摘要：相對于傳統(tǒng)橋梁預(yù)制加工場，智慧梁場采用智能化設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作，全面提升了梁場的生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全，受到越來越多的重視和應(yīng)用。文章針對智慧化預(yù)制梁場的系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用框架，提出采用BIM＋GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)對預(yù)制梁生產(chǎn)要素進(jìn)行智慧化運(yùn)營管理，建設(shè)一體化平臺，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中的進(jìn)度、計劃、質(zhì)量、安全、人員、設(shè)備、原材料等要素的在線協(xié)同管理。實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效提升管理水平，提高了生產(chǎn)效率，優(yōu)化了資源配置。

關(guān)鍵詞：道路工程；高速公路建設(shè)；智慧梁場；智能化；生產(chǎn)效率

中圖分類號：U445"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）S1?0023?03

0 引言

山東省臨淄至臨沂高速公路某項目施工標(biāo)段長16.437公里，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度120km/h，整體式路基寬度34.5m，標(biāo)段內(nèi)設(shè)計主要為高架橋，共設(shè)置特大橋2座，互通立交1處，上部結(jié)構(gòu)有16、25、30、40m預(yù)制T梁共計7"104片，蓋梁設(shè)計為預(yù)制裝配式。根據(jù)工程建設(shè)實際需要，該標(biāo)段共建設(shè)了3個橋梁預(yù)制加工場，設(shè)置254個臺座。本文以橋梁預(yù)制加工綜合場站為例，介紹了智慧梁場建設(shè)和使用中的相關(guān)技術(shù)情況。

1 智慧梁場建設(shè)

橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)制加工智慧梁場的建設(shè)，首先要考慮運(yùn)輸?shù)谋憷麠l件，距離項目工地要適中便捷。該智慧梁場的建設(shè)以“智能制造”為宗旨，以標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化及信息化建設(shè)的理念，把BIM＋GIS信息技術(shù)與智能化設(shè)備相結(jié)合，在橋梁建設(shè)中進(jìn)行技術(shù)的綜合應(yīng)?用。

1.1 智慧梁場基本情況

智慧梁場采用BIM＋GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，施工過程以制梁、架梁全過程信息管理為核心，通過BIM技術(shù)，把握進(jìn)度計劃和生產(chǎn)資源兩大要素，根據(jù)梁板架設(shè)進(jìn)度實現(xiàn)智能排產(chǎn)，打造T梁生產(chǎn)架設(shè)智慧管理一體化平臺。真正實現(xiàn)工程建設(shè)工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。同時，收集最真實、全面的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)中心，對數(shù)據(jù)溯源有效管理，自動修正和科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)行為，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，技術(shù)員少跑腿、數(shù)據(jù)多跑路，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供科學(xué)的決策依據(jù)。

智慧生產(chǎn)是將標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)流程以及管控指標(biāo)進(jìn)行信息化改造，形成從梁場排產(chǎn)、生產(chǎn)執(zhí)行、工藝控制、臺座利用、報表生成等在線應(yīng)用管理，多維度地對施工數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，以多種形式展示給管理者，實現(xiàn)了從材料進(jìn)場到出場架設(shè)的全生命周期的信息管控。

1.2 智慧梁場平臺實現(xiàn)的功能

智慧梁場平臺包括智慧梁場協(xié)同管理平臺、鋼筋數(shù)控自動化加工平臺、拌和站管理平臺、自動液壓模板數(shù)據(jù)管理平臺、人員及安全管理平臺等。利用信息化軟件進(jìn)行整合，建設(shè)智慧指揮中心，可同時展示各類生產(chǎn)子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、重點部位現(xiàn)場監(jiān)控視頻畫面，以及各類監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測及警告信息，實現(xiàn)了管理“五化”。

