何昌碩

（福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，福建 福州 350000）

0 引言

隨著現(xiàn)代工程建設(shè)的迅猛發(fā)展，鋼箱梁作為關(guān)鍵的構(gòu)建元素，在橋梁工程中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。其特有的結(jié)構(gòu)和材料特性使鋼箱梁具有卓越的性能和廣泛的應(yīng)用。然而，在運(yùn)輸與吊裝環(huán)節(jié)由于鋼箱梁尺寸、重量和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，往往伴隨著高復(fù)雜性和潛在風(fēng)險(xiǎn)。這引起了學(xué)界和工程界對(duì)鋼箱梁運(yùn)輸與吊裝技術(shù)的廣泛關(guān)注，特別是在如何確保其效率和安全性方面。

為此，該研究從創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐的角度，對(duì)鋼箱梁的運(yùn)輸與吊裝過(guò)程進(jìn)行深入探討，旨在為實(shí)際工程提供更加先進(jìn)、科學(xué)的解決方案。

1 工程概況

此次研究以位于漳州市龍海區(qū)的省道S219 線快速化改造工程為案例，該工程項(xiàng)目自廈漳同城大道龍海區(qū)榜山鎮(zhèn)雩林村段始，采取高架橋形式逐一跨越雩林村、普邊村及翠林村[1]。在主線經(jīng)過(guò)上跨聯(lián)六線后，工程至沈海高速翠林大橋下。工程中的關(guān)鍵部分：鋼箱梁橋主要用于上跨西溪一條龍、既有的同城大道以及聯(lián)六線。詳細(xì)數(shù)據(jù)如下：頂社互通榜山高架左幅第二聯(lián)的2×45m 鋼箱梁橋，其起終點(diǎn)樁號(hào)標(biāo)定為ZK0+694.670、ZK0+784.670，所采納的上部結(jié)構(gòu)形式是單箱雙室連續(xù)剛構(gòu)鋼箱梁橋，梁的中心線高達(dá)2.10m，且橋面寬度為12.5m。另外，頂社互通榜山高架右幅第二聯(lián)的35+55m 鋼箱梁橋起終點(diǎn)樁號(hào)定為YK0+685.960、YK0+775.960，這部分也采用了單箱雙室連續(xù)剛構(gòu)鋼箱梁橋作為上部結(jié)構(gòu)，但其梁中心線高度為2.40m，橋面寬度依舊維持在12.5m。具體如表1所示。

表1 工程具體施工參數(shù)

2 鋼箱梁的創(chuàng)新運(yùn)輸技術(shù)

2.1 多式聯(lián)運(yùn)策略

鋼箱梁作為大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其運(yùn)輸對(duì)于整個(gè)工程的時(shí)效性與經(jīng)濟(jì)性起到?jīng)Q定性作用，尤其在工程地點(diǎn)地勢(shì)復(fù)雜、交通狀況限制嚴(yán)格的情況下。多式聯(lián)運(yùn)策略便應(yīng)運(yùn)而生，該策略充分利用鐵路、水運(yùn)等多種交通模式，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的高效運(yùn)輸。從模型分析出發(fā)，記L 為鋼箱梁長(zhǎng)度，W 為重量，V 為交通工具的運(yùn)載容量，當(dāng)滿足條件L≤Λ 且W≤Ω 時(shí)，交通工具能夠有效運(yùn)載。其中，Λ 與Ω 分別為交通工具的最大運(yùn)載長(zhǎng)度和重量。在考慮鐵路運(yùn)輸時(shí)，鋼箱梁具有高負(fù)荷、長(zhǎng)距離的特征，可以降低工程建設(shè)成本，并在直線距離較遠(yuǎn)、道路交通不便的場(chǎng)景中，可確保在站點(diǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的平穩(wěn)與安全。而水運(yùn)則具有超大型構(gòu)件運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，能夠處理V 較大，L 和W 遠(yuǎn)超過(guò)陸地交通能力的鋼箱梁，不過(guò)其缺點(diǎn)在于速度相對(duì)較慢，受天氣、水路條件等多種因素的影響。結(jié)合兩者，可構(gòu)建一個(gè)優(yōu)化模型[2]。

