曹 妍，王芮文，2，謝國春，曹科旦，游栩之，歐定福，2

(1.江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2.江蘇森淼工程質(zhì)量檢測有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；3.揚州華建交通工程咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 揚州 225009；4.無錫交通建設(shè)工程集團有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 集中預(yù)制箱梁智能數(shù)控裝配線工法簡介

1.1 集中預(yù)制箱梁智能數(shù)控裝配線工法擬解決的問題

長期以來，我國交通公路工程在橋梁預(yù)制施工中，普通存在分散預(yù)制、三場建設(shè)標準化不完善[1]、工程管理創(chuàng)新不足[2]、質(zhì)量通病治理活動效果不明顯等問題。該技術(shù)是基于傳統(tǒng)預(yù)制梁中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量與管理薄弱環(huán)節(jié)而研制的智能化解決方案。

信息技術(shù)應(yīng)用。傳統(tǒng)工藝存在諸多隱患，如，鋼筋骨架制作采用人工方法實現(xiàn)，效率低，加工安裝精度差；預(yù)制箱梁臺座使用固定底模，周轉(zhuǎn)效率低，無法實現(xiàn)規(guī)模化高效率施工；由于模板加工尺寸偏差、人工安裝精度不高而使內(nèi)外側(cè)模板產(chǎn)生錯臺、拼縫過大甚至漏漿、芯模拆除困難；在特殊季節(jié)箱梁養(yǎng)生環(huán)節(jié)控制不佳，出現(xiàn)混凝土早期裂縫甚至影響耐久性；負彎矩張拉力不足，負彎矩孔道壓漿質(zhì)量控制難度大。

本技術(shù)利用信息技術(shù)、自動化控制技術(shù)和智能技術(shù)，實現(xiàn)鋼筋加工智能化建模下料、精準加工、大剛度組合式胎具骨架整體安裝，移動臺座、液壓側(cè)模、遠程紅外智能控制，抽屜式機械芯模自動化安拆，附著式振搗器振搗時間自動控制，噴淋噴霧式養(yǎng)生大棚養(yǎng)生條件智能切換，移動式智能張拉臺車智能數(shù)控張拉、智能壓漿等。

智能裝配線技術(shù)應(yīng)用。本技術(shù)采用的智能裝配線，形成了工作地點不變，工序在各地點流動的功效平衡，保證了標準化、規(guī)范化施工，提高了工作效率。實現(xiàn)了新設(shè)備，新技術(shù)，新理念，新效果，新感受。

將設(shè)備、工具控制的自動化控制應(yīng)用于預(yù)制箱梁智能數(shù)控裝配線上。在鋼筋加工區(qū)，采用了智能鋼筋加工設(shè)備，通過鋼筋數(shù)據(jù)錄入、建模、輸出與加工等過程，輸出料表，精準控制，實現(xiàn)了鋼筋加工過程的可追溯性和提高鋼筋加工的自動化程度；在預(yù)制箱梁生成區(qū)，采用液壓模板和移動臺座技術(shù)，并通過智能化控制系統(tǒng)進行模板安裝和拆除、附著振搗，保證預(yù)制箱梁施工質(zhì)量內(nèi)實外秀；預(yù)制箱梁智能化養(yǎng)生根據(jù)環(huán)境條件調(diào)整養(yǎng)生工藝，保證養(yǎng)生質(zhì)量；在智能張拉和壓漿區(qū)，利用智能張拉設(shè)備和壓漿設(shè)備，精準地控制張拉力和伸長量，減小伸長量、張拉力的偏差，保證壓漿壓力和保壓時間，做到壓漿密實。

新一代改進型鋼筋智能加工設(shè)備。在之前的鋼筋加工時，人工控制加工精度，誤差較大。新設(shè)備采用BIM自動化技術(shù)對鋼筋骨架進行自動分析判斷，精度高、可追溯性強。設(shè)備還可以對邊角料進行分類選擇，并可以判斷是否可再利用。精準、高效、簡潔、自動化、綠色環(huán)保等。該設(shè)備采用國內(nèi)領(lǐng)先的操作控制系統(tǒng)，專業(yè)化的多界面觸控操作系統(tǒng)，使操作更加方便、快捷，通過設(shè)置產(chǎn)品尺寸和角度自動生成圖形，具備超強存儲能力，方便加工隨時調(diào)用。無論是加工箍筋還是加工超長的板筋或雙鉤筋，該設(shè)備都可以正反二個方向彎曲，可滿足加工多種異形箍筋的生產(chǎn)需求。