1. 指揮調(diào)度可視化

基于GIS＋BIM?＋I(xiàn)OT＋AI助力梁場可視化，對生產(chǎn)場區(qū)、實施計劃、質(zhì)檢過程實時掌控，一目了然。

（１）工序銜接智能化

結(jié)合信息化手段，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，工序銜接井然有序，通過移動端管控相關(guān)工序，實現(xiàn)流水作業(yè)。

（２）梁板質(zhì)量數(shù)字化

（３）實時采集張拉、壓漿、養(yǎng)護(hù)等數(shù)據(jù)信息，對混凝土生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)測進(jìn)行主動預(yù)警、遠(yuǎn)程監(jiān)管，避免人為干預(yù)，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

機(jī)械設(shè)備智能化

應(yīng)用各類智能設(shè)備，實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，助力安全生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)測，實現(xiàn)智能感知。

（４）管理決策智慧化

實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、分析呈現(xiàn)、輔助項目科學(xué)高效決策，構(gòu)建智慧大數(shù)據(jù)決策平臺。

智慧梁場綜合平臺實時掌握現(xiàn)場作業(yè)人員、設(shè)備、環(huán)境、質(zhì)量、安全、預(yù)警等信息，直觀各環(huán)節(jié)生產(chǎn)工序，提高了預(yù)制梁日生產(chǎn)效率。

2 智能建造設(shè)備的使用

2.1 全封閉生產(chǎn)大棚

T梁全封閉生產(chǎn)作業(yè)區(qū)，主要作業(yè)區(qū)全部位于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)車間內(nèi)，車間尺寸為240m110m輕型鋼結(jié)構(gòu)大棚。鋼筋加工、綁扎區(qū)和混凝土澆筑區(qū)均位于鋼結(jié)構(gòu)大棚內(nèi)，防止不良天氣對預(yù)制T梁生產(chǎn)的影響，大大增加了有效作業(yè)時間。T梁鋼筋加工、綁扎完成后，用龍門吊將腹板及頂面鋼筋籠吊運(yùn)至固定模板位置。每個大棚內(nèi)安裝3臺10噸龍門吊，采用一鍵定位控制系統(tǒng)，將龍門吊精準(zhǔn)地移至預(yù)先設(shè)定的位置，避免人工來回操作移動，實現(xiàn)智能化控制。

2.2 液壓整體一鍵開合模板

由于T梁的生產(chǎn)需使用整體式液壓模板，其安裝和拆卸根據(jù)梁場建設(shè)規(guī)劃均采用一鍵智能定位控制，減少普通模板的拼裝時間，消除施工誤差，節(jié)省人工的同時提高施工工效，實現(xiàn)了模板安裝的智能化、機(jī)械化。經(jīng)實際生產(chǎn)檢驗，每生產(chǎn)一片T梁，一鍵開合模板比常規(guī)的拼裝模板節(jié)省約5～6個人工，節(jié)省約4～5個小時。

2.3 移動底盤生產(chǎn)線

本文以1#T梁預(yù)制場為例，共規(guī)劃2個生產(chǎn)區(qū)（生產(chǎn)30mT梁），每區(qū)設(shè)4條生產(chǎn)線，共8條；配置固定液壓模板8套，48個移動臺座，其中常規(guī)移動底盤生產(chǎn)線6條和無線滑軌式移動底盤生產(chǎn)線2條，無線滑軌式是移動底盤動力系統(tǒng)的一大改進(jìn)，通過將380V電壓轉(zhuǎn)化為36V安全電壓，實現(xiàn)臺座的無線移動，大大提高了現(xiàn)場的安全文明施工水平。移動底盤的優(yōu)點如下：

（１）提高預(yù)制梁板施工速度，將預(yù)制梁的工序由流水作業(yè)轉(zhuǎn)化為平行作業(yè)，縮短工期1/3左右；

（２）節(jié)省占地，由傳統(tǒng)的固定臺座轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿优_座，場地只需要兩條線滑移軌道所占場地即可，節(jié)省混凝土臺座，減少交叉作業(yè)，提高了場地的利用率；

