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“大灣區(qū)核心戰(zhàn)略通道”“珠江兩岸‘A’型骨架最重要一橫”深中通道項(xiàng)目被賦予了多重重要意義。大量智能化的應(yīng)用,標(biāo)志著它并不是傳統(tǒng)意義上的土木工程,新技術(shù)、新裝備、新的信息化管理手段同步落地,推動(dòng)項(xiàng)目逐步完成。深中通道正在打造一個(gè)智能建造的樣板工程。
深中通道地理位置圖
廣東深圳至中山跨江通道(簡稱“深中通道”)位于粵港澳大灣區(qū)的核心區(qū),是“深莞穗”與“珠中江”之間唯一的直連通道,也是國高網(wǎng)G2518跨珠江口的關(guān)鍵性控制工程,具有沿海大通道的功能。作為國家“十三五”重點(diǎn)項(xiàng)目,總投資金額達(dá)447億元。
深中通道的建設(shè)目標(biāo)分為3個(gè)層面,工程目標(biāo)是建造一流可持續(xù)化工程,創(chuàng)珠江口百年工程;行業(yè)目標(biāo)是攻克行業(yè)的技術(shù)難題,促進(jìn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級;國家目標(biāo)是服務(wù)“一帶一路”國家戰(zhàn)略,推動(dòng)粵港澳大灣區(qū)建設(shè),提高國家競爭力,形成中國標(biāo)準(zhǔn)。
德國在2013年提出了“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”,美國在2014年提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”,中國在2015年提出了“中國制造2025”,表明重大工程還是要服務(wù)于國家戰(zhàn)略,為建設(shè)交通強(qiáng)國、制造強(qiáng)國、科技強(qiáng)國和質(zhì)量強(qiáng)國服務(wù)。因此,深中通道項(xiàng)目制訂了詳細(xì)的規(guī)劃,思路是要通過建造手段實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展,并以工業(yè)化和信息化融合為手段,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造目標(biāo),達(dá)到提質(zhì)、增效、降本、溯源的目的。
深中通道的建設(shè)異常復(fù)雜,它是一個(gè)橋島隧互通工程,其中難度最高的部分是沉管隧道。沉管隧道具有超大跨度、深埋特長等特點(diǎn),此次也是第一次應(yīng)用在國內(nèi)項(xiàng)目中,日本曾用過斷面較小且里程較短的沉管。深中通道項(xiàng)目建成通車后,日均車流量預(yù)計(jì)將達(dá)10萬車次,所以采用八車道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),體量之大為世界首例。
整個(gè)沉管在預(yù)制廠完成澆筑,再將設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)至海上安裝,如此一來,長距離運(yùn)輸成了最大的問題,因此設(shè)計(jì)研發(fā)了運(yùn)安一體船,其優(yōu)點(diǎn)包括航速快,可達(dá)每小時(shí)5節(jié);可實(shí)現(xiàn)原地360°回轉(zhuǎn),隨時(shí)轉(zhuǎn)向掉頭;橫向8×3000匹,抗1.6節(jié)橫流;減少大量國際航道通行量,約1500萬立方米等,造價(jià)高達(dá)5億元。運(yùn)安一體船的建造提高了沉管運(yùn)安的效率,降低了沉管運(yùn)安風(fēng)險(xiǎn),屬世界首例。
新的結(jié)構(gòu)必然會(huì)帶來新的問題。深中通道的海上橋梁鋼橋比例較大,有近60萬噸。如何保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,從施工到檢測都是新的挑戰(zhàn),常規(guī)方式很難保證施工結(jié)果,因此智能建造的工程量不容小覷。
鋼殼智能制造
深中通道施工現(xiàn)場
深中通道效果圖
傳統(tǒng)模式難以滿足深中通道大規(guī)模、高工效、高質(zhì)量的建造要求。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,海底隧道總長6845米,其中沉管段長5053米,共有32個(gè)管節(jié),每個(gè)管節(jié)的長度標(biāo)準(zhǔn)是165米,重7.6萬噸。其次,隧道體量龐大,在實(shí)際的施工過程中要先做鋼殼,再做混凝土澆筑,鋼殼的制作難度很大,一個(gè)單節(jié)約1.1萬噸,排水量相當(dāng)于中型航空母艦。另外,隧道構(gòu)造復(fù)雜,有2500個(gè)隔倉,縱橫隔板連接件非常多,預(yù)埋件3萬多個(gè),焊接縫長度22.7萬延米,精度要求高,正負(fù)15毫米,厚板焊接厚度可達(dá)40毫米,焊接難度大。
鋼結(jié)構(gòu)在早期項(xiàng)目中采用人工制作,到虎門二橋?qū)崿F(xiàn)了板單元工位自動(dòng)化,而深中通道項(xiàng)目試圖打造一條流水線,實(shí)現(xiàn)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的提升。其通過BIM系統(tǒng)生產(chǎn),智能制造系統(tǒng)推進(jìn),打造了一個(gè)智能制造車間,實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)。最早的設(shè)計(jì)采用BIM模型設(shè)計(jì),主要是為了解決中間管廊和其他管道的搭建問題。如果不采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),難以解決施工過程中的碰撞問題。
整個(gè)鋼殼制造的流水,從材料的限料到小節(jié)段制作,小節(jié)段涂裝,再到澆筑,直接進(jìn)行現(xiàn)場安裝,最核心的是從小節(jié)段智能化制造到中節(jié)段場地?cái)?shù)字化搭載和大階段船塢自動(dòng)化總組的重復(fù)。制作在車間全部完成后,通過機(jī)器人完成焊接和涂裝是非常大的突破,以往都是采用人工作業(yè)。機(jī)器人涂裝的應(yīng)用,一方面可以提高效率,另一方面可以減少工人的職業(yè)病害。