式（1）中：T_r 與T_w 分別表示鐵路和水運(yùn)的時(shí)間，α與β 表示對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，反映了項(xiàng)目對(duì)時(shí)間的敏感性。針對(duì)具體的工程條件，可以根據(jù)模型調(diào)整運(yùn)輸策略，以達(dá)到時(shí)間與成本的最優(yōu)平衡。從而，這種基于數(shù)據(jù)模型的多式聯(lián)運(yùn)策略為鋼箱梁運(yùn)輸提供了一個(gè)高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的解決方案。

2.2 智能化的運(yùn)輸管理系統(tǒng)

在運(yùn)輸管理的實(shí)際應(yīng)用中，物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)所提供的解決方案旨在縮短運(yùn)輸時(shí)間和降低成本。為了具體評(píng)估這些技術(shù)的效益，需要采集并分析兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)：傳統(tǒng)的運(yùn)輸管理方法（無(wú)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)介入）與智能化運(yùn)輸管理方法。通過(guò)GPS 和傳感器技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控鋼箱梁在傳統(tǒng)運(yùn)輸方法中的運(yùn)輸速度、路徑選擇、停車(chē)頻率等關(guān)鍵指標(biāo)，并計(jì)算出總的運(yùn)輸時(shí)間T1。在成本方面，通過(guò)收集關(guān)于燃料消耗、人工、過(guò)路費(fèi)等的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出總成本C1。而在應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的背景下，利用算法對(duì)比不同的路徑選擇、預(yù)測(cè)交通狀況，實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)輸路徑，并根據(jù)歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)優(yōu)化駕駛行為，從而得到優(yōu)化后的總運(yùn)輸時(shí)間T2。同時(shí)，算法會(huì)預(yù)測(cè)和管理運(yùn)輸過(guò)程中可能產(chǎn)生的各種成本，從而得到經(jīng)過(guò)優(yōu)化的總成本C2。

其時(shí)間節(jié)省率=（T1-T2)/T1=15%；成本節(jié)省率=（C1-C2)/C1=10%

結(jié)合以上數(shù)據(jù)信息，在引入物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)后，運(yùn)輸時(shí)間和成本分別比傳統(tǒng)方法節(jié)省15%和10%。這種對(duì)比體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)在運(yùn)輸管理中的優(yōu)勢(shì)，使鋼箱梁的運(yùn)輸更加高效和經(jīng)濟(jì)。

2.3 專用或可調(diào)式的運(yùn)輸車(chē)輛

在現(xiàn)代工程建設(shè)中，鋼箱梁因其結(jié)構(gòu)的大尺寸和重量，往往需要特定的運(yùn)輸策略與車(chē)輛進(jìn)行調(diào)配。專用或可調(diào)式運(yùn)輸車(chē)輛的設(shè)計(jì)及應(yīng)用針對(duì)鋼箱梁這一特殊工程構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)其超寬、超高和超長(zhǎng)的特性。首先，針對(duì)超寬的鋼箱梁，車(chē)輛底盤(pán)寬度進(jìn)行可調(diào)設(shè)計(jì)，配備寬度可調(diào)的軸距，確保在運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定性，并減少因路況變化導(dǎo)致的搖晃。對(duì)于超高鋼箱梁，專用車(chē)輛考慮低底盤(pán)設(shè)計(jì)，以降低載物的重心，同時(shí)配備專業(yè)吊裝設(shè)備，確保在特定的障礙物（如隧道或橋梁）前進(jìn)行快速的升降[3]。超長(zhǎng)鋼箱梁的運(yùn)輸則需使用伸縮式或拼接式的車(chē)底設(shè)計(jì)，使其在需要時(shí)可進(jìn)行長(zhǎng)度伸縮，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的鋼箱梁，同時(shí)考慮到轉(zhuǎn)向的問(wèn)題，前后均配備轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，保障轉(zhuǎn)向靈活性，降低轉(zhuǎn)彎半徑。這些專用車(chē)輛在技術(shù)上針對(duì)鋼箱梁的特點(diǎn)進(jìn)行了創(chuàng)新和優(yōu)化，確保運(yùn)輸過(guò)程中的安全、穩(wěn)定和高效，同時(shí)顯著降低了因特殊尺寸和重量帶來(lái)的運(yùn)輸難度和風(fēng)險(xiǎn)。此次工程中所選擇的運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)型參數(shù)如表2 所示。

表2 運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)型參數(shù)

表3 實(shí)踐數(shù)據(jù)表

2.4 運(yùn)輸安全防護(hù)

