段宗軍，連光煒，張成明，張雷，任承斌

（1.山東高速工程項(xiàng)目管理有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 泰安 271018）

1 前言

現(xiàn)階段我國一般采用現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行橋梁施工，現(xiàn)澆式橋梁需要在現(xiàn)場進(jìn)行大量的濕作業(yè)占用較長的施工周期，且現(xiàn)場拌合混凝土?xí)斐蓸O大的環(huán)境污染。因其在澆筑過程不能中斷，所以需要大量模板、支架，造成大量的資源浪費(fèi)。

裝配式橋梁施工可以提升原有現(xiàn)澆式橋梁的工業(yè)化水平，因裝配式橋梁各構(gòu)件先在橋梁工廠或工棚里預(yù)制再運(yùn)輸至現(xiàn)場。由于橋梁構(gòu)件都已預(yù)制，只需現(xiàn)場拼接安裝，所以大大節(jié)約了施工周期，節(jié)省了人力物力，使生產(chǎn)效率大大提高。裝配式橋梁技術(shù)因其預(yù)制的特點(diǎn)具有了能效更高、更安全、橋梁建設(shè)質(zhì)量更高、環(huán)境污染更小等優(yōu)點(diǎn)，因此裝配式橋梁逐漸成為了國內(nèi)外橋梁建設(shè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，同時(shí)在現(xiàn)場施工方面應(yīng)用也越來越廣泛，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。傳統(tǒng)裝配式橋梁施工需要現(xiàn)場裝配工人以及預(yù)制件起吊操作人員熟練、準(zhǔn)確配合，依靠裝配工人指揮、起重機(jī)操作工人肉眼觀察進(jìn)行移動、定位預(yù)制件，待預(yù)制件接近承臺或墩柱時(shí)由裝配工人手扶預(yù)制件完成最后對中并使之緩慢下落直至安裝完畢，此方法缺乏定位設(shè)備和信息傳輸設(shè)備對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和定位信息傳輸，整個(gè)安裝過程人員交流耗費(fèi)大量時(shí)間，同時(shí)信息化程度低導(dǎo)致溝通效率低。本文采取了一種裝配式與云物聯(lián)相結(jié)合的方式，提出了一種基于云物聯(lián)的裝配式橋梁智能精準(zhǔn)快速定位安裝施工系統(tǒng)建筑施工過程信息化解決方案，通過采用提前設(shè)置在樁基之間的三維激光定位裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)定位并將其傳輸給后臺計(jì)算系統(tǒng)，通過定位裝置和信息傳輸設(shè)備為構(gòu)件在吊裝過程中快速、準(zhǔn)確地吊裝到確定位置提供了便利，施工人員、塔式起重機(jī)操作人員以及管理人員各方的信息均保持一致，避免了信息在傳遞過程中的不準(zhǔn)確或理解錯(cuò)誤，避免了傳統(tǒng)的鉛垂線法造成的人工測量誤差和時(shí)間浪費(fèi)。裝配式橋梁在安裝施工過程中，云物聯(lián)作為工業(yè)信息化、智能化的技術(shù)載體，能夠有效指導(dǎo)施工，為橋梁建設(shè)工業(yè)化帶來極大便利。

2 基于云物聯(lián)的裝配式橋梁安裝施工智能精準(zhǔn)定位系統(tǒng)

2.1 基于靶向的三維激光精確水平定位系統(tǒng)研究

裝配式橋梁快速精確安裝施工系統(tǒng)中最重要的結(jié)構(gòu)就是三維激光定位裝置，其主要結(jié)構(gòu)為固定三維激光測距裝置、自動云臺、采集數(shù)據(jù)裝置和信息傳輸裝置以及后臺定位數(shù)據(jù)解算裝置等四大關(guān)鍵部件?；诎邢虻娜S激光精確快速定位墩柱安裝位置的系統(tǒng)主要包括三維激光精確定位掃描技術(shù)、收集三激光光測距裝置監(jiān)測坐標(biāo)技術(shù)、將收集坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為施工區(qū)范圍內(nèi)坐標(biāo)系下坐標(biāo)的技術(shù)、確定該墩柱、承臺激光掃描裝置不與其他位置墩柱、承臺的定位信息混淆、通過施工現(xiàn)場確定基站布置位置、布設(shè)基站和數(shù)據(jù)接收器，包括三維激光測距裝置的布置、現(xiàn)場電氣的安裝控制、定位裝置的啟動、清零裝置、定位信息接收裝置和接收線路的布置、系統(tǒng)軟件的內(nèi)置界面設(shè)計(jì)。定位坐標(biāo)信息的反算包括現(xiàn)場雙基站對安裝在墩柱鋼筋籠上定位裝置信息定位試驗(yàn)，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析包括前期安裝誤差、接收器自身誤差、基站轉(zhuǎn)接臺水平等系統(tǒng)自身誤差的分析。

