劉宏剛,尤繼勤,張超福

我國(guó)移動(dòng)模架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與現(xiàn)代化展望

劉宏剛,尤繼勤,張超福

(中鐵大橋局集團(tuán)有限公司,武漢 430050)

為探索移動(dòng)模架技術(shù)發(fā)展方向、改善其安全狀況,扼要介紹移動(dòng)模架的起源及其主要結(jié)構(gòu)形式與分類,回顧我國(guó)移動(dòng)模架的發(fā)展成就,分析國(guó)內(nèi)移動(dòng)模架事實(shí)上處于無(wú)專用設(shè)計(jì)規(guī)范、無(wú)制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)操作維護(hù)規(guī)程“三無(wú)”狀態(tài)的現(xiàn)狀,以及在學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)規(guī)范、改進(jìn)移動(dòng)模架制造工藝、加強(qiáng)系統(tǒng)集成與自動(dòng)化控制的相關(guān)研究、改善通信指揮與現(xiàn)場(chǎng)管理等方面存在的主要問題。結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況,提出對(duì)移動(dòng)模架裝備設(shè)計(jì)定型化、制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)化、操作維護(hù)專業(yè)化、指揮控制現(xiàn)代化的“四化”展望;探討實(shí)現(xiàn)制式橋梁跨徑、截面的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)提高移動(dòng)模架通用性的意義。

移動(dòng)模架;設(shè)計(jì);施工;標(biāo)準(zhǔn)化;現(xiàn)代化

1 概述

1.1 起源

根據(jù)多數(shù)文獻(xiàn)的記載,預(yù)應(yīng)力混凝土梁逐孔現(xiàn)澆技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代的西歐,德國(guó)PZ(Polensky &Zoller)公司將其改進(jìn)后于1969年用于Amsink立交橋,成為真正意義上的移動(dòng)模架,1973年定型后稱為PZ工法。該裝備后由PZ公司設(shè)計(jì)、瑞士Losinger& Spaltenstein公司制造出售,我國(guó)企業(yè)在20世紀(jì)80年代建造伊拉克摩蘇爾四號(hào)橋時(shí)曾引進(jìn)了2臺(tái),稱之為滑動(dòng)模板[1]。

20世紀(jì)90年代以來(lái),以挪威NRS、STURKTURAS公司為代表的企業(yè)將這一技術(shù)不斷發(fā)展,并輸出到美國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡、馬來(lái)西亞等亞太國(guó)家,稱為MSS工法,其設(shè)備則稱為MSS(Movable Scaffolding System)。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)于1993年首次引進(jìn),稱之為“支撐先進(jìn)工法”(Advancing Shoring Method,簡(jiǎn)稱ASM)[2],因使用效果較好,臺(tái)灣“營(yíng)建署”曾多次組織編寫手冊(cè)予以推廣,其設(shè)備被稱為支撐式工作臺(tái)車(下行式移動(dòng)模架)和懸吊式工作臺(tái)車(上行式移動(dòng)模架)。

國(guó)內(nèi)最早使用“移動(dòng)模架”這一稱謂的文獻(xiàn)是發(fā)表于《橋梁建設(shè)》1990年第3期的“移動(dòng)式模架逐跨現(xiàn)澆施工法在廈門高集海峽大橋上的應(yīng)用”一文[3],該名稱因較為準(zhǔn)確地描述了此類裝備的主要特征和構(gòu)成,被沿用下來(lái)并簡(jiǎn)稱為移動(dòng)模架,相應(yīng)工法則稱為移動(dòng)模架法。

1.2 分類

移動(dòng)模架在國(guó)內(nèi)發(fā)展初期,因其數(shù)量少、類型單一,部分文獻(xiàn)將它與箱梁預(yù)制拼裝所用的移動(dòng)支架合并稱為“造橋機(jī)”,按主梁的支承位置不同分為“上承式、中承式、下承式”3類[4,5],并把1992年鐵道建筑研究設(shè)計(jì)院研制的ZQJ32/56型移動(dòng)支架作為中承式移動(dòng)模架的代表。至于“造橋機(jī)”,原鐵道部曾于2005年將“移動(dòng)模架造橋機(jī)”和“移動(dòng)支架造橋機(jī)”正式寫入《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(TZ213—2005),但在后來(lái)的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),這兩種“造橋機(jī)”明顯名不符實(shí):移動(dòng)模架與真正意義上的機(jī)械設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)相去甚遠(yuǎn);而移動(dòng)支架在功能上則更接近架橋機(jī)而非“造橋機(jī)”。2010年在修編《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)[2010]241號(hào))時(shí),多數(shù)專家都認(rèn)為應(yīng)當(dāng)取消其“造橋機(jī)”的稱謂,改稱“移動(dòng)模架”和“移動(dòng)支架”,并首次將移動(dòng)模架定義為“一種自帶模板、可在橋跨間自行移位,用于支撐和澆筑混凝土箱梁的大型制梁支撐體系”。