組裝式鋼筋骨架胎具。使用高強度微變形鋼材制作而成的鋼筋骨架胎具，鋼筋骨架加工精度顯著提高，保證鋼筋安裝精度控制在2 mm以內(nèi)。

移動式箱梁底模臺座，電氣化控制系統(tǒng)。軌道式移動臺座，在箱梁澆筑完成后可以立即轉(zhuǎn)移至養(yǎng)生大棚，保證了混凝土養(yǎng)生時間，并提高了底模周轉(zhuǎn)效率。移動式臺座頂面箱梁底模采用不銹鋼材質(zhì)制成，平整光潔無接縫，保證了混凝土外觀質(zhì)量。

液壓腹翼板模板抽屜式內(nèi)芯[4]。應(yīng)用智能液壓側(cè)模和抽屜式機械芯?？梢跃珳实剡M行模板定位，減小模板拼縫不嚴而帶來的漏漿、錯臺、平整度差的質(zhì)量通病，抽屜式機械芯模還可以有效避免拆除時對混凝土內(nèi)腔的破壞。

智能型養(yǎng)生大棚。可以實現(xiàn)對外界環(huán)境條件的自動判斷，及時對棚內(nèi)溫濕度進行判定調(diào)整，養(yǎng)生質(zhì)量得以提升。

鋼絞線張拉與孔道壓漿新技術(shù)[5]。新一代智能張拉和壓漿設(shè)備可以在保證張拉力和循環(huán)壓漿質(zhì)量的同時，進行張拉、壓漿數(shù)據(jù)的分析，積累經(jīng)驗，提升質(zhì)量。

建設(shè)項目集中預(yù)制。傳統(tǒng)施工分標段預(yù)制，成本投入大，工期不能保證，采用了建設(shè)項目集中預(yù)制，將小規(guī)模零星生產(chǎn)改為大規(guī)模標準化集中預(yù)制，提高了效率，保證了工期，確保了安全生產(chǎn)。

先進的管理應(yīng)用技術(shù)。采用了智能裝配線平衡管理技術(shù)，科學(xué)地組織施工，實現(xiàn)了完全的質(zhì)量、安全、成本和工期的統(tǒng)一。體現(xiàn)了前瞻性的工程管理思維和管理理念[6]。裝配線平衡技術(shù)是世界上最先進的流水施工管理方法，它是對整個流水線上的各道工序進行調(diào)整，使各工序的工作時間實現(xiàn)最佳組合，消除工序之間的不平衡以及效率損失。

1.2 關(guān)鍵工藝技術(shù)

針對傳統(tǒng)施工工藝在箱梁預(yù)制中的缺點，集中預(yù)制箱梁智能數(shù)控裝配線設(shè)計的技術(shù)模塊有鋼筋智能加工模塊、智能數(shù)控移動臺座、液壓模板模塊、抽屜式機械芯模模塊、智能養(yǎng)生模塊、智能張拉與壓漿模塊，并以此來控制箱梁施工各環(huán)節(jié)質(zhì)量。

基于傳統(tǒng)施工中鋼筋加工尺寸偏差大的問題，使用新一代鋼筋智能加工設(shè)備，通過輸入鋼筋設(shè)計參數(shù)，自動計算鋼筋下料尺寸，輸出列表，實現(xiàn)鋼筋加工尺寸精準控制；針對傳統(tǒng)施工鋼筋安裝尺寸偏差大，導(dǎo)致保護層厚度控制不均，采用組合式骨架胎具，胎具由高剛度鋼材制成，變形小，胎具尺寸精確，保證了施工質(zhì)量。

針對傳統(tǒng)工藝中預(yù)制臺座固定，周轉(zhuǎn)效率不高的問題，設(shè)計了移動臺座，一方面提高了周轉(zhuǎn)效率，另一方面通過遠紅外遙控設(shè)計實現(xiàn)了遠程操控，更利用安全生產(chǎn)。移動臺座上鋪設(shè)不銹鋼板底模，平整度好，剛度大，不變形，焊接接縫平順，對預(yù)制梁外觀質(zhì)量提升起到了極大作用。

針對預(yù)制梁模板接縫漏漿、錯臺、不平整的問題，設(shè)計了液壓式可遠程控制側(cè)模以及抽屜式機械芯模，液壓式側(cè)模和抽屜式側(cè)模加工精度高，拼縫小，無錯臺，平整度好，剛度大，周轉(zhuǎn)次數(shù)高。使用遠程紅外控制系統(tǒng)，保證安全操作。自控式附著式振搗器提升了振搗質(zhì)量。

針對特殊季節(jié)養(yǎng)生問題，設(shè)計了可自動控制的養(yǎng)生大棚，根據(jù)環(huán)境溫度和濕度調(diào)整棚內(nèi)養(yǎng)護條件，保證養(yǎng)生質(zhì)量，減少裂縫出現(xiàn)。

新一代智能張拉和壓漿系統(tǒng)利用原有設(shè)備，加入了數(shù)據(jù)采集分析體系，將張拉壓漿數(shù)據(jù)傳入電腦后可以進行數(shù)據(jù)分析，找出持續(xù)改進點，提高質(zhì)量控制水平。

1.3 關(guān)鍵管理技術(shù)

集中預(yù)制是本工法另一特點，通過集中預(yù)制可以有效配置資源，縮短工期、減少浪費并提升質(zhì)量。

在規(guī)?；藴驶潭容^高的集中預(yù)制場，可以采用先進的管理技術(shù)進行工期和資源的優(yōu)化。如采用固定節(jié)拍網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)優(yōu)化工期，合理組織資源，利用裝配線平衡技術(shù)分配工作單元，組織最合理的技術(shù)和人力，提高效率。

2 工法的操作要點

2.1 裝配線設(shè)計

裝配線設(shè)計是確保工程按期完成的關(guān)鍵，其內(nèi)容包括裝配線數(shù)量確定和裝配線平衡與效率的計算。在裝配線設(shè)計之前應(yīng)先確定預(yù)制箱梁的施工流程，然后對箱梁制作工藝流程進行簡化，組合合并流程中工序作業(yè)時間短的相鄰工序。對工藝流程簡化后重新繪制流程圖。

圖1 簡化后的工序銜接圖

對圖1中的流程各環(huán)節(jié)消耗的時間進行分析，指出工序的瓶頸時間。對預(yù)制箱梁各操作工序的流程圖分析可以看出，預(yù)制箱梁的工作瓶頸時間(即最影響生產(chǎn)效率的工作時間)為箱梁養(yǎng)生時間。對養(yǎng)生工序瓶頸，可以通過增加養(yǎng)生中心區(qū)域恒溫養(yǎng)生大棚的箱梁容量相對減少養(yǎng)生時間。

根據(jù)工程總體進度計劃，分解到每個月生產(chǎn)的箱梁數(shù)量，使用裝配線平衡技術(shù)計算所需的裝配線數(shù)量，并計算裝配線效率。具體方法為：

(1)確定第1條預(yù)制箱梁智能數(shù)控裝配線施工的節(jié)拍CT大小?？砂词?1)進行。

(1)

式中:OT表示計劃工作的時間段內(nèi)的工作時間，比如1個月中的有效工作日，1 d 中的有效工作時等；Q表示在計劃工作時間段內(nèi)，預(yù)制箱梁的施工生產(chǎn)數(shù)量[7]。

(2)確定完成預(yù)設(shè)箱梁產(chǎn)量的情況下，最少投入的裝配流水線數(shù)量Nmin。必須要投入的裝配線最少數(shù)量按式(2)計算。

(2)

式中:∑t為完成一片箱梁所用的時間。

(3)按圖2中流程圖順序給智能裝配線分配工序任務(wù)，按圖2由左向右進行。

(4)分配工序任務(wù)應(yīng)明確該工序是否夠資格參與進入至裝配線，其標準為：①該工序跟我的所有的前道工序均得以分配。②所要分配的工序任務(wù)在通常情況下的持續(xù)施工時間必須要小于整個裝配式流水線上所有工作的被分配后的剩余時間。③若不滿足分配要求，則將該工序任務(wù)安排到下一條裝配線。

(5)每當一個作業(yè)分配以后，計算出該裝配線的剩余時間，剩余時間等于節(jié)拍減去裝配線上總的作業(yè)時間。

(6)如果兩個工序情況都一樣時，可以采用下列方法之一解決。

a分配時間最長的工序；b選擇工序任務(wù)的后續(xù)工作數(shù)量最多的予以分配，若數(shù)量一樣，則任意選擇。

(7)繼續(xù)下去直到所有作業(yè)都已經(jīng)分配到各個裝配線。

(8)計算裝配線效率指標。

2.2 鋼筋智能加工與胎具法鋼筋骨架的拼裝

智能加工鋼筋，胎具法拼裝骨架，整體吊裝入模。

2.3 遠程紅外控制移動臺座和液壓側(cè)模安裝

預(yù)制箱梁移動式底模和液壓式側(cè)面就位安裝。

2.4 鋼筋骨架吊裝與抽屜式芯模的安裝

骨架制作后整體吊裝，且采取放彎曲措施[8]。骨架提升或橫移時，兩臺龍門吊保持同步，不得出現(xiàn)較大的錯位偏差。為提高鋼筋骨架的整體剛度，除在預(yù)應(yīng)力管道處設(shè)置加密定位網(wǎng)外，在腹板處設(shè)置加強筋，并與主筋焊接。

在固定的場地對抽屜式機械內(nèi)芯進行組合緊固，然后采用吊裝設(shè)備整體移運。安裝時拉動鉸接拉桿將鋼芯模完全展開，并用端頭壓板固定，兩節(jié)內(nèi)芯模采用螺栓連接，固定后在模板接縫處貼雙面膠進行找平。

2.5 頂板鋼筋骨架吊裝

頂板鋼筋骨架同底、腹板鋼筋一致，采用胎架綁扎，整體吊裝。

2.6 混凝土澆筑

混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進行，并做好振搗工作。

2.7 脫模與養(yǎng)生

拆除模板的順序按照模板安裝順序的逆向進行，先拆除頂板負彎矩鋼模板，再拆除芯模及端頭模，最后通過液壓機構(gòu)拆除側(cè)模。

側(cè)模拆除后由移動臺座將預(yù)制箱梁運輸至養(yǎng)護棚內(nèi)，對箱梁頂板及腹板進行噴淋灑水養(yǎng)護，同時在箱內(nèi)蓄水養(yǎng)生，濕養(yǎng)7 d。

2.8 智能張拉與壓漿

采用智能化張拉和壓漿設(shè)備進行張拉壓漿，保證張拉力和伸長量滿足規(guī)范要求，確保孔道壓漿密實度。

3 應(yīng)用案例

3.1 平廣高速公路橋梁集中預(yù)制簡介

滬陜高速公路平潮至廣陵段擴建工程起自平潮北樞紐互通式立交西側(cè)，經(jīng)南通市通州區(qū)、如皋市、泰州市、靖江市、泰興市，止于既有廣陵樞紐互通式立交東側(cè)，接已擴建的滬陜高速公路廣陵至江都段。全線采用雙向八車道高速公路標準擴建，設(shè)計速度120 km/h，路基寬度42.0 m。新建橋涵設(shè)計汽車荷載等級采用公路一級，利用既有橋涵沿用原荷載標準。

全線橋梁采用集中預(yù)制的方法，共需預(yù)制箱梁1 645片。

3.2 裝配線平衡技術(shù)確定場地

平廣高速公路預(yù)制場地占地面積170畝，按常規(guī)的場地規(guī)劃經(jīng)驗和工作量情況，箱梁預(yù)制各工序所在的工作地分散布設(shè)，作業(yè)區(qū)分成鋼筋加工區(qū)、混凝土澆筑區(qū)和養(yǎng)生區(qū)三個，并且，各區(qū)域之間距離較遠，不方便作業(yè)，物料通過平車移運?；炷翝仓^(qū)內(nèi)共有三套底模，固定不動，作業(yè)空間狹小。養(yǎng)生區(qū)無規(guī)整的場地，張拉壓漿作業(yè)不方便。由于底模數(shù)量少，在計劃工期內(nèi)完工存在較大困難。