當(dāng)進(jìn)行墩柱鋼筋籠定位時(shí)，只需確定樁基鋼筋籠中心坐標(biāo)與套箍模板中心坐標(biāo)的相對位置就可以得到鉆孔的實(shí)際位置（坐標(biāo)），從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位鋼筋籠，如圖1所示。

圖1 激光定位系統(tǒng)

當(dāng)進(jìn)行套箍模板定位時(shí)，根據(jù)已知樁基軸心的位置和套箍模板的外直徑確定套箍模板的安裝位置，放置好合適的位置和角度，此時(shí)安裝套箍模板，套箍模板安裝位置是否正確由激光測距傳感器獲得，獲得的數(shù)據(jù)上傳至控制臺，控制臺進(jìn)行姿態(tài)解算后引導(dǎo)工人移動套箍模板的安裝位置。

同時(shí)我們利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，作為絕對定位技術(shù)的輔助技術(shù)結(jié)合使用。因GPS定位系統(tǒng)的誤差會隨定位次數(shù)變化逐漸累積，故這種方法并不適用于長時(shí)間和長距離的定位施工。

GPS主要由三大組成部分：空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備。偽距法單點(diǎn)定位，就是利用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測定與4顆以上GPS衛(wèi)星的偽距，及從衛(wèi)星導(dǎo)航電文中獲得的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，采用距離交會法求出天線在WGS-84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。由定位坐標(biāo)確定激光掃描裝置坐標(biāo)，以激光定位裝置坐標(biāo)為參考建立坐標(biāo)系，進(jìn)而通過掃描裝置和定位裝置確定墩柱的坐標(biāo)進(jìn)行掃描、監(jiān)測。由于多數(shù)橋梁施工多為野外作業(yè)通信質(zhì)量較差甚至沒有信號，此時(shí)難以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信傳輸必須使用GPS定位系統(tǒng)代替光纜通信進(jìn)行坐標(biāo)定位、信息傳輸。

2.2 可伸縮智能垂直定位導(dǎo)向系統(tǒng)研究

研究一種預(yù)制墩柱垂直定位導(dǎo)向裝置系統(tǒng)，適用于所有結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制墩柱，包括設(shè)置在預(yù)制墩柱外部的環(huán)形鋼底板、通過上斜腿支撐設(shè)置在所述環(huán)形鋼底板上方的上環(huán)形套筒、通過下斜腿支撐設(shè)置在環(huán)形鋼底板上方的下環(huán)形套筒、設(shè)置在所述上環(huán)形套筒上的上定位器、設(shè)置在所述下環(huán)形套筒上的下定位器。

可伸縮智能垂直定位導(dǎo)向系統(tǒng)適用于所有結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制墩柱，施工開始固定裝配式墩柱采用液壓調(diào)垂架，并通過布置監(jiān)測裝置進(jìn)行監(jiān)測樁身是否傾斜、偏移，若監(jiān)測出墩柱出現(xiàn)傾斜且傾斜度超過施工規(guī)范則利用前文布置的液壓調(diào)垂架矯正墩柱?？缮炜s只能垂直定位導(dǎo)向系統(tǒng)由激光調(diào)垂傳感器、光靶、電腦輸出端、儀表及安裝支架、自動控制裝置、伸縮千斤頂及通訊電纜等組成，可實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場的實(shí)時(shí)測量與監(jiān)測、自動化調(diào)垂等功能。監(jiān)測表盤作為最終輸出端，不僅可以顯示和讀取測量后墩柱的傾斜度和偏移比值。利用激光定位裝置定位推進(jìn)可伸縮只能垂直定位導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)施首先就要設(shè)置光靶作為激光掃描的目標(biāo)裝置，將激光掃描裝置設(shè)置的激光束定位鋼管柱刻度時(shí)，光靶作為記錄裝置進(jìn)行記錄、傳輸。利用安裝支架將激光自動定位調(diào)垂裝置安裝固定在待測鋼筋籠側(cè)面，其可用于固定上述傳感器射出的激光方向，使之與待測鋼筋籠的原定側(cè)線平行。

可伸縮智能垂直定位導(dǎo)向系統(tǒng)安裝快速、便利，可以重復(fù)使用；可以快速調(diào)整預(yù)制墩柱的垂直度，起到精確垂直定位導(dǎo)向的作用；適用面廣泛，不僅可以用于預(yù)制實(shí)心、空心墩柱，而且可以適用于不同截面形式預(yù)制墩柱的精確定位。本裝置系統(tǒng)可有效地提升了預(yù)制墩柱安裝時(shí)精確定位的施工效率，加快施工進(jìn)度。

2.3 基于云物聯(lián)的裝配式橋梁墩柱智能精準(zhǔn)定位安裝控制系統(tǒng)開發(fā)