（３）提升文明環(huán)保施工，養(yǎng)生區(qū)和張拉圧漿區(qū)獨立封閉，不會造成污水橫流；

（４）提高梁體澆筑質(zhì)量，移動鋼臺座的使用實現(xiàn)了預(yù)制梁場的標(biāo)準(zhǔn)化施工，固定預(yù)制區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)、張拉區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)化施工大大提高了梁體的澆筑質(zhì)量。

2.4 可視化整體式養(yǎng)生棚

梁體養(yǎng)生采用夏季噴淋和冬季蒸汽養(yǎng)生的方式，在臨建階段將蒸養(yǎng)及噴淋管道敷設(shè)到位?？梢暬B(yǎng)生棚可達(dá)到“陽光房”保溫保濕效果，每一條線設(shè)置整體通長養(yǎng)生棚，棚內(nèi)可同時能保證4片梁的養(yǎng)生作業(yè)；框架采用不銹鋼管焊接，外側(cè)安裝透明中空碳晶板，在棚體中、上位置安裝噴頭。

采用養(yǎng)生棚養(yǎng)護(hù)梁體，不僅能做到實時監(jiān)測，且實現(xiàn)了梁體養(yǎng)護(hù)可視化，防止出現(xiàn)養(yǎng)護(hù)死角的情況。同時該養(yǎng)生棚架體牢固，美觀大方，可以重復(fù)利用。智能養(yǎng)生陽光棚具有以下特點：

（１）棚內(nèi)配備自動噴淋、蒸養(yǎng)設(shè)施及自動溫度檢測裝置，便于實時監(jiān)測棚內(nèi)溫度及蒸養(yǎng)狀態(tài)?？赏ㄟ^移動端控制噴淋設(shè)備，實現(xiàn)智能噴淋養(yǎng)護(hù)。該噴淋系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以實時傳輸至梁場智慧中心監(jiān)控大屏，實現(xiàn)智能遠(yuǎn)程控制。

（２）可根據(jù)T梁強(qiáng)度增長與溫度的相關(guān)性，遠(yuǎn)程控制棚內(nèi)溫度，對棚內(nèi)溫度進(jìn)行智能恒溫控制，快速提高混凝土的強(qiáng)度和彈性模量。

2.5 智能前卡式張拉設(shè)備

常規(guī)的張拉工藝采用普通智能千斤頂張拉，造成鋼絞線浪費(fèi)嚴(yán)重，經(jīng)綜合考察后，該項目使用智能前卡張拉設(shè)備，與傳統(tǒng)張拉設(shè)備相比較，優(yōu)點如下：

（１）工具錨前置，縮短與工作錨之間的距離，張拉鋼絞線的預(yù)留長度由70～80cm縮短至25～30cm，大量節(jié)省鋼絞線。

（２）使用工具錨集成，無需單件安裝工具夾片，將梁體整體推入與拉出，大量節(jié)省裝卸設(shè)備時間，提高了張拉效率。

（３）采用步進(jìn)電機(jī)取代電磁閥，減小油液對調(diào)節(jié)元件的影響。

（４）設(shè)備安全性能高，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸。

2.6 臺座智能擺渡車

通過對梁場優(yōu)化設(shè)計，梁體張拉完成后，采用新的移動底盤橫移方式，利用小車頂升托舉底盤橫移實現(xiàn)回轉(zhuǎn)操作，可實現(xiàn)橫移一鍵定位，精準(zhǔn)對接的功能，減少人工操作，提高了智能化控制水平，解決了傳統(tǒng)底盤自身回轉(zhuǎn)需敷設(shè)鋼軌的工藝，同時降低了成本。

擺渡小車在張拉區(qū)垂直于臺座方向的下沉式槽口內(nèi)運(yùn)行。小車頂面具有短節(jié)的軌道，在橫移至臺座位置時，與臺座的軌道合并為整體，可頂升并托舉臺座橫移到回轉(zhuǎn)軌道，自動化程度高。