目前普遍按走行方式的不同將移動(dòng)模架分為上行式、下行式兩大類。下行式移動(dòng)模架為實(shí)現(xiàn)支腿自移功能,通常將尾部吊掛在梁面上走行,由于這類移動(dòng)模架除后橫梁外其余結(jié)構(gòu)都在橋面以下走行,因此仍可歸為下行式(全國(guó)建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書《鐵路工程管理與實(shí)務(wù)》中稱之為復(fù)合式)。在上行式移動(dòng)模架中,又分為單主梁[6]和雙主梁[7]兩種形式;在下行式移動(dòng)模架中,又有單向?qū)Я篬8]和雙向?qū)Я篬9]兩種形式;按支腿轉(zhuǎn)移方式可分為自移式和非自移式[10];按底模開模方式可分為固定式、拆裝式、折疊式、旋轉(zhuǎn)式、推拉式等。

2 主要發(fā)展成就

2.1 應(yīng)用與建設(shè)成就

從20世紀(jì)90年代至今,移動(dòng)模架在國(guó)內(nèi)已有20多年發(fā)展和應(yīng)用的歷史,其間大致可以分為兩個(gè)階段,在1990～2005年移動(dòng)模架發(fā)展初期,相關(guān)技術(shù)和設(shè)備以引進(jìn)和仿制為主,應(yīng)用領(lǐng)域集中于公路和市政橋梁施工,且工程案例較少,尚未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,表1展示了這一時(shí)期國(guó)內(nèi)采用移動(dòng)模架施工的部分橋梁,以及設(shè)備供應(yīng)商,其中,中鐵大橋局1999年根據(jù)原鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃(99G23號(hào))為秦沈客運(yùn)專線建設(shè)而研制的MZ32型移動(dòng)模架,是移動(dòng)模架技術(shù)在我國(guó)鐵路橋梁施工的首次應(yīng)用[11]。

2005年后,隨著中國(guó)鐵路在高速動(dòng)車組、高速無(wú)砟軌道、高速道岔、牽引供電、通信信號(hào)、運(yùn)營(yíng)調(diào)度等方面取得一系列重大突破和技術(shù)升級(jí),客運(yùn)專線的建設(shè)驟然加速,京津、武廣、鄭西、石太等12條鐵路客運(yùn)專線相繼開工建設(shè),總里程達(dá)4400余km[12]。由于高速鐵路對(duì)線路沉降和位移控制有很高的技術(shù)要求,以及考慮到環(huán)保、節(jié)地和安全運(yùn)營(yíng)的需要,國(guó)際上普遍采用以橋代路的做法,因此,橋隧在線路中所占比例很大(一般約70%,京津城際鐵路橋梁比重則高達(dá)87.8%),移動(dòng)模架迎來(lái)了歷史性的發(fā)展機(jī)遇,相關(guān)產(chǎn)業(yè)得到迅速壯大,進(jìn)入了新的發(fā)展階段。

2006～2007年,隨著各條客運(yùn)專線陸續(xù)進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)施工,對(duì)移動(dòng)模架的需求呈井噴之勢(shì)增長(zhǎng),2年多時(shí)間內(nèi)約有300多套移動(dòng)模架被投入使用,參與數(shù)百座橋梁的施工。特別是對(duì)于像浙江、福建、廣東這樣河網(wǎng)密布、軟基分布廣泛的丘陵山區(qū)地形,移動(dòng)模架顯示出無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì),成為各參建單位的主力裝備。以溫福鐵路浙江段為例,該段鐵路全長(zhǎng)僅69.206 km,卻投入移動(dòng)模架達(dá)32套,澆筑箱梁960孔[13],總長(zhǎng)度接近30 km,占線路長(zhǎng)度的比例超過(guò)40%,占該標(biāo)段橋梁總長(zhǎng)度的比例則超過(guò)80%。

在之后開工的京滬、滬寧、哈大、滬杭、廈深等客運(yùn)專線建設(shè)中,移動(dòng)模架同樣得到廣泛的應(yīng)用。同期在公路方面則有廣州南沙鳧洲大橋[14]、珠江黃埔大橋[15]、青島海灣大橋[16]、寧波甬江大橋、廈漳跨海大橋、泉州灣跨海大橋等知名橋梁在引橋施工中采用了移動(dòng)模架技術(shù)。

表1 1990～2005年國(guó)內(nèi)采用移動(dòng)模架施工的部分橋梁_______________________________

2.2 創(chuàng)新與專利技術(shù)

