杭州湾跨海铁路桥80m箱梁智能化预制梁厂

杭州湾跨海铁路桥80m箱梁智能化预制梁厂

彭宏辉1，徐宝林2

（1.中铁大桥局集团第二工程有限公司，江苏 南京210009;2.江苏棋顺建设工程有限公司，江苏 南京210009）

摘要：新建南通至宁波高速铁路是我国“八纵八横”高速铁路主通道的组成部分，是东部沿海纵穿南北向铁路干线，是一条具备城际功能的路网干线。大桥全长约29.2千米，是目前世界上长度最长、建设标准最高的高速铁路跨海大桥。杭州湾跨海铁路大桥海中引桥采用80m跨度预制箱梁为目前在建世界最大跨度的预制混凝土箱梁。针对本工程特点，施工单位进行了一系列80m箱梁智能化梁厂的研究，并取得了相应的成果，可为后续超长跨度预制箱梁智能化梁厂的设计及建造提供借鉴。

关键词：杭州湾跨海铁路桥；箱梁；智能化；梁厂

Abstract: The newly built Nantong Ningbo high-speed railway is a component of China's "Eight Verticals and Eight Horizontals" high-speed railway main channel. It is a north-south railway trunk line along the eastern coast and a road network trunk line with intercity functions. The total length of the bridge is about 29.2 kilometers, making it the longest and highest construction standard high-speed railway cross sea bridge in the world. The Hangzhou Bay Cross Sea Railway Bridge's mid sea approach adopts an 80m span precast concrete box girder, which is currently the world's largest span precast concrete box girder under construction. Based on the characteristics of this project, the construction unit has conducted a series of research on the intelligent beam field of 80m box girders and achieved corresponding results, which can provide reference for the design and construction of intelligent beam fields for ultra long span prefabricated box girders in the future.

Key words:Hangzhou Bay Cross Sea Railway Bridge;box girder;Intelligent;Box girder prefabrication factory

一、工程概况

杭州湾跨海铁路大桥自北向南（自嘉兴向宁波）依次由跨北大堤引桥（299.9m）、北航道桥（932.7m）、海中引桥（5300m）、中航道桥（1430.8m）、海中引桥（5640m）、南航道桥（814.5m）、海中引桥（6960m）、南岸浅滩区引桥（7779.6m）组成。

海中引桥总长约17900m，上部结构采用80m/60m单箱混凝土连续梁，跨度布置为（60+n×80+60）m，全桥共10联，最长联3080m，另有一孔60m简支梁和一孔80m四电平台，全桥共计230孔，其中80m跨209孔，60m跨21孔，采用整孔预制架设、先简支后连续的施工方法。

80m/60m预应力砼连续梁采用等高度混凝土单箱单室直腹板箱梁。

二、80m箱梁智能化梁厂场地规划

图1 80m梁智能化梁厂总体场地规划

三、80m箱梁钢筋智能化加工

（一）bim翻样、远程钢筋加工任务下发

运用bim建模技术，将80m、60m箱梁钢筋进行参数化建模，可以实时导出钢筋大样图（配料表），还可以进行碰撞检测和正向设计，将有冲突的、设计变更后的钢筋大样放入模型中，以更换原有的钢筋大样。通过bim模型参数化实现智能翻样，进行远程任务下发和控制，实现少人化、无人化。

图2：80m箱梁钢筋、波纹管、混凝土参数化建模

图3：80m箱梁钢筋与波纹管的碰撞检测

图4：bim智能化钢筋加工流程图

智能控制中心的整套系统还具备原材消耗到生产形成的余废料、消耗的所有物资的统计功能，以及具备检验单管理及质量追溯功能。

（二）棒材一体机

意大利进口钢筋加工设备，是目前国内功能最强，加工范围最广，自动化程度最高的钢筋加工设备，实现了自动化生产加工要求，集上料、剪切、弯曲于一体。

图5：棒材一体机

（三）棒材钢筋剪切线

该设备为意大利生产，国际最高品质，故障率极低，集原料分类存放、输送、长度测量、剪切、分类收集、将钢筋自动分配给后续加工工序等功能；

棒材钢筋剪切线特点：

具有防滑防噪橡胶外衬设计的辊轮，采用意大利生产质量最高的减速电机驱动；质量最高的3/4英寸链条，链条全封闭；

辊轮轴承和辊轮合成一体，并且采用油封设计（自润滑、防铁宵）；

测量和定位档板采用特殊耐磨钢，厚度为25毫米；

剪切机下有废料收集箱，并且带有移动轮子，通过挂钩可以非常方便的把废料箱倒空；

操作台配置有工业计算机和15.6英寸液晶彩色显示器，可以全自动或手工操作剪切生产线，该操作台可以与办公室的远程电脑连接以传输数据。

图6：棒材一体机

（四）智能钢筋剪切生产线

智能钢筋剪切生产线可实现双向卸料、料仓级数分为 2 级，保证不同产品分开储存需求；该棒材钢筋定尺剪切生产线占地面积小，生产效率高，操作灵活，是目前最适合于中国现状的定尺剪切生产线。