鋼箱梁在運(yùn)輸過(guò)程中的安全固定與保障至關(guān)重要。在實(shí)際操作中，鋼箱梁固定方法的選擇依據(jù)梁的尺寸、質(zhì)量及運(yùn)輸路線的復(fù)雜性。一般情況下，常用的是高強(qiáng)度的束緊帶，每10m2的鋼箱梁表面應(yīng)使用至少兩條束緊帶進(jìn)行固定。實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，采用此方法，梁體與車(chē)輛之間的相對(duì)位移率在運(yùn)輸過(guò)程中低于0.2%。除此之外，特制的鎖緊裝置，如梁體夾持器、卡槽及滑移防止墊片在特定場(chǎng)景中也是至關(guān)重要的，這些裝置可以進(jìn)一步降低鋼箱梁在運(yùn)輸過(guò)程中因突發(fā)因素造成的位移，相較于傳統(tǒng)的束緊帶，其固定效果提高約40%。針對(duì)超長(zhǎng)、超寬、超高的鋼箱梁，常使用液壓升降及可調(diào)節(jié)支撐架，確保在經(jīng)過(guò)低橋或隧道時(shí)，梁體能夠安全通過(guò)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用這種方法，鋼箱梁在經(jīng)障礙物時(shí)的安全通過(guò)率高達(dá)98%。另外，鋼箱梁的震動(dòng)緩沖技術(shù)也是運(yùn)輸安全的重要保障，使用特制的防震墊或氣墊系統(tǒng)，可以使梁體在行駛過(guò)程中所受的震動(dòng)減少約60%，從而避免梁體因長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)導(dǎo)致的損傷或疲勞斷裂。

3 鋼箱梁吊裝創(chuàng)新技術(shù)

3.1 自動(dòng)化與遠(yuǎn)程控制的吊裝技術(shù)

當(dāng)鋼箱梁吊裝遇到自動(dòng)化與遠(yuǎn)程控制技術(shù)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化變得尤為重要。近期的研究數(shù)據(jù)顯示，自動(dòng)化吊裝可以提高定位精度至0.5mm，相較于傳統(tǒng)手動(dòng)操作提升約98%的精確度。其中，高精度傳感器（如激光測(cè)距儀）的誤差范圍已縮小至±0.2mm。利用這些傳感器，吊裝系統(tǒng)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋下，通過(guò)先進(jìn)的PID 控制算法自動(dòng)調(diào)整起重機(jī)的操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了吊裝精度的顯著提高，算法公式（2）如下所示。

式（2）中：u(t)表示輸出，即控制命令；e(t)表示實(shí)時(shí)誤差；Kp、Ki、Kd表示PID 控制器的三個(gè)參數(shù)；表示誤差積分；表示誤差微分。依據(jù)實(shí)際測(cè)試，5G通信技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)操作中的數(shù)據(jù)傳輸延遲低于10ms，保證了操作指令的實(shí)時(shí)性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)收集的高清視頻數(shù)據(jù)，算法可以實(shí)時(shí)分析圖像，與預(yù)設(shè)的鋼箱梁三維模型對(duì)比，實(shí)現(xiàn)0.1°的角度校正，確保吊裝的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)中集成的壓力和傾斜度傳感器為吊裝提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

3.2 多點(diǎn)同步吊裝

傳統(tǒng)的單點(diǎn)吊裝方式往往難以滿足鋼箱梁部件吊裝施工安全與穩(wěn)定的要求，因此多點(diǎn)同步吊裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過(guò)多個(gè)起重點(diǎn)進(jìn)行同步吊裝，不僅大幅度提高了吊裝效率，還顯著增強(qiáng)了鋼箱梁在吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定性。例如，一個(gè)長(zhǎng)60m，寬14m，重達(dá)150t 的鋼箱梁，為確保其在吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定性，常規(guī)做法是采用四點(diǎn)同步吊裝技術(shù)。這涉及4 臺(tái)同步工作的起重機(jī)，每臺(tái)起重機(jī)的額定起重量達(dá)到50t。通過(guò)精確的測(cè)量設(shè)備，如位移傳感器和荷載設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)起重點(diǎn)的負(fù)荷和位置偏差。再結(jié)合先進(jìn)的同步控制系統(tǒng)，確保4 臺(tái)起重機(jī)同步操作，如圖1 所示?？杀苊庖虻跹b速度或位置的微小差異導(dǎo)致的鋼箱梁變形或破壞。數(shù)據(jù)顯示，采用多點(diǎn)同步吊裝技術(shù)，鋼箱梁在吊裝過(guò)程中的偏移量可控制在5mm 以內(nèi)，低于傳統(tǒng)吊裝方法的15mm。此外，現(xiàn)場(chǎng)圖片顯示，4 臺(tái)起重機(jī)分布在鋼箱梁的4 個(gè)角，通過(guò)專用的同步吊裝繩和吊點(diǎn)，確保吊裝過(guò)程的平穩(wěn)?？偟膩?lái)說(shuō)，多點(diǎn)同步吊裝技術(shù)為鋼箱梁吊裝提供了更高的穩(wěn)定性和安全性，為大型工程結(jié)構(gòu)的施工提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