2.7 多功能輪胎式提梁機(jī)

梁體張拉壓漿完成后，進(jìn)行封錨，等強(qiáng)度到達(dá)要求后，采用多功能輪胎式提梁機(jī)進(jìn)行移梁，梁場配置的150T輪胎式提梁機(jī)，采用主梁可變跨的方式，可滿足多種長度預(yù)制梁的移梁需求，通過橫移、縱移等多種行走模式，實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向，活動范圍大，可以覆蓋整個梁場。與移動底盤生產(chǎn)模式相互匹配，與傳統(tǒng)起重設(shè)備相比較，不需要鋪設(shè)軌道，減少了4臺80t龍門吊的使用，移梁、存梁范圍更大，占用場地更小，降低了項目投入，提高了施工效率，

2.8 焊接機(jī)器人應(yīng)用

傳統(tǒng)工藝采用人工焊接骨架片，焊接效率低，焊接質(zhì)量隨工人焊接作業(yè)水平高低參差不齊。為了提高施工效率、提升鋼筋加工質(zhì)量，該項目采用雙工位焊接機(jī)器人（全自動機(jī)械手臂）進(jìn)行鋼筋焊接，經(jīng)實際焊接檢驗統(tǒng)計進(jìn)度顯示，1臺雙工位機(jī)器人焊一個T梁骨架片（雙面焊）約需60min，而人工焊接需要約90min，機(jī)器人焊接相對傳統(tǒng)人工焊接加工效率提高了約1/3，而且焊縫標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、質(zhì)量高。

3 其他創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 側(cè)方位蓋梁與T 架設(shè)一體機(jī)應(yīng)用

本項目預(yù)制蓋梁與預(yù)制T梁工程量大，為提高梁場生產(chǎn)效率，采取多功能裝配式橋梁側(cè)邊喂梁架橋機(jī)架設(shè)蓋梁和T梁。運(yùn)梁車從施工便道運(yùn)輸至架橋機(jī)側(cè)方位，架橋機(jī)從便道上先后將預(yù)制蓋梁及預(yù)制T梁吊起，并橫移吊放就位?？v向行走及側(cè)面提升梁體時不必依托蓋梁或者上部結(jié)構(gòu)，即可實現(xiàn)跨墩行進(jìn)。相對傳統(tǒng)架橋機(jī)更加安全、便捷、高效，大大提高梁體架設(shè)進(jìn)度的同時，不影響后續(xù)濕接縫、橫隔梁施工。

3.2 節(jié)能環(huán)保措施

在建設(shè)智慧梁場的同時，對節(jié)能環(huán)保也提出了相應(yīng)的技術(shù)措施：一是采用環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，對梁場現(xiàn)場的環(huán)境溫度、PM值揚(yáng)塵、噪聲等環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集、監(jiān)測與分析，及時準(zhǔn)確掌握梁場環(huán)境質(zhì)量狀況；二是充分利用太陽能資源，在兩個預(yù)制區(qū)間安裝太陽能光伏板對場區(qū)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行充電儲能，光伏板等設(shè)施可以重復(fù)利用，節(jié)約了能源。

4 結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等越來越多地應(yīng)用到工程建設(shè)中且日益成熟，工地建設(shè)在實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，科技化含量、智慧化水平也越來越高。通過BIM建模優(yōu)化、智能化生產(chǎn)、大數(shù)據(jù)分析等措施，不僅實現(xiàn)工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化和智慧化生產(chǎn)，優(yōu)化了生產(chǎn)流程和施工效率，提升了建設(shè)過程中的質(zhì)量、進(jìn)度和安全生產(chǎn)管控水平，在效費(fèi)比方面也有明顯的提高。隨著在項目實際應(yīng)用中取得的成效和推廣，智慧梁場將會不斷發(fā)展完善并得到越來越多的應(yīng)用。

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