柳正

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴陽 550001）

1 引言

懸索橋作為跨越能力強(qiáng)的大跨度橋梁型式之一，在世界各國的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，都起著重要的作用[1-3]。由于鋼桁加勁梁具有良好的抗風(fēng)性能、重載耐受性和施工便捷性等突出特點(diǎn)，在我國山區(qū)大跨度懸索橋建設(shè)中廣泛應(yīng)用。近5 年，我國在建和建成的20 余座主跨600 m 以上的山區(qū)大跨度鋼桁梁懸索橋中，貴州省就占據(jù)近一半數(shù)量[4]。從這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，超大跨鋼桁梁懸索橋在我國及世界交通基礎(chǔ)建設(shè)中的應(yīng)用將呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢。隨著國家交通建設(shè)重心的轉(zhuǎn)移，西南山區(qū)交通領(lǐng)域?qū)⒂瓉硇乱惠喌陌l(fā)展，貴州V 形深切山地峽谷地區(qū)建造大跨度鋼桁梁懸索橋已成為一種合理選擇[5]。本文以采取數(shù)字智能化施工技術(shù)應(yīng)用于山區(qū)懸索橋施工全過程為背景，對其建設(shè)期的施工工藝、管理手段、智能化建造技術(shù)、安全質(zhì)量控制等要點(diǎn)開展研究，旨在為山區(qū)類似項目建設(shè)提供實踐參考。

2 金烽烏江大橋工程概況

金烽烏江大橋為貴陽經(jīng)金沙至古藺高速公路項目的重要控制性工程，位于貴州省息烽縣九莊鎮(zhèn)和金沙縣化覺鎮(zhèn)，跨越烏江支流，橋面距水面231 m 高，如圖1 所示。大橋是貴州省第一座采用預(yù)制索股法施工的超寬鋼桁懸索橋，全長1 473.5m，主跨650 m，主纜的孔跨布置為218 m+650 m+188 m，主纜垂跨比1/9.5，采用平面索布置，全橋共53 對吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距為12.0 m，主梁采用鋼桁加勁梁（板桁組合結(jié)構(gòu)），桁高5.8 m，節(jié)段長12.0 m，寬度為36.0 m，全橋共計55 個節(jié)段，單節(jié)段最重235 t。鋼桁梁主體結(jié)構(gòu)采用Q345qD、Q420qD 鋼材，工程總用量約1.46 萬t，大橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為公路Ⅰ級，設(shè)計速度100 km/h，橋面寬33.5 m。

圖1 金烽烏江大橋施工圖

3 數(shù)字化建造技術(shù)應(yīng)用

3.1 智能溫控系統(tǒng)在大體積混凝土中應(yīng)用

金烽烏江大橋承臺及錨錠均為大體積混凝土。大體積混凝土澆筑后將產(chǎn)生較高的水化熱溫升，形成不均勻非穩(wěn)定溫度場，產(chǎn)生非均勻的溫度變形，溫度變形在下部結(jié)構(gòu)和自身的約束之下將產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力往往超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土開裂。為防止有害溫度裂縫產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量，項目積極采用混凝土智能溫控技術(shù)應(yīng)用到本項目錨碇及承臺大體積混凝土中（見圖2），有效控制了混凝土溫度和收縮裂縫，確?；炷临|(zhì)量滿足規(guī)范要求。

圖2 大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)應(yīng)用圖

3.2 數(shù)字化技術(shù)在預(yù)應(yīng)力管道支架中應(yīng)用

錨碇主纜錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼管定位是錨體施工中的一個重要環(huán)節(jié)，項目部按照“錨體分層澆筑、預(yù)應(yīng)力鋼管分節(jié)支撐、管道分段接長”的原則設(shè)計了錨錠預(yù)應(yīng)力鋼管定位支架系統(tǒng)。應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)對不同的支架定位方案進(jìn)行比選（見圖3），將具體化、可視化的技術(shù)應(yīng)用于錨碇預(yù)應(yīng)力管道定位之中，生動形象地顯示了支架結(jié)構(gòu)的合理性，避免了結(jié)構(gòu)沖突的同時也達(dá)到了節(jié)省材料的目的，確保了支架定位系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計誤差為±1 cm，施工誤差達(dá)到±3 mm 的精度。

圖3 數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力管道支架圖

4 鋼桁梁虛擬拼裝技術(shù)應(yīng)用

金烽烏江大橋鋼桁梁總計74 198 塊拼接板，1 210 塊橋面板，672 172 套高強(qiáng)螺栓。項目堅持?jǐn)?shù)字化建造技術(shù)、智能化建造技術(shù)應(yīng)用于鋼桁梁從工廠桿件制造加工、桁梁現(xiàn)場組拼、鋼桁梁吊裝等各個施工階段。在150 d 的鋼桁梁拼裝、吊裝、安裝施工周期內(nèi)，確保了全橋67 萬套高強(qiáng)螺栓全部實現(xiàn)“零擴(kuò)孔”，達(dá)到了鋼桁梁合龍只有5 mm 誤差的精度，完美體現(xiàn)了“中國速度”的同時，又保證了“中國質(zhì)量”的要求。

鋼桁梁建造，需解決鋼桁梁桿件制作誤差和鋼桁梁節(jié)段拼裝誤差控制問題；傳統(tǒng)工藝上，鋼桁梁廠內(nèi)試拼裝和現(xiàn)場預(yù)拼裝是進(jìn)行誤差校核的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。項目在實施過程中創(chuàng)新性完善和發(fā)展了鋼桁梁全過程虛擬拼裝施工技術(shù)，形成了構(gòu)件工廠制作、現(xiàn)場節(jié)段拼裝、節(jié)段吊運(yùn)安裝的各施工階段數(shù)智化關(guān)鍵技術(shù)，主要分為3 大方面，如圖4 所示。

圖4 鋼桁梁虛擬拼裝施工技術(shù)

4.1 面向構(gòu)件工廠制作的鋼桁梁數(shù)字化制造關(guān)鍵技術(shù)

項目基于已完成設(shè)計校核的精細(xì)化鋼桁梁BIM 模型，自動生成構(gòu)件零件數(shù)據(jù)庫，自適應(yīng)生成板材下料切割數(shù)據(jù)，依據(jù)制造工藝專家?guī)熳詣悠ヅ湎铝锨懈钆c制孔工藝與參數(shù)。

依據(jù)研發(fā)的構(gòu)件制作質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)焊接工藝專家系統(tǒng)，自動匹配各構(gòu)件組裝的工序設(shè)計/焊接工藝及矯正工藝?；跀?shù)字化設(shè)計生成的制作工藝文件和數(shù)據(jù)庫，在管理信息系統(tǒng)發(fā)布面向各工序車間工作計劃/任務(wù)清單與作業(yè)指導(dǎo)書。

依據(jù)工藝數(shù)據(jù)庫生成過程質(zhì)量管理清單和檢測表單，自動定向發(fā)布給各質(zhì)檢員，執(zhí)行過程質(zhì)量檢測與數(shù)據(jù)上傳。對上傳質(zhì)檢數(shù)據(jù)進(jìn)行自動檢查，發(fā)布質(zhì)量預(yù)警與反饋管理建議；對桿件制作誤差進(jìn)行傳遞分析，提供虛擬試拼裝報告。

4.2 面向現(xiàn)場節(jié)段拼裝的鋼桁梁虛擬施工關(guān)鍵技術(shù)

項目基于數(shù)字化設(shè)計生成的施組文件，在研發(fā)的鋼桁梁管理信息系統(tǒng)中發(fā)布面向各班組的工作計劃/任務(wù)清單與作業(yè)指導(dǎo)書。同時利用鋼桁梁管理信息系統(tǒng)自動生成節(jié)段拼裝工序質(zhì)檢表單，定向發(fā)布給質(zhì)檢員，執(zhí)行拼裝過程質(zhì)量檢測與誤差數(shù)據(jù)上傳，可以達(dá)到對上傳拼裝質(zhì)檢數(shù)據(jù)進(jìn)行自動檢查，發(fā)布質(zhì)量預(yù)警與反饋管理建議的效果，提供虛擬預(yù)拼裝分析報告和節(jié)點(diǎn)板調(diào)整建議。

依托鋼桁梁虛擬拼裝技術(shù)，項目研究建立了拼裝胎架、拼裝工序、臨時工裝等設(shè)計案例庫和推理邏輯，可依據(jù)場地特征動態(tài)生成施組工藝推薦方案（根據(jù)現(xiàn)場施工場地的現(xiàn)有條件，項目在大橋兩岸的路基上因地制宜地布置鋼桁梁拼裝場，無須額外征用紅線用地，切實貼合了國家綠色發(fā)展節(jié)能降排的雙降要求）；項目研究推導(dǎo)了桿件誤差的傳遞公式，能合理預(yù)測節(jié)段拼裝過程誤差分布，可自動設(shè)置各節(jié)點(diǎn)高栓作業(yè)工藝方案。

4.3 面向節(jié)段吊運(yùn)安裝的鋼桁梁虛擬施工關(guān)鍵技術(shù)

基于工廠內(nèi)的虛擬拼裝和現(xiàn)場組裝技術(shù)，在鋼桁梁節(jié)段吊裝節(jié)段，項目研究建立了吊點(diǎn)位置、環(huán)境溫場、臨時荷載等因素的影響規(guī)律圖表，根據(jù)作業(yè)環(huán)境自動生成工藝設(shè)計控制與作業(yè)指導(dǎo)書。

項目研究設(shè)計了節(jié)段短線法匹配控制表單，合理預(yù)測節(jié)段安裝空間坐標(biāo)和控制數(shù)據(jù)，為數(shù)字化吊裝提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；跀?shù)字化設(shè)計生成的施組文件，在研發(fā)的鋼桁梁管理信息系統(tǒng)中發(fā)布面向各班組的工作計劃、任務(wù)清單與作業(yè)指導(dǎo)書。鋼桁梁管理信息系統(tǒng)自動生成節(jié)段吊裝工序質(zhì)檢表單，定向發(fā)布給質(zhì)檢員，執(zhí)行吊裝過程質(zhì)量檢測與線形誤差數(shù)據(jù)上傳。同時，能夠?qū)ι蟼骶€形誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行自動檢查，與預(yù)設(shè)虛擬工況線形數(shù)據(jù)庫比對，提供線形誤差分析報告和反饋調(diào)整建議。

5 纜索吊裝系統(tǒng)智能監(jiān)控與應(yīng)用

山區(qū)懸索橋鋼桁梁施工，纜索吊機(jī)節(jié)段吊裝是成熟經(jīng)濟(jì)高效的施工方案之一；纜索吊機(jī)的動作精度和復(fù)雜環(huán)境作業(yè)可靠性，直接決定了鋼桁梁節(jié)段吊裝施工質(zhì)量與安全性。

金烽烏江大橋鋼桁梁吊裝采用基于北斗系統(tǒng)的2.0 版智能化信息控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于可視化能夠控制吊裝施工運(yùn)行及數(shù)據(jù)傳輸保存，并實現(xiàn)安全性監(jiān)測及預(yù)警，保證鋼桁梁吊裝的安全性和高效性。北斗系統(tǒng)能實時地顯示鋼桁梁吊裝過程中索力、位移、變形、穩(wěn)定性的數(shù)值，從而為吊裝過程動態(tài)糾偏提供依據(jù)。

6 結(jié)語

本文以金烽烏江大橋為背景，闡述了大橋在施工過程中采用的數(shù)字化、智能化建造技術(shù)，成功研發(fā)了以虛擬拼裝為基礎(chǔ)的鋼桁梁智能建造技術(shù)，解決無N+1 節(jié)段預(yù)制匹配下鋼桁梁安裝施工質(zhì)量控制問題，對于提升貴州省和我國山區(qū)懸索橋鋼桁梁安裝施工質(zhì)量控制技術(shù)水平和管理體系，具有重要的理論與實踐意義，對同類項目積極響應(yīng)國家綠色建造和智能建造起到了借鑒和模板作用。