2005年以來(lái),中國(guó)移動(dòng)模架技術(shù)在高速客運(yùn)專線建設(shè)的強(qiáng)勁需求引領(lǐng)下實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展,表現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力,設(shè)計(jì)出了許多獨(dú)具匠心的產(chǎn)品,并創(chuàng)新出各種實(shí)用功能,為解決特殊條件下的橋梁施工問題,我國(guó)企業(yè)還研發(fā)出“梁模合一型”[17]、“一模雙梁型”[18]等“中國(guó)式移動(dòng)模架”,豐富了移動(dòng)模架的結(jié)構(gòu)形式和工程實(shí)踐。

根據(jù)中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)的檢索數(shù)據(jù),1985年以來(lái)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理的關(guān)于移動(dòng)模架的專利申請(qǐng)共有130余項(xiàng),其中屬于橋梁施工技術(shù)領(lǐng)域的約70余項(xiàng),國(guó)內(nèi)第一件關(guān)于橋梁移動(dòng)模架的專利申請(qǐng)于2005年獲得授權(quán)[19]。2004年以來(lái)的專利申請(qǐng)及有效專利數(shù)量逐年變化情況見圖1。從圖1中可以看出,關(guān)于橋梁移動(dòng)模架的專利申請(qǐng)?jiān)?007～2009年達(dá)到高峰,這與我國(guó)高速客運(yùn)專線的建設(shè)和發(fā)展在時(shí)間上是一致的。

圖1 我國(guó)橋梁移動(dòng)模架技術(shù)專利數(shù)量發(fā)展趨勢(shì)

2.3 文獻(xiàn)研究

根據(jù)研究,國(guó)內(nèi)最早涉及移動(dòng)模架的文獻(xiàn)是1984年發(fā)表在《國(guó)外公路》第6期的《摩蘇爾四號(hào)橋上部構(gòu)造的設(shè)計(jì)與施工》,此后一直到1999年秦沈客運(yùn)專線開建之前,很少出現(xiàn)類似文獻(xiàn)。2005年之后,受國(guó)家鐵路客運(yùn)專線建設(shè)進(jìn)程的帶動(dòng)和影響,關(guān)于移動(dòng)模架的文獻(xiàn)數(shù)量快速增長(zhǎng),1999～2012年以移動(dòng)模架、造橋機(jī)為主題的技術(shù)文獻(xiàn)數(shù)量逐年變化情況見圖2(縱坐標(biāo)為每百萬(wàn)篇期刊論文中檢索到的相關(guān)主題的文獻(xiàn)數(shù)量,來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)),其中以“造橋機(jī)”為主題的文獻(xiàn)中可能涉及移動(dòng)模架和移動(dòng)支架兩種不同技術(shù)。

圖2 我國(guó)移動(dòng)模架技術(shù)文獻(xiàn)研究趨勢(shì)

3 現(xiàn)狀及問題

目前很多企業(yè)和廠家都有能力研制移動(dòng)模架,但大多仍然停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段,對(duì)機(jī)械、液電、控制系統(tǒng)等缺乏專業(yè)研究,沒有從機(jī)械設(shè)備的角度對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行審視,也沒有將機(jī)電和液壓設(shè)備及其電路、油路與結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行融合設(shè)計(jì),配電及電纜布線系統(tǒng)基本靠現(xiàn)場(chǎng)自理,至于作業(yè)平臺(tái)、安全通道等設(shè)施更是以“自理”為主,導(dǎo)致移動(dòng)模架施工現(xiàn)場(chǎng)配電柜、配電盤隨意擺放,電線、電纜雜亂無(wú)章,在橫移開模、縱移走行時(shí)常被輪軌碾壓、雜物勾掛,甚至被電焊、氣割產(chǎn)生的火花灼傷或引燃。這些狀況使移動(dòng)模架看起來(lái)更像是一個(gè)可移動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)而不是成套的機(jī)械設(shè)備,與國(guó)外先進(jìn)水平相比,在材料、工藝、科研、試驗(yàn)、系統(tǒng)集成、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面的差距仍然很大,總體情況為:標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)處于初級(jí)階段,施工安全問題比較突出。

標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)技術(shù)發(fā)展成熟的標(biāo)志。移動(dòng)模架作為一種大型施工裝備,目前并無(wú)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo),事實(shí)上處于無(wú)專用設(shè)計(jì)規(guī)范、無(wú)制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)操作維護(hù)規(guī)程的“三無(wú)”狀態(tài)。