鋼殼制造完成后需立即灌入2.8萬平方米混凝土,這是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。組合結(jié)構(gòu)和鋼管拱橋的混凝土澆筑拖工問題嚴(yán)重,因此要開展技術(shù)研發(fā)。在這個(gè)過程中,鋼殼完成后填充混凝土,混凝土跟面板的距離要小于5毫米。
澆筑完成后,依然有諸多方面需要注意。首先,混凝土的工作性要非常穩(wěn)健,拓展度要控制在650毫米左右,上下浮動(dòng)不超過59毫米。其次,澆筑的過程要嚴(yán)格把控,否則空氣排出將造成缺陷。而且,智能化澆筑設(shè)備的設(shè)計(jì)要合理,如開發(fā)一套質(zhì)量控制、智能交互的裝備,還有一個(gè)管理平臺,通過控制精細(xì)化過程提高質(zhì)量。
另外,還有質(zhì)量驗(yàn)收的問題。混凝土澆完后隔倉是密閉的,內(nèi)部是否脫空未可知,因此難以檢測到問題。2500個(gè)隔倉是主要施工組織對象,調(diào)度人員很難把控,60分鐘之內(nèi)完不成澆筑,混凝土?xí)驗(yàn)槟潭速M(fèi),所以要保證材料調(diào)度的精細(xì)化和智能化。澆筑管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)澆筑全過程在線監(jiān)控,實(shí)時(shí)反饋澆筑質(zhì)量、效率,降低廢棄率。通過智能化的澆筑裝備實(shí)現(xiàn)精確的質(zhì)量控制,可減少人為施工誤差。
運(yùn)安一體船智能安裝現(xiàn)場
數(shù)控自動(dòng)化加工采用液壓模板,張拉、自動(dòng)噴淋集中在梁場制作,目標(biāo)是打造智能化預(yù)應(yīng)力混凝土梁場。數(shù)字自動(dòng)化,其實(shí)是在BIM建模完成后,生成交互代碼后導(dǎo)入加工設(shè)備,完成自動(dòng)加工。
研發(fā)模板自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC控制模塊,通過液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)和紅外測溫測距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在混凝土澆筑過程中外模自動(dòng)橫移和縱移,內(nèi)模自動(dòng)支拆模。BIM建模之后可以自動(dòng)卸料和彎折,集成混凝土ERP系統(tǒng)、攪拌站生產(chǎn)系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、車輛管理等系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)集中控制,拌和樓無人值守。在整個(gè)拌和過程中,若產(chǎn)生任何偏差,控制系統(tǒng)會(huì)及時(shí)自動(dòng)報(bào)警。
橋、島、隧、水下樞紐互通工程鳥瞰
因?yàn)橐蛟炀饭こ?、樣板工程,交通運(yùn)輸部對深中通道項(xiàng)目要求比較高,所以把BIM研發(fā)中心設(shè)置在項(xiàng)目基地。
深中通道項(xiàng)目的協(xié)同管理平臺會(huì)將質(zhì)量管理、安全管理、檔案管理等主要功能都集中起來,管理者可以在施工現(xiàn)場用手機(jī)或者其他電子設(shè)備進(jìn)行操控。同時(shí),作為國家電子檔案單套制試點(diǎn)項(xiàng)目,電子簽名也在逐步落實(shí)。
項(xiàng)目的復(fù)雜性還體現(xiàn)在海上施工,整個(gè)水面寬度是20公里,并和一些航道項(xiàng)目相互交叉,航路非常繁忙。根據(jù)調(diào)整,每天大概有4000艘船經(jīng)過施工水域,施工安全非常嚴(yán)峻,施工資源和信息需要通過物聯(lián)網(wǎng)匯集到一個(gè)平臺上,可視可控。工人全部實(shí)名制,進(jìn)場發(fā)卡通過門禁,開卡之后可以實(shí)現(xiàn)工地定位。在任何位置都可以監(jiān)控到深中通道項(xiàng)目的工人進(jìn)場情況。設(shè)備也是一機(jī)一碼、一船一碼,設(shè)備定位的軌跡可以跟蹤,像鉚釘這樣的關(guān)鍵特種設(shè)備,通過上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以進(jìn)入監(jiān)測平臺。整個(gè)項(xiàng)目的主要施工資源,包括人、機(jī)、料、結(jié)構(gòu),都可以通過監(jiān)控一目了然,一旦發(fā)生問題可以及時(shí)采取措施。
深中通道項(xiàng)目還有應(yīng)急指揮系統(tǒng),集成視頻監(jiān)控和信息共享平臺。整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合海事局一起完成,保障施工安全。該系統(tǒng)的存在,對設(shè)備和社會(huì)來往的船只起到了聯(lián)系和調(diào)度的作用。同時(shí),保障了全體工作人員,乃至整個(gè)項(xiàng)目工程的安全。
工地安全方面,努力打造工地互聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的精細(xì)化管控。協(xié)同管理的目標(biāo)是最終實(shí)現(xiàn)管理物資化。事實(shí)上,項(xiàng)目在施工進(jìn)場后就開始編碼分解,拆分分步工程,目前國內(nèi)的很多項(xiàng)目還做不到,但是深中通道項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了這項(xiàng)技術(shù)。整個(gè)項(xiàng)目管理最基礎(chǔ)的東西,就是把質(zhì)量管理、計(jì)量支付、檔案全部融合到一起。一個(gè)工程結(jié)束了,數(shù)據(jù)會(huì)傳到計(jì)量支付系統(tǒng)并形成計(jì)量支付,檔案隨即形成,這也是項(xiàng)目特點(diǎn)之一。
(本文根據(jù)作者在2019世界交通運(yùn)輸大會(huì)上所作報(bào)告整理,有刪減,題目為編者所加。)