目前我國已有部分人員和單位開始從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出發(fā)研究計(jì)劃管理，其主要研究方面為施工現(xiàn)場的施工順序計(jì)劃制定和各部分的進(jìn)度管理，但是缺少現(xiàn)場施工各方面的協(xié)同作用，尤其缺少裝配式橋梁施工過程中云物聯(lián)的應(yīng)用。在施工現(xiàn)場澆筑橋梁墩柱時(shí)，墩柱鋼筋籠的中心偏位和保護(hù)層均有嚴(yán)格要求，鋼筋籠下放過程出現(xiàn)偏位對施工影響較大。尤其是對于現(xiàn)澆墩柱下接基礎(chǔ)上接預(yù)制蓋梁結(jié)構(gòu)形式中的鋼筋籠下放危害較大。如果鋼筋籠下放到位時(shí)鋼筋籠是偏位狀態(tài)，就需要進(jìn)行樁基返工，導(dǎo)致施工速度降低，并浪費(fèi)人力、物力，損失很大。本文針對上述問題，從澆筑裝配式橋梁的構(gòu)件、車輛運(yùn)輸、施工方進(jìn)度管理等幾個(gè)方面出發(fā)，提出一種基于云物聯(lián)的裝配式橋梁安裝施工智能精準(zhǔn)定位系統(tǒng)建筑施工過程信息化解決方案，高效指導(dǎo)施工進(jìn)程。

通過研究基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)制墩柱定位安裝過程中數(shù)據(jù)采集應(yīng)用架構(gòu)，在分析定位安裝過程中數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)及內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，闡明定位安裝生產(chǎn)信息采集流程，通過對定位安裝控制流程的深入分析，研究以動作元為基礎(chǔ)的定位安裝控制流程可配置化的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)應(yīng)用對象及控制任務(wù)的要求，以“搭積木式”的方式靈活配置，為定位安裝的監(jiān)測及實(shí)時(shí)追蹤和控制提供基礎(chǔ)。

3 裝配式橋梁墩柱安裝工藝優(yōu)化研究

相對于國外裝配式橋梁的發(fā)展，我國裝配式橋梁不僅起步較晚，且只應(yīng)用于部分難度較高的現(xiàn)澆式橋梁施工或跨海大橋例如港珠澳大橋。經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展決定了我國交通運(yùn)輸和交通建設(shè)處于大規(guī)模建設(shè)時(shí)期，修建公路、道路橋梁的工程日益增。如何利用好裝配式橋梁，如何利用裝配式技術(shù)更快、更好的建設(shè)成為了目前亟待解決的問題。

近幾年來，隨著國家政策導(dǎo)向，預(yù)制拼裝技術(shù)開始推廣開來。比如，上海的S6滬翔高速公路、嘉閔高架北二期、國定路下匝道、S7公路（S20-月羅公路）、S3公路先期實(shí)施段、S26等其中全部或部分采用了全預(yù)制拼裝技術(shù)。

裝配式橋梁預(yù)制構(gòu)件主要分為2部分，一為預(yù)制墩柱包括預(yù)制鋼筋籠、澆筑墩柱等程序；二為預(yù)制橋面板。預(yù)制裝配式墩柱首先就是將數(shù)米高的墩臺沿垂直方向、按照規(guī)范劃分合適的模數(shù)，然后將其從水平分成若干部分，在擬定建造橋梁位置的建立橋梁預(yù)制工廠或者搭建工棚進(jìn)行澆筑，通過大型運(yùn)輸機(jī)具運(yùn)輸至現(xiàn)場，再用吊車等起吊機(jī)具進(jìn)行拼接安裝。

研究不同優(yōu)化措施對裝配式橋梁墩柱受力性能的影響，對裝配式橋墩施工過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，將大量的現(xiàn)場施工作業(yè)轉(zhuǎn)變成工廠預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)場裝配施工，大大減少了現(xiàn)場施工帶來的環(huán)境污染和噪音污染，順應(yīng)了我國保護(hù)環(huán)境大趨勢，各構(gòu)件可以在橋梁工廠進(jìn)行大批量的預(yù)制再由載具運(yùn)輸至施工現(xiàn)場大大節(jié)省了施工周期，減少了現(xiàn)澆施工帶來的橋梁誤差提高工程質(zhì)量。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的裝配式橋梁沒有定位設(shè)備對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)地精準(zhǔn)位置信息控制，影響橋梁的施工效率。為解決上述問題，提出一種基于云物聯(lián)的裝配式橋梁安裝施工智能精準(zhǔn)定位系統(tǒng)施工過程信息化解決方案，通過激光掃描、激光定位、GPS定位相結(jié)合的方式，精確化、自動化的測量樁基鋼筋籠、承臺、套箍模板、墩柱鋼筋籠的定位點(diǎn)坐標(biāo)，大大減少了各人員的溝通交流時(shí)間，避免了施工人員現(xiàn)場人工作業(yè)，避免了傳統(tǒng)的鉛垂線法造成的人工測量誤差和時(shí)間浪費(fèi)。將云物聯(lián)技術(shù)運(yùn)用于建筑工程設(shè)計(jì)中，不僅有利于提高建筑工程質(zhì)量，還有利于保證建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。