通過合理布局，采用智能數(shù)控流水線工藝，并用4.1的方法對場地進行布局規(guī)劃，這些問題得以解決。

(1)使用以產(chǎn)品為原則的裝配線平衡運營系統(tǒng)設(shè)計，將原預(yù)制箱梁各工序設(shè)計成流水線工序，采用4.1的方法計算工作地數(shù)量。經(jīng)計算，在保證工期前提下，每個月生產(chǎn)的箱梁應(yīng)達到90片。此時，最少投入的流水線應(yīng)達到8條，底側(cè)模需達到12套；工作區(qū)需達到4個，即鋼筋加工安裝、箱梁制作區(qū)、養(yǎng)生區(qū)、張拉壓漿區(qū)，且，養(yǎng)生區(qū)為瓶頸區(qū)，對養(yǎng)生區(qū)的智能養(yǎng)生棚擴充，應(yīng)能容納8片梁同時養(yǎng)生；各工作區(qū)之間采用運輸軌道連接，物料的傳遞使用龍門吊通過軌道水平運輸。

(2)為各工作區(qū)分配工作任務(wù)，并計算任務(wù)分配后各工作區(qū)的空閑時間，然后計算各裝配線閑置時間百分比(見式3)，并按式(4)計算裝配線的功效。

閑置時間百分比=每節(jié)拍內(nèi)的閑置時間/(裝配線數(shù)量×節(jié)拍)×100%

(3)

裝配線效率=100%-閑置時間百分比

(4)

平廣高速公路集中預(yù)制場裝配線平衡后，裝配線數(shù)量為8，節(jié)拍為3 d，每節(jié)拍內(nèi)閑置時間為3.386 d，閑置時間百分比為14.1%，裝配線效率為85.9%，比采用常規(guī)預(yù)制方法的場地利用率提高了33.3%。表明，裝配線利用率已經(jīng)達到較高的水平。

3.3 裝配線的其它效率指標

在效益方面，節(jié)省工期約18%，節(jié)省材料消耗約4.9%；節(jié)省設(shè)備使用費約22%；工序銜接緊湊，減少人員等待損失占總?cè)藛T成本的25%。

3.4 采用智能裝配線工法施工質(zhì)量情況

集中預(yù)制箱梁智能數(shù)控裝配線施工工法為推進公路工程精益化管理和六西格瑪管理奠定了基礎(chǔ)。因該工藝自動化和標準化程度高，質(zhì)量參數(shù)波動影響因素小，生產(chǎn)穩(wěn)定可控，可以實現(xiàn)公路工程精益生產(chǎn)和六西格瑪管理的實施[9]。

試驗檢測數(shù)據(jù)表明，胎具法鋼筋骨架制作精度達3.5西格瑪水平，過程能力指數(shù)達到1.17；鋼筋保護層厚度達到3.2西格瑪水平，過程能力指數(shù)達到0.97；張拉力控制精度達到6西格瑪水平，過程能力指數(shù)達到1.36；組合分裝式移動臺座、超精細自動化控制液壓腹翼板模板、抽屜式芯模安裝精度達4.6西格瑪水平，過程能力指數(shù)達1.59；實現(xiàn)了孔道壓漿缺陷率1.5%以內(nèi)。

4 結(jié) 語

數(shù)字化智能裝配線工法，通過數(shù)字化智能裝配線的使用，解決了預(yù)制箱梁施工中長期未能解決的質(zhì)量問題，如混凝土外觀質(zhì)量問題、模板漏漿問題、模板拆除造成混凝土破損問題、混凝土養(yǎng)生問題、張拉力偏差問題、孔道壓漿不密實的問題等；推進了預(yù)制箱梁施工規(guī)范化和標準化；提高了工程效益，如減少了材料的消耗4.9%、降低了人工成本25%、提高了裝配線的利用率33%等，從而工期得以縮短13%；工法通過數(shù)字化智能裝配線的使用，全部工序采用標準操作，工序操作專業(yè)化強，降低了安全風(fēng)險，確保了安全生產(chǎn)；工法通過數(shù)字化智能裝配線的使用，降低了建筑垃圾的產(chǎn)生和污水的排放，保證了環(huán)境清潔，減少了污染。