智能钢筋剪切生产线设备特点：

1.用于各种规格直条钢筋的定尺切断，剪切速度快,切断钢筋仅需2秒；

2.同步伺服定尺装置，保证长度误差小于3±mm；

3.自动送料、自动定尺、自动剪切、自动收集；

4.不需辅助机械调整，可实现数控功能的自动切换，操作简单，节省人工。

图7：智能钢筋剪切生产线

（五）智能焊接机器人

图8：智能焊接机器人

智能机器人焊接技术是引进全自动焊接机器人（本项目采购日本OTC公司生产的FD-V6L-DM500型号焊接机器人）用于80m预制箱梁齿块锚下钢筋网片、小型临时钢结构等的焊接，实现机器换人，提升焊接施工质量和施工效率。相比于传统梁场，极大地缩短了制梁周期，提高了梁场的运行效率。[i]

四、全过程可视化数智振捣

本项目80m箱梁预制施工采用顶腹板振捣抹面机械、人工智能穿戴设备、数字可视化馈控系统等，实现箱梁腹板、顶板机械+人工振捣工艺的实时化、精细化、数字化和可视化馈控。该智能振捣系统为铁路建设首次使用。

图9：80m混凝土智能振捣示意图

（1）智能化人工振捣

鉴于箱梁两端为钢筋密集区域采用机械化施工易出现钢筋卡阻，采用穿戴式智能化人工振捣作业设备。

图10：穿戴式智能化人工振捣作业装备

该装备集成了GNSS卫星定位、实时动态跟踪振捣动作、可穿戴智能感知设备、自动感知判别插拔工作状态和物联网通讯，形成了以实时获取准确量化的振捣棒运动轨迹以及振捣插拔准确判定与远程BIM施工模型效果分析评价的一整套智能化振捣信息馈控体系。装备基于人体工学，通过施工姿态判定、棒头运动深度获取、每次插拔振捣和停留时间等，获得振捣棒棒头实时位置、振捣工作状态判定与振捣深度，为人工振捣中漏振欠振等质量缺陷的判断，提供准确定量参数化分析信息。

五、梁厂智慧控制中心

智控中心搭载电子沙盘，融合混凝土智能生产浇筑及养护、钢筋智能加工、物料管理、智能传感器等数据，建立预制箱梁的全流程一体化数字孪生系统，以可视化的方式展示梁厂生产管理全要素。实现对预制箱梁各环节的智能分析、指挥和调度，对特种设备、结构及人员风险动态实时管控，构建“远程”与“现场”间高效的协同管控。实现对预制梁场的信息化、标准化、智能化管理，助力项目建设降本提速、提质提效，提高施工效率，创造经济效益。[ii]

图11：梁厂智慧控制中心

（一）智能化监控

通过高清摄像头、应力传感器、环境监测站等物联网设备或传感器,对梁场生产区、钢结构、钢筋配送中心、生产环境等进行监测。通过AI智能分析实时捕捉现场未佩戴安全帽、安全措施不规范等行为，并将“违规”截图等内容发送到管理员手机,实现项目建设的动态可视化管理。[iii]

图12：智能识别未佩戴安全帽等违规行为

（二）智能设备管理

通过GPS、传感器等物联网设备，对梁厂机械设备的位置、油量、运行轨迹等进行实时监测。

图13：智能设备管理系统

（三）智能拌和站

通过传感器、高清摄像头等物联网设备，对梁厂拌和站的混凝土生产方量、生产记录、粉料罐库存等进行实时监测。

图14：智能拌和站管理系统

六、结论

杭州湾跨海铁路桥80m箱梁智能化梁厂的相关技术、系统和装备已在本项目成功应用，实践证明：相关技术、系统和装备的安全、质量、经济方面非常可靠，应用前景广泛。能够有效推进桥梁建设的工业化进程，为今后预制箱梁梁厂工厂化施工提供了可参考的经验。桥梁建设者如果将他们熟练应用于现阶段的箱梁梁厂建设，可提高箱梁预制的经济性、施工效率、质量、安全性，也可以推动桥梁工程建设朝着高经济性、高效率、高质量、高安全的方向发展。

七、参考文献

[i][1]冯义涛.高速公路预制梁场规划设计方案[J].铁道建筑技2017(5):32-36.

[ii][2]朱伟.新型智能化梁场箱梁预制施工技术[J].中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术,2022(1):98-101.

[iii][3]陆安伟.信息化智慧控制大型预制梁场施工技术研究[J].建材与装饰,2022(19):18.