3.1 設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)移動(dòng)模架在設(shè)計(jì)時(shí)主要參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017)、《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 3811)等。但移動(dòng)模架既不是起重機(jī),也不是普通的鋼結(jié)構(gòu)。與架橋機(jī)不同,移動(dòng)模架并不存在起重作業(yè)(但有加載過(guò)程);而與鋼結(jié)構(gòu)相比,它有縱移、橫移、頂升、拖拉、液壓開模等作業(yè),但這些都沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

如果與起重機(jī)相比,移動(dòng)模架在標(biāo)準(zhǔn)方面的差距更大。目前與起重機(jī)械有關(guān)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)400余項(xiàng),不僅有《起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序》(GB 5905)、《起重機(jī)械安全規(guī)程》(GB 6067)這樣的通用標(biāo)準(zhǔn),而且有《鋼絲繩》(GB/T 8918)、《起重機(jī)用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范》(GB/T 5972)、《起重機(jī)車輪》(JB/T 6392)、《液壓抓具》(YB/T 064)這樣的專用標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)涉及到起重機(jī)械的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、產(chǎn)品性能等多方面內(nèi)容,為起重機(jī)的安全使用提供了技術(shù)保障。

也許可以借鑒歐洲企業(yè)(如挪威NRS)所采用的移動(dòng)模架設(shè)計(jì)規(guī)范,但他們的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在體系上與我國(guó)是完全不同的。歐洲結(jié)構(gòu)規(guī)范的一個(gè)特點(diǎn),是其用一整套規(guī)范文本(大概是50多本)來(lái)回答所有各種土建結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面所遇到的問題[20],像一套完備的法典,既包羅萬(wàn)象,又一以貫之。而我國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范是參照原蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)體系建立起來(lái)的,針對(duì)每一種具體結(jié)構(gòu)都需要一套專用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo),當(dāng)我們只是對(duì)某種具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要在歐洲結(jié)構(gòu)規(guī)范之中尋找其規(guī)則時(shí),會(huì)一時(shí)找不到有關(guān)的條文,這需要對(duì)其進(jìn)行全面、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì),不能急功近利。

3.2 制造與驗(yàn)收

關(guān)于移動(dòng)模架制造,目前可參考的標(biāo)準(zhǔn)大概只有《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB 10212)、《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》(TB/T 1527)等。加工環(huán)節(jié)是將產(chǎn)品從圖紙變成實(shí)物的關(guān)鍵,在缺乏市場(chǎng)準(zhǔn)入和相關(guān)認(rèn)證制度的情況下,選擇合適的廠家、生產(chǎn)出符合設(shè)計(jì)要求的移動(dòng)模架并不容易。

在驗(yàn)收方面,最大的困難仍然是無(wú)據(jù)可依,設(shè)計(jì)圖中提到的一些技術(shù)要求往往比較籠統(tǒng)、針對(duì)性不強(qiáng),相比起重機(jī)械多達(dá)400余項(xiàng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),移動(dòng)模架的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)近乎空白,目前主要參考《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205—2001),顯然無(wú)法滿足需要。以廣州珠江黃埔大橋北引橋所用MSS62.5m型移動(dòng)模架為例,該機(jī)自重約16 000 kN,最大澆筑長(zhǎng)度為75 m(標(biāo)準(zhǔn)跨62.5 m+懸臂端12.5 m),最大荷載達(dá)26 500kN,創(chuàng)下多項(xiàng)紀(jì)錄。但由于第一次研制這么大的移動(dòng)模架,驗(yàn)收時(shí)無(wú)章可循,運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝后因存在諸多設(shè)計(jì)及制造缺陷而無(wú)法使用,有關(guān)單位從國(guó)內(nèi)邀請(qǐng)多名技術(shù)專家研究改造方案,耗時(shí)數(shù)月進(jìn)行完善,僅加固就用了100多t鋼材,作為失敗的案例受到專家批評(píng)。

3.3 使用及維護(hù)

移動(dòng)模架在施工環(huán)節(jié)雖有原鐵道部頒布的《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)[2010]241號(hào))、《鐵路移動(dòng)模架制梁施工技術(shù)指南》(TZ 323—2010)等標(biāo)準(zhǔn),但這些標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)移動(dòng)模架所施工的梁體質(zhì)量提出要求。在操作層面,由于其結(jié)構(gòu)形式和型號(hào)繁多,各家單位研制的移動(dòng)模架在作業(yè)流程和具體操作方法上差異很大,因此難以出臺(tái)統(tǒng)一的使用規(guī)程,關(guān)于其操作、保養(yǎng)方面的指導(dǎo)只能由移動(dòng)模架設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位提供。