圖1 多點(diǎn)同步吊裝

3.3 吊裝模擬與預(yù)測(cè)系統(tǒng)

在復(fù)雜的建設(shè)工程中，尤其是涉及鋼箱梁這種巨大結(jié)構(gòu)的吊裝，預(yù)測(cè)吊裝過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)與問(wèn)題顯得至關(guān)重要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，吊裝模擬與預(yù)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它利用計(jì)算機(jī)算法對(duì)整個(gè)吊裝過(guò)程進(jìn)行高精度模擬，確保實(shí)際操作的精確性和安全性。首先，該系統(tǒng)根據(jù)鋼箱梁的幾何形狀、質(zhì)量、材料性質(zhì)以及預(yù)定的吊裝路徑進(jìn)行三維建模。其次，對(duì)模型進(jìn)行有限元分析，模擬吊裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種受力情況。此外，系統(tǒng)還能夠預(yù)測(cè)由于外界環(huán)境，如風(fēng)速、溫度變化等導(dǎo)致的不穩(wěn)定因素。模擬結(jié)果可以清晰地顯示鋼箱梁在吊裝過(guò)程中的位移、變形、應(yīng)力分布等關(guān)鍵參數(shù)。這不僅為工程人員提供一個(gè)清晰、直觀的吊裝預(yù)覽，還能根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果提前采取措施，如加強(qiáng)固定、調(diào)整吊裝路徑、更改吊裝策略等，確保吊裝過(guò)程的順利進(jìn)行。實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)吊裝模擬與預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的吊裝操作，其成功率提高約20%，同時(shí)降低了由于未預(yù)見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的事故率，為大型鋼箱梁的吊裝提供更高的技術(shù)保障。

4 實(shí)踐應(yīng)用研究

此工程涉及的主要鋼橋部分為頂社互通榜山高架左幅，其中應(yīng)用了多式聯(lián)運(yùn)策略，充分利用鐵路、水運(yùn)等方式，確保鋼箱梁的高效、安全運(yùn)輸。針對(duì)該項(xiàng)目的特點(diǎn)，采用專用可調(diào)式運(yùn)輸車(chē)輛，配備了智能化的運(yùn)輸管理系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)輸路徑、時(shí)間、成本進(jìn)行了優(yōu)化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)確保了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與分析。數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)輸時(shí)間相較于傳統(tǒng)方式縮短15%，成本減少10%。

吊裝方面利用多點(diǎn)同步吊裝技術(shù)，確保鋼箱梁的穩(wěn)定性。通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化與遠(yuǎn)程控制技術(shù)，結(jié)合PID算法對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行精確控制，提高了吊裝效率和安全性。此外，吊裝模擬與預(yù)測(cè)系統(tǒng)在此項(xiàng)目中也發(fā)揮了重要作用，有效地預(yù)測(cè)了可能的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，提前采取應(yīng)對(duì)措施。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)吊裝方式相比，吊裝誤差減少5%，成功率提高約20%。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)深入研究與實(shí)踐分析，可以明確地看到鋼箱梁在運(yùn)輸與吊裝中所面臨的挑戰(zhàn)，以及創(chuàng)新技術(shù)給這一領(lǐng)域帶來(lái)的巨大變革。從多式聯(lián)運(yùn)策略的實(shí)施到智能化的運(yùn)輸管理系統(tǒng)的應(yīng)用；從專用可調(diào)式運(yùn)輸車(chē)輛的設(shè)計(jì)到吊裝模擬與預(yù)測(cè)系統(tǒng)的完善，這些創(chuàng)新技術(shù)為鋼箱梁的運(yùn)輸和吊裝提供了更為高效、安全的保障。尤其是在實(shí)際工程應(yīng)用中，以本文工程為案例，創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了效率并降低了成本?？傮w而言，創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐研究為橋梁工程的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路，為未來(lái)的工程建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐。