張俊存

（中交二公局鐵路工程有限公司，西安 710065）

京雄城際鐵路是支撐國(guó)家戰(zhàn)略的重要干線，對(duì)于促進(jìn)京津冀協(xié)同發(fā)展具有重大意義。作為鐵路建設(shè)大型臨時(shí)性工程中的重中之重，鐵路箱梁預(yù)制場(chǎng)臨時(shí)性投入較大，包含土地、裝備等?；诰┬鄢请H鐵路建設(shè)需求，開展了智能化梁場(chǎng)建設(shè)與實(shí)踐。王永新［1］以太焦鐵路太谷制梁場(chǎng)為例，詳細(xì)解析了梁場(chǎng)選址、各功能區(qū)布置以及建設(shè)環(huán)保型梁場(chǎng)的施工方法。李德行［2］基于熵權(quán)法提出了梁場(chǎng)選址評(píng)價(jià)體系。王海棠［3］對(duì)鐵路T 梁制梁場(chǎng)選址、工裝選型、平面布置和組成等進(jìn)行研究以求實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的建場(chǎng)目標(biāo)。錢傳頂［4］從梁場(chǎng)選址及施工組織方案等方面進(jìn)行方案的比選研究，指導(dǎo)后續(xù)梁場(chǎng)建設(shè)。朱智超［5］考慮凍土地區(qū)的特殊情況，對(duì)凍土低溫地區(qū)的制梁工藝進(jìn)行了研究。

智能化梁場(chǎng)建設(shè)就通過將人工智能技術(shù)和梁場(chǎng)建設(shè)工藝深度融合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)提高梁場(chǎng)裝備的自動(dòng)化和智能化水平，從而提高梁場(chǎng)內(nèi)施工工藝的智能化水平。

1 梁場(chǎng)選址和規(guī)劃要求

1.1 選址原則

預(yù)制場(chǎng)宜首選既有制梁場(chǎng)；宜選在少占耕地、拆遷量小以及工程完工后復(fù)墾量小的場(chǎng)地上，盡可能利用永久用地區(qū)域；宜遠(yuǎn)離居民區(qū)，防止噪聲、粉塵、污水等污染；宜選擇在地質(zhì)條件好、土石方工程和基礎(chǔ)處理較少的平坦地域；預(yù)制場(chǎng)建設(shè)選址應(yīng)保證安全、科學(xué)，同時(shí)考慮防洪、排澇、防凌等要求，宜避開水庫(kù)、水塘、高壓線、危險(xiǎn)爆炸物生產(chǎn)區(qū)。

1.2 梁場(chǎng)規(guī)模確定原則

制（存）梁場(chǎng)應(yīng)根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的工期、箱梁數(shù)量、存梁時(shí)間、架梁計(jì)劃、線路結(jié)構(gòu)物分布特征等因素綜合比選確定梁場(chǎng)占地面積和布設(shè)形式。根據(jù)占地面積和布置形式，形成了縱列式和橫列式2 種梁場(chǎng)布置方式?？v列式平面布置具有場(chǎng)地較為狹長(zhǎng)、生產(chǎn)能力較小的特點(diǎn)，可只用一套用于搬梁的龍門吊或提（搬）梁機(jī)。橫列式平面布置場(chǎng)地較為寬敞，工作范圍較大，適用于具有中等和大規(guī)模生產(chǎn)能力的制梁場(chǎng)［6-8］。

2 梁場(chǎng)各個(gè)區(qū)域智能化建設(shè)要求

預(yù)制梁場(chǎng)主要包含辦公生活區(qū)、制梁區(qū)、鋼筋加工區(qū)、存梁區(qū)、拌和站、試驗(yàn)室等。梁場(chǎng)布局可參照?qǐng)D1布置。根據(jù)功能需要，這里只列出3 個(gè)區(qū)域智能化建設(shè)要求。

圖1 梁場(chǎng)區(qū)域布局

2.1 辦公生活區(qū)智能化建設(shè)要求

為滿足梁場(chǎng)信息化管理的要求，梁場(chǎng)需配備“智慧云”信息系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)梁場(chǎng)任意位置、全過程、無死角進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)監(jiān)控運(yùn)梁車、架橋機(jī)、箱梁及架設(shè)施工人員的位置、狀態(tài)等，及時(shí)對(duì)存在危險(xiǎn)狀態(tài)的設(shè)備、人員等發(fā)出警報(bào)。

2.2 制梁區(qū)智能化建設(shè)要求

箱梁內(nèi)模應(yīng)采用整體式液壓模板，行走系統(tǒng)、控制系統(tǒng)宜采用機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的齒軌行走系統(tǒng)及遙控系統(tǒng)。系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)托架、移動(dòng)托架、固定支墩、定位滑輪、模內(nèi)軌道及遙控手柄組成，能夠達(dá)到安全、高效、省時(shí)、省力的目的。

2.3 存梁區(qū)智能化建設(shè)要求

條件允許情況下，宜選用節(jié)能環(huán)保及養(yǎng)護(hù)效果較好的自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)方式。在使用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)時(shí)，為保證梁體噴淋養(yǎng)生效果，噴頭間距應(yīng)由噴頭的輻射噴淋面積確定，要保證梁體表面全覆蓋，確保噴淋無盲區(qū)。使用固定式自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在箱梁兩側(cè)、底板、頂板及箱室內(nèi)布設(shè)噴淋管。自動(dòng)噴淋采用定時(shí)系統(tǒng)，時(shí)間宜設(shè)置為每小時(shí)噴淋10 min，夏季炎熱干燥可根據(jù)天氣情況提高噴淋頻率或增大每次噴淋時(shí)長(zhǎng)。

為滿足大風(fēng)等干旱地區(qū)冬季養(yǎng)護(hù)要求，梁場(chǎng)應(yīng)設(shè)置梁體混凝土養(yǎng)護(hù)棚罩。設(shè)置數(shù)量與日制梁數(shù)匹配，養(yǎng)護(hù)棚罩應(yīng)采用耐火材質(zhì)，為控制棚內(nèi)溫度，棚內(nèi)應(yīng)均勻布置測(cè)溫點(diǎn)。

3 梁場(chǎng)預(yù)制成套設(shè)備的智能化

3.1 智能化鋼筋加工設(shè)備

鋼筋智能化生產(chǎn)設(shè)備可與BIM 模型技術(shù)一體連接，可在操作平臺(tái)上自動(dòng)完成所有型號(hào)鋼筋的生產(chǎn)，機(jī)器人、光伏運(yùn)輸車的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)鋼筋生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝卸等過程的智能化。與常規(guī)加工設(shè)備相比，智能加工設(shè)備可提高生產(chǎn)效率，減少鋼筋加工作業(yè)人員數(shù)量，加工尺寸更精確。智能鋼筋彎箍機(jī)器人如圖2。智能化鋼筋加工設(shè)備流水線如圖3。

圖2 智能鋼筋彎箍機(jī)器人

圖3 智能化鋼筋加工設(shè)備流水線

以某廠的施工生產(chǎn)計(jì)劃為例，平均每天完成箱梁預(yù)制2.5 榀，需要加工鋼筋55 t/榀×2.5 榀=137.5 t。常規(guī)設(shè)備加工需要50人左右，而鋼筋加工流水線僅需23人（雙班）。每月可節(jié)省人工成本約20萬(wàn)元，鋼筋加工人工總成本可節(jié)約160萬(wàn)元。

3.2 智能化箱梁液壓內(nèi)模

液壓內(nèi)模自動(dòng)走行系統(tǒng)（圖4）通過內(nèi)模底部滑道，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)）將內(nèi)模送入或退出箱梁內(nèi)部。

圖4 液壓內(nèi)模自動(dòng)走行系統(tǒng)

內(nèi)模縱移前，將液壓內(nèi)模自動(dòng)走行系統(tǒng)吊裝至工作位置，調(diào)節(jié)支架底部螺桿，提升或降低支架高度，使驅(qū)動(dòng)輪與主梁底部的自動(dòng)走行軌道吻合。鎖定地面連接件，完成支架的安裝，啟動(dòng)電機(jī)，內(nèi)模即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)走行。箱梁內(nèi)模自動(dòng)行走，改變了傳統(tǒng)卷?yè)P(yáng)機(jī)拖拽內(nèi)模的方式，方便安裝和拆除施工。采用液壓內(nèi)模自動(dòng)走行系統(tǒng)，不僅縮短了內(nèi)模安裝及拆除時(shí)間，還可減少工作人員投入，由常規(guī)安拆內(nèi)模所需要的8 個(gè)人減少至僅需4 人。此外，安拆內(nèi)模時(shí)可減少龍門吊長(zhǎng)時(shí)間占用，提高施工速度。

3.3 智能化預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備

智能張拉即利用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，通過儀器自動(dòng)操作完成箱梁鋼絞線的張拉施工［9］。通過箱梁預(yù)應(yīng)力張拉的智能化控制設(shè)備（圖5），可實(shí)現(xiàn)施工數(shù)據(jù)與鐵路建設(shè)管理平臺(tái)的實(shí)時(shí)鏈接，進(jìn)而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

圖5 智能化張拉設(shè)備

3.4 智能化靜載試驗(yàn)系統(tǒng)

研發(fā)出一種免開孔反力式鐵路橋梁靜載試驗(yàn)臺(tái)（圖6），避免了以往自平衡式橋梁靜載試驗(yàn)臺(tái)在雙線箱梁靜載試驗(yàn)時(shí)必須在橋面開孔的弊端。其基本原理是利用橋梁自重和一定的底面反力實(shí)現(xiàn)雙線箱梁靜載試驗(yàn)時(shí)無需開孔，保證梁體完好的同時(shí)極大地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。產(chǎn)品重量更輕，裝卸更為簡(jiǎn)單快捷。

圖6 智能化靜載試驗(yàn)系統(tǒng)

通過在箱梁底板設(shè)置傳感器，通過無線網(wǎng)絡(luò)，將靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至控制平臺(tái)，由控制平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終得出靜載試驗(yàn)結(jié)論。靜載試驗(yàn)減少了大量操作工人和靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集人員，與常規(guī)靜載試驗(yàn)相比，可節(jié)省操作人員20人。在試驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載、精確計(jì)算、無線傳輸，避免了人為讀數(shù)誤差，確保了靜載試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.5 智能化梁體養(yǎng)生系統(tǒng)

自動(dòng)噴淋系統(tǒng)采用高壓水泵從蓄水池抽水，在存梁區(qū)預(yù)埋養(yǎng)護(hù)管道，設(shè)置噴淋裝置并通過手機(jī)APP 無線網(wǎng)絡(luò)連接操作控制平臺(tái)，可控制噴淋養(yǎng)護(hù)時(shí)間［10］。將噴淋養(yǎng)護(hù)噴頭調(diào)整固定好，由專人通過手機(jī)APP 連接噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)（圖7），定時(shí)開啟自動(dòng)噴淋，對(duì)箱梁箱內(nèi)、頂板、腹板全覆蓋進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。其噴出的水霧覆蓋面較廣，并且養(yǎng)護(hù)時(shí)間可以通過手機(jī)APP 控制，從而達(dá)到全覆蓋和全濕潤(rùn)的養(yǎng)護(hù)要求。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)與常規(guī)灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)相比，可減少灑水養(yǎng)護(hù)人員投入，由原來的2 人減少至1 人，并且能夠保證箱梁混凝土長(zhǎng)期處于濕潤(rùn)狀態(tài)，達(dá)到更好的養(yǎng)護(hù)效果。

圖7 梁體自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

特殊施工環(huán)境下，梁體可選擇在棚內(nèi)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)棚可平移收縮，采用多個(gè)鋼管骨架等桿件組裝而成，鋼管架頂面覆蓋粘接式篷布，鋼骨架底部設(shè)置滑輪，分體式設(shè)計(jì)，可自由伸縮。箱梁混凝土澆筑結(jié)束后，將可移收縮式保溫棚用龍門吊吊裝至制梁臺(tái)座模板頂部，對(duì)已澆筑混凝土進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)棚（圖8）具有鎖水保濕作用，能夠有效保證梁端混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。與常規(guī)梁端養(yǎng)生相比，可以減少定時(shí)定點(diǎn)灑水養(yǎng)護(hù)人工的投入，可由原來的4人減少至2人。

圖8 智能化養(yǎng)護(hù)棚

在相關(guān)研究課題支持下，采用可重復(fù)利用的保溫保濕養(yǎng)護(hù)材料對(duì)梁面進(jìn)行覆蓋，進(jìn)一步節(jié)約了養(yǎng)護(hù)水量并提升了保溫養(yǎng)護(hù)效果［11］。

4 梁場(chǎng)安全管理智能化

4.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

運(yùn)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)輔助施工現(xiàn)場(chǎng)管理，對(duì)主要作業(yè)面工序和施工質(zhì)量進(jìn)行全方位跟蹤監(jiān)控，并通過網(wǎng)絡(luò)將視頻信號(hào)傳輸至項(xiàng)目部，便于實(shí)時(shí)監(jiān)督。

4.2 智能多媒體安全培訓(xùn)工具箱

采用多媒體安全培訓(xùn)工具箱，用于項(xiàng)目員工及勞務(wù)隊(duì)的實(shí)名安全教育、考試和技術(shù)交底，并將數(shù)據(jù)備案。

4.3 實(shí)名制二維碼管理

通過多媒體安全培訓(xùn)工具箱，生成個(gè)人唯一二維碼，附著在安全帽上，包含人員身份信息、職務(wù)信息、工種信息、入場(chǎng)教育記錄完成情況等，隨掃隨看，方便人員信息查詢管控。

4.4 智能安全VR體驗(yàn)教育中心

通過設(shè)置智能安全體驗(yàn)教育中心，可以模擬出多項(xiàng)VR 安全教育應(yīng)用場(chǎng)景，讓施工人員親身感受違規(guī)操作帶來的危害。這樣不但能夠強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)人員的安全防范意識(shí)，而且使之更快地熟練掌握安全操作技能［12］。

5 結(jié)束語(yǔ)

京雄城際鐵路智能梁場(chǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)作為鐵路項(xiàng)目首個(gè)編制的智能化梁場(chǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了梁場(chǎng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，為后期箱梁預(yù)制場(chǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、數(shù)字化提供了科學(xué)、合理、有效的理論依據(jù)，促進(jìn)了“機(jī)械化換人，智能化減人”理念的落實(shí)，推動(dòng)了鐵路建設(shè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)向更高層次發(fā)展。