3.4 市場(chǎng)準(zhǔn)入與管理

由于缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和制度,移動(dòng)模架并沒有像架橋機(jī)、移動(dòng)支架一樣被當(dāng)作特種設(shè)備對(duì)待,在監(jiān)管、認(rèn)證方面存在空白,對(duì)移動(dòng)模架的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)檢測(cè)也沒有資質(zhì)方面的要求和市場(chǎng)準(zhǔn)入制度。一方面是由于移動(dòng)模架的復(fù)雜性,人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還有待深入;另一方面也因?yàn)橐苿?dòng)模架有時(shí)只是被看作與其他現(xiàn)澆支架類似的大型施工設(shè)施。操作人員的培訓(xùn)、考核也存在同樣的問題,無(wú)法像起重機(jī)司機(jī)一樣做到持證上崗。這些都有賴于各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)、制度的逐步建立和完善。

3.5 適用條件與采購(gòu)

移動(dòng)模架作為一種專用的橋梁施工裝備,有其特定的適用條件以及經(jīng)濟(jì)、合理的跨度和其他技術(shù)指標(biāo),一些項(xiàng)目為追求所謂第一,刻意在一些并不適當(dāng)?shù)臉蛄荷喜捎靡苿?dòng)模架方案,不僅有損其經(jīng)濟(jì)性和安全性,而且因梁體跨度和截面特殊,使移動(dòng)模架無(wú)法重復(fù)利用,造成資源浪費(fèi)。在移動(dòng)模架采購(gòu)方面,因無(wú)準(zhǔn)入制度,通常是報(bào)價(jià)最低者中標(biāo),不考慮產(chǎn)品質(zhì)量、履約能力等,導(dǎo)致移動(dòng)模架質(zhì)量、性能低劣,運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝、試驗(yàn)后暴露出很多問題,需要進(jìn)行大量的改進(jìn)、加固處理才能投入使用。

4 定型與可靠性探討

在缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)的情況下,移動(dòng)模架的設(shè)計(jì)、制造、管理等各方面都處于散亂狀態(tài),導(dǎo)致使用過(guò)程中事故率較高,可靠性與可維護(hù)性較差。這一現(xiàn)狀有必要通過(guò)裝備定型、加強(qiáng)對(duì)可靠性的研究來(lái)解決。

4.1 關(guān)于定型

大型裝備的研制一般分為3個(gè)階段:工程研制階段、設(shè)計(jì)定型階段、生產(chǎn)定型階段。設(shè)計(jì)定型是將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證評(píng)估、性能達(dá)到規(guī)定指標(biāo)的成熟技術(shù)設(shè)計(jì)固化下來(lái);生產(chǎn)定型是在設(shè)計(jì)定型后,通過(guò)試制逐漸改進(jìn)制造工藝和工裝模具,工藝的成熟性能夠保證批生產(chǎn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性之后的狀態(tài),這期間要解決系統(tǒng)集成及子系統(tǒng)之間的兼容性問題。設(shè)計(jì)定型在這3個(gè)階段中最為關(guān)鍵,考慮到移動(dòng)模架結(jié)構(gòu)龐大、操作復(fù)雜,研制時(shí)應(yīng)以系統(tǒng)工程的理念指導(dǎo)設(shè)計(jì),除滿足各項(xiàng)使用功能外,還應(yīng)兼顧操作的便利性和安全性,加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)、可靠度的研究;以及對(duì)安全冗余、施工偏差和誤操作的容錯(cuò)研究;完善對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的處理,特別是支承、吊掛、連接等部位。對(duì)各種創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)進(jìn)行充分驗(yàn)證,跟蹤了解其實(shí)際使用情況并及時(shí)改進(jìn),對(duì)于某些已經(jīng)完善的特定功能或小型構(gòu)件的成熟設(shè)計(jì)方案可先行定型[21]。

定型本身不是目的,而是為了建立統(tǒng)一的產(chǎn)品技術(shù)性能與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并在制造時(shí)遵循統(tǒng)一的工藝流程與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),保證其安全性,提高其可靠性,使產(chǎn)品便于使用和維護(hù)。定型的好處至少有以下幾點(diǎn):(1)便于使用單位進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)及選型;(2)便于維修;(3)減小了設(shè)計(jì)、制造的重復(fù)勞動(dòng);(4)起到技術(shù)上相互支援的作用[22]。

定型屬于標(biāo)準(zhǔn)化的范疇,在定型過(guò)程中需要解決可靠性問題。“設(shè)計(jì)奠定可靠性,制造保證可靠性,使用保持可靠性”,可見,定型與可靠性是密不可分的。

4.2 關(guān)于可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)是在故障物理學(xué)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合可靠性試驗(yàn)及故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,提供實(shí)際計(jì)算的數(shù)學(xué)力學(xué)模型、方法及實(shí)踐,以便在研制階段估計(jì)或預(yù)測(cè)產(chǎn)品在規(guī)定工作條件下的工作能力、狀態(tài)或壽命,保證產(chǎn)品具有所需的可靠性[23]。因此,它是一門“與故障作斗爭(zhēng)”的學(xué)科。研究表明,只有把宏觀上的可靠性統(tǒng)計(jì)、試驗(yàn)技術(shù)等與微觀的材料失效機(jī)理及其老化過(guò)程等問題的研究聯(lián)合起來(lái),才能更好地解決可靠性問題[24]。

可靠性是現(xiàn)代質(zhì)量觀的核心。當(dāng)前,可靠性已成為影響我國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的主要問題,據(jù)2006年統(tǒng)計(jì),我國(guó)出口的工程機(jī)械產(chǎn)品平均故障間隔時(shí)間(MTBF)僅為150～300 h,尚不及國(guó)際水平的一半?？煽啃怨こ碳夹g(shù)在我國(guó)軍工行業(yè)已經(jīng)享有“一抓就靈”的美譽(yù),天宮一號(hào)在370 km之外的太空飛行了600多天沒出任何故障,靠的是發(fā)射前進(jìn)行嚴(yán)格的可靠性測(cè)試。但在民品生產(chǎn)中,相關(guān)的專業(yè)技術(shù)應(yīng)用還很不到位,需要盡快實(shí)現(xiàn)可靠性從“自然形成”向“專業(yè)生成”的轉(zhuǎn)變。

根據(jù)對(duì)30余套移動(dòng)模架的調(diào)查了解,移動(dòng)模架每次橫移開模和縱移走行所需時(shí)間一般為3～6 h,而操作前的檢查、準(zhǔn)備時(shí)間和走行過(guò)程中處理故障的時(shí)間平均為2～4 h,其中大部分故障緣于電氣和液壓設(shè)備,如油液泄漏、動(dòng)作失靈、負(fù)載不均、各千斤頂行程不同步等,說(shuō)明移動(dòng)模架相關(guān)設(shè)備的兼容性和集成情況還不甚理想,可靠性研究尚待起步。

5 移動(dòng)模架標(biāo)準(zhǔn)化與現(xiàn)代化的展望

如前所述,移動(dòng)模架在我國(guó)橋梁建設(shè)特別是鐵路客運(yùn)專線橋梁的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用,發(fā)揮了重要作用,充分展示了其投入小、工效高、機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),在某些條件下具有獨(dú)特的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。但任何技術(shù)都有其局限性,就現(xiàn)場(chǎng)施工而言,移動(dòng)模架的主要缺點(diǎn)可以概括為“工序繁雜流程多,野外作業(yè)條件差,上下聯(lián)動(dòng)難兼顧,高空走行風(fēng)險(xiǎn)大”。不僅在設(shè)計(jì)、制造方面存在種種缺陷,而且操作人員也缺乏專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)和培訓(xùn),一些液電設(shè)備可靠性差、故障率高,操控、指揮手段落后,這些都需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)予以規(guī)范和完善,并以現(xiàn)代化的技術(shù)手段解決裝備集成化、信息化難題。

移動(dòng)模架要想最終發(fā)展成為一種機(jī)械產(chǎn)品,必須建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)大致有3種類型:(1)產(chǎn)品技術(shù)特征標(biāo)準(zhǔn),即產(chǎn)品的型式、性能及尺寸參數(shù)、系列型譜等;(2)產(chǎn)品品質(zhì)特征標(biāo)準(zhǔn),即質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);(3)綜合技術(shù)特征標(biāo)準(zhǔn),即產(chǎn)品定型圖。對(duì)移動(dòng)模架來(lái)說(shuō),目前最為急需的是綜合技術(shù)特征標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)樗粌H包括產(chǎn)品的技術(shù)特征和品質(zhì)特征,還包括了零部件的技術(shù)特征與品質(zhì)特征,從整套產(chǎn)品到零部件的型式、參數(shù)、結(jié)構(gòu)、配合到加工要求等都將進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。我們期待國(guó)產(chǎn)移動(dòng)模架可以在以下方面取得進(jìn)展。

5.1 裝備設(shè)計(jì)定型化

目前已有國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位在嘗試采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行移動(dòng)模架的設(shè)計(jì),如歐洲鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(Eurocode3: Design of steel structures,Part 1-1.General rules and rules for buildings.(1.Ed.February 1993))、挪威鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(NS3472E:Norwegian Standard,Steel structures design rules.(2nd edition June 1984))、歐盟起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(F.E.M.1.001 Rules For Design of Hoisting Appliances(3rdEdition 1987.10.01))等。這是一個(gè)值得鼓勵(lì)的動(dòng)向,但鑒于歐洲標(biāo)準(zhǔn)的體系特點(diǎn),只研究個(gè)別幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)可能難以掌握其要領(lǐng),而且除設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外,還應(yīng)同步引進(jìn)其關(guān)于產(chǎn)品制造、試驗(yàn)、檢驗(yàn)、使用等方面的規(guī)范、規(guī)程、指南、技術(shù)條件等配套標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于系統(tǒng)集成,目前移動(dòng)模架中所用到的機(jī)電和液壓產(chǎn)品通常都是由移動(dòng)模架制造廠家代購(gòu)并組裝的,對(duì)這些系統(tǒng)的整合主要由廠家來(lái)完成,但設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究也是必不可少的,其電路、油路、通信、照明、防雷接地、電纜布線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也需要有機(jī)械、電氣、液壓、自動(dòng)化控制等方面的專業(yè)人員參與進(jìn)來(lái)。很多移動(dòng)模架廠商采取設(shè)計(jì)、制造一體化,這對(duì)于系統(tǒng)集成的研究是有利的,可以在企業(yè)內(nèi)部通過(guò)產(chǎn)、研結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)模架的設(shè)計(jì)定型。

5.2 制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù),在國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)的情況下,生產(chǎn)廠家可以制訂和完善自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在制造前需要對(duì)移動(dòng)模架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各構(gòu)件功能有深入的認(rèn)識(shí),研究加工和裝配誤差的傳遞和積累情況,分析工藝難點(diǎn)和控制關(guān)鍵點(diǎn),研制關(guān)鍵工序的加工工裝并進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)[25],對(duì)加工質(zhì)量形成有效的內(nèi)部評(píng)價(jià)體系和管理機(jī)制。構(gòu)件的分割組合不僅應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求還要考慮到運(yùn)輸和安裝需要。

目前較為常見的質(zhì)量事故大多是個(gè)別桿件由于強(qiáng)度和穩(wěn)定問題造成局部失效,進(jìn)而擴(kuò)散到其他構(gòu)件及整個(gè)結(jié)構(gòu),國(guó)內(nèi)外都出現(xiàn)過(guò)由此類問題引起的移動(dòng)模架垮塌事故。因此制造單位應(yīng)在與設(shè)計(jì)人員充分溝通的基礎(chǔ)上,將移動(dòng)模架設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為工廠加工圖,在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到的各種細(xì)節(jié)的處理方法進(jìn)行明確,制定具體的公差控制體系、焊接工藝規(guī)程,并進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求,設(shè)計(jì)正確而合理的焊接工藝卻是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù),這是因?yàn)楹附庸に嚨目勺儏?shù)繁多,對(duì)焊接質(zhì)量的影響十分復(fù)雜,且某些重要變量難以精確檢測(cè)[26]。因此移動(dòng)模架的制造不是普通的鋼結(jié)構(gòu)廠家能夠勝任的,建立移動(dòng)模架的制造和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)則需要更高的技術(shù)和管理水平。

5.3 操作維護(hù)專業(yè)化

對(duì)于施工單位來(lái)說(shuō),為了用好移動(dòng)模架,除了研究設(shè)計(jì)圖紙、了解其各項(xiàng)結(jié)構(gòu)及功能外,還需要制定詳細(xì)的安裝和拆除方案、試驗(yàn)和加載方案、各工序的操作流程和作業(yè)指導(dǎo)書、各工況下施工偏差控制指標(biāo)、施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法、日常檢查項(xiàng)目與頻次、維護(hù)與保養(yǎng)手冊(cè)等技術(shù)文件,同時(shí)還要編制專項(xiàng)安全方案和應(yīng)急預(yù)案,以及重要工序(如制梁、走行等)的作業(yè)組織、管理體系和制度。這些技術(shù)文件和管理制度是移動(dòng)模架安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

對(duì)移動(dòng)模架的操作是在相互協(xié)作配合下進(jìn)行的,即使有過(guò)移動(dòng)模架使用經(jīng)驗(yàn)的人,如果不是完全相同的裝備,其經(jīng)驗(yàn)的適用性和有效性也是有限的。因此對(duì)人員的培訓(xùn)必不可少,且應(yīng)針對(duì)具體崗位的需要分別編寫相應(yīng)的培訓(xùn)教材和操作手冊(cè),人員和崗位應(yīng)相對(duì)固定,做到人機(jī)結(jié)合,這是實(shí)現(xiàn)專業(yè)化操作和維護(hù)所必需的。

5.4 指揮控制現(xiàn)代化

移動(dòng)模架龐大的身軀和復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境非常需要提高自動(dòng)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)感知能力。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步,有些設(shè)備已經(jīng)非常成熟和普及,而且成本低廉,功能實(shí)用。比如起重機(jī)的吊鉤限位和重力感應(yīng)功能;汽車倒車?yán)走_(dá)對(duì)障礙物的自動(dòng)感應(yīng)、測(cè)距、數(shù)碼顯示、視頻監(jiān)控和預(yù)警等功能。類似技術(shù)可有效提高對(duì)設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境的感知能力,做到對(duì)安全狀況的隨時(shí)掌握。

通信指揮是移動(dòng)模架施工的另一難題,尤其在進(jìn)行橫移開模和縱移走行時(shí),目前主要靠喇叭、對(duì)講機(jī)、手勢(shì)、旗語(yǔ)等較為原始的方式指揮,嘈雜的噪聲使信號(hào)指令與各操作崗位的信息反饋難以及時(shí)準(zhǔn)確傳達(dá),應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)模架的集中操控,對(duì)部分功能可采取遙控操縱,盡量避免施工人員在臨空面的攀爬、瞭望觀測(cè)、高空作業(yè)或其他危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)。遙控技術(shù)已在電動(dòng)葫蘆等設(shè)備中廣泛應(yīng)用,混凝土泵車的布料桿也是采用遙控操縱的。通過(guò)研究和借鑒,這些技術(shù)有望應(yīng)用到新一代移動(dòng)模架上。

6 移動(dòng)模架通用性的展望

移動(dòng)模架的缺陷之一是當(dāng)橋梁跨徑和截面尺寸發(fā)生變化時(shí),其原有模板就不再適用,而架橋機(jī)、移動(dòng)支架的通用性優(yōu)于移動(dòng)模架,正是因?yàn)樗鼈儾皇芰后w截面變化的困擾,只要橋梁跨徑和梁體重力不超過(guò)額定限值就可以使用。

在鐵路客運(yùn)專線發(fā)展初期,每條線路的鐵路箱梁都采用了不同的設(shè)計(jì),就雙線鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁來(lái)說(shuō),其標(biāo)準(zhǔn)跨徑主要有24、32 m兩種,但截面尺寸卻有近10種。至于公路和市政橋梁,其跨徑和截面形式變化更多。移動(dòng)模架的模板改裝耗時(shí)費(fèi)力且成本不菲,加上高昂的運(yùn)費(fèi),在經(jīng)濟(jì)上并不劃算,很多施工單位的移動(dòng)模架通常都是一次性攤銷、原地報(bào)廢,很少轉(zhuǎn)場(chǎng)繼續(xù)使用。

因此,欲提高移動(dòng)模架的通用性,必須實(shí)現(xiàn)橋梁跨徑和截面的標(biāo)準(zhǔn)化,并予以定型,同時(shí)在墩身和承臺(tái)的設(shè)計(jì)中也要考慮到移動(dòng)模架的支承需要。原鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院在首批客運(yùn)專線建成后已聯(lián)合設(shè)計(jì)單位開展這方面的工作,并取得一定進(jìn)展;在京滬高速鐵路高架橋中大量采用了制式橋梁,跨度24 m及32 m的橋梁占85%以上[27],期待類似努力能夠促進(jìn)鐵路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)化,這對(duì)拓展移動(dòng)模架的應(yīng)用范圍,提高資源利用效率具有重要意義。

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Prospects for Standardization and Modernization of China's Movable Scaffolding System Technology

LIU Hong-gang,YOU Ji-qin,ZHANG Chao-fu
(China Railway Major Bridge Engineering Group Co.,Ltd.,Wuhan 430050,China)

To explore the MSS(Movable Scaffolding System)technology development trend,improve their security status,this paper briefly summarized the origin,structure types and the classification of MSS, and then reviewed MSS development achievements in China.Further,this paper analyzed the current situation:the use of MSS in China was in fact in a state of“three noes”:no special design standard code, no manufacture and acceptance standard code,no operation and maintenance specification.Furthermore, this paper analyzed the main problems existing in some aspects of MSS technology,such as existing in learning the foreign advanced design standard codes,in improving the MSS manufacturing processes,in ______enhancing the related researches on system integration and automation control,and in promoting thecommunication command and on-site management,etc.Finally,combined with the actual situation in China,the prospects of MSS technology were pointed out in this paper from the four aspects,including thepatternizationofMSSdesign,thestandardizationofmanufactureandacceptance,the professionalization of operation and maintenance,the modernization of command and control.Also,this paper expounded why the standardization on bridge span and cross-section can be useful for improving the universality of MSS.

movable scaffolding system;design;construction;standardization;modernization

U445.463

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.009

1004-2954(2014)04-0037-07

2013-07-09;

2013-08-02

劉宏剛(1975—),男,高級(jí)工程師,1998年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院,工學(xué)學(xué)士。