了底模的利用效率，加快了施工进度，比传统的洒水养护节省6天以上。

智能蒸养控制系统采用电力清洁能源，在满足混凝土养护工艺要求的情况下节约了燃料，实现绿色制造。智能变温蒸养控制系统通过无线网络接入智慧工地平台，在手机或电脑终端在梁场管控字模块里面能够时刻查看养护棚里面温、湿度情况

3.2.6混凝土生产智能管控系统

通过使用水泥混凝土拌和管理系统，超标数据进行预警推送，混凝土的生产过程可以得到及时呈现，拌和质量控制及时高效，有效提升了混凝土的施工质量。

图3预制梁智能变温蒸养控制系统                   图4混凝土生产智能管控系统

3.2.7混凝土智能检测系统

    混凝土多功能无损检测系统是箱梁生产的关重要组成部分，对每一片箱梁进行强度和弹性模量等材料参数检测，并将检测参数上传至数据采集管理系统，以判断是否满足性能要求。如项目引进使用的智能混凝土强度回弹仪，采用模块化设计，利用蓝牙科技接入手机客户端，实现数据交互，并通过移动网络上传数据至服务器，服务器数据分析处理，自动记录上传数据和时间，确保数据的真实性。依据规范自动进行数据分析、检测报告。提高了回弹检测的工作效率,降低了检测人员的劳动强度，实现回弹检测的科学、公正和准确。

4.智能建造发展前景

   随着社会发展和科技的日新月异，人们生活中出现越来越多的智能化设备，智能化将伴随着人类的生活、生产，发挥越来越大的作用，而智能化建造将在施工建设领域迎来高速发展的新阶段。未来的工程建设将推动人工智能与核心工艺装备的融合，以工厂化、机械化施工、精益建造为核心，以创新驱动，科技引领，结合自动化、信息化和智能化等现代技术，形成智能建造的新模式。

5.结束语

智能建造在预制箱梁环形生产线的应用，真正实现了梁板的工厂化、流水化生产，由传统的“梁场”向现代化的“梁厂”转化，为后续公路、市政等工程建设提供了一个新的思路和模式，有较强的借鉴意义，促进了桥梁技术的进步。

参考文献:

[1]  夏小刚.预制T梁智能建造实践及关键技术分析.建筑经济.2020.3.25.

[2]  刘飞香. 铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望[J]. 隧道技术，2019（5）：545-554.

作者简介：赵昌栋（1976-），男，汉族，山东聊城人，  2002年7月毕业于石家庄铁道大学土木工程专业，高级工程师。研究方向：土木工程施工技术与管理。

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