基于互聯網+的連續梁冬期施工智能養生技術

朱樹坤

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001）

在我國高速鐵路施工中，由于對施工工期要求非常嚴格，越來越多的橋梁工程需要在冬季施工，由于溫度較低，且受施工環境、施工技術等因素的影響，很大程度上降低了現澆混凝土結構的安全性、耐久性和適用性。連續梁混凝土冬期施工時，梁段的施工養護對連續梁結構強度的形成起著關鍵作用，傳統的養護方法雖然在一定程度上可以滿足要求，但其工藝非常煩瑣，各項養護溫濕度數據量測并不能及時、有效地反映養護情況，施工質量很難達到預期效果，為后期運營埋下很大的安全質量隱患。

濟青高速鐵路連續梁冬期施工中為了解決這一問題，研究開發出了一套基于互聯網+的連續梁冬期施工自動保溫養護及溫濕度監測系統，保障梁段保溫棚內溫度低于設定值后設備自動啟動，產生高溫蒸汽；可實現管理人員隨時隨地查看當前及歷史混凝土養護溫濕度，并形成數據曲線，直觀反映養護質量；達到實時信息共享的目的，為后續懸澆箱梁冬期施工的信息化管理提供了科學指導。

1 基于互聯網+的連續梁冬期施工智能養護技術方案

基于互聯網+的連續梁冬施智能自動保溫養護及溫濕度監測技術，采用同掛籃一體化移動的暖棚對掛籃進行整體外包封閉，通過安裝全自動電蒸汽發生器產生高溫蒸汽，布設蒸養管道后將蒸汽傳送至梁體各個部位進行蒸養，并通過專用溫濕度監測元件和無線傳輸技術，可實現管理人員隨時隨地掌握連續梁各節段冬施過程中的溫濕度數據，對各部位的養護情況進行實時監測和分析養護效果，有效保證了混凝土強度的增加，通過電子數據監測具有良好的追溯性，原理如圖1所示。

2 系統組成

本套自動保溫及溫濕度監測系統工裝設計主要由電蒸汽發生器、溫濕度傳感器、便攜式路由器、智能網關、Aqara智能插座、連續梁新型暖棚組成。

2.1 電蒸汽發生器

電蒸汽發生器是一種自動補水、加熱，同時連續地產生低壓蒸汽的微型鍋爐，小水箱、補水泵、控制操作系統成套一體化，無需復雜的安裝，只要接通水源和電源即可。

圖1 技術原理示意圖

2.2 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器能將溫度量和濕度量轉換成容易被測量處理的電信號感應元件，當環境濕度發生變化時，濕敏元件的電容量隨之發生改變，傳感器的轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓量變化。將其懸掛或埋設在連續梁保溫棚內部及各監測點，可以實現實時監測和記錄保溫棚內溫濕度變化情況，當保溫棚內溫度低于預設定溫度時，手機APP會即時收到推送的通知信息，如圖2所示，通過手機APP軟件可隨時隨地查看當前保溫棚內溫濕度數據及歷史數據變化曲線，如圖3所示，真實、直觀地反映每時每刻保溫棚內的溫濕度數據。

2.3 智能網關

智能網關是整個溫濕度監測系統的核心部件，溫濕度傳感器監測信息通過智能網關，數據實時上傳便攜式路由器，一個智能網關可連接8個溫濕度傳感器，傳感器可監測梁體內腔室、表面、外模及環境溫濕度。

2.4 便攜式路由器

給每座連續梁配備WiFi網絡，內部安裝4G上網流量卡，通過對每座連續梁安裝便攜式路由器，可使溫濕度傳感器記錄數據通過智能網關上傳云端，各級管理人員通過手機APP軟件即可隨時隨地查看當前及歷史溫濕度數據，了解各連續梁保溫棚內混凝土保溫養護情況。

2.5 Aqara智能插座

Aqara智能插座是通過紅外控制，通過手機APP設置，與智能網關、溫濕度傳感器共同聯動，當監測點溫濕度低于設置值，插座通電，電蒸汽發生器啟動，產生蒸汽開始養護；當養護溫度高于設置值后，自動斷電，停止養護，同時，手機APP具有用電量監控功能，可以掌握了解冬施養護的成本費用，具有安全、節能的特點。

圖4 全封閉保溫暖棚

3 設備安裝

3.1 新型養護暖棚搭設

暖棚掛籃外包由底板及立面防護網組成，底板由導鏈懸掛在掛籃的前托梁及后托梁上，正面防護網懸掛在外滑梁上，側面防護網懸掛在翼板模板最外側順線路方向的槽鋼上。底部為防護重點，采用2根I32b工字鋼作為托梁，通過導鏈連接在掛籃的前后托梁上，再將15根I12工字鋼置于托梁之上，構成底部防護框架，上面鋪設3 mm厚的鋼板，在四周焊接φ102*4.5鋼管立柱，高1 200 mm，四周底部焊接300 mm高、3 mm厚的鋼板，采用滿焊的方式，保證水泥漿不流出底板，四周再用900 mm高的彩鋼板進行外包。鋼板柱之間采用φ16鋼筋進行連接。橫梁及槽鋼上安裝φ4.8*3.5鋼管，橫梁上鋼管高3 040 mm，槽鋼上鋼管高1 425 mm，鋼管和工字鋼、槽鋼固定成整體。外包采用鋼絲密目網，骨架由30 mm×30 mm×3 mm的方鋼管制成，方鋼之間可焊接，也可采用鐵絲綁扎，然后再將鋼絲密目網固定在方鋼管組成的骨架上面，具體如圖4所示。

3.2 電蒸汽機及管道布置

連續梁主墩1#塊澆筑完畢后，在大小里程側各擺放一小型集裝箱值班室，內放置一臺電蒸汽發生器及1 m3儲水桶。儲水桶出水口與電蒸汽發生器自帶水箱通過閥門相通，水箱內水位低于浮漂后及時補充水源。1臺電蒸汽發生器底部帶有2個出氣孔，與內徑2.5 cm的蒸汽管道相連接。蒸汽管道通過各節段的泄水孔或后錨預留孔通入內腔室，由于蒸汽發生器正常每小時可產生150 m3以上的高溫蒸汽，自帶的兩條管道出氣量不能有效滿足現場需求，因此，分別在兩條管道尾端增設三通，其中，一條管道的三通管道布設在內腔室，接長的PPR管道長度控制在2.5 m，并在管道每10 cm開直徑0.4 cm的出氣孔，端頭不封閉，管道架設于離底板60 cm、離側墻80 cm的位置；另外，一條管道養護頂板及外腹板、底板、翼板。蒸汽發生器膠管與三通管件連接，為T形結構。頂板管道垂直于線路方向通長布置，并在兩側翼板位置設90°彎頭通下至底板附近位置。同理，PPR管道兩端不封閉，每10 cm設0.4 cm的出氣孔。頂板位置使用鋼筋焊接三角支架，每隔1.2 m進行布置，蒸汽管道置于上方。混凝土澆筑完畢后，與保溫棚共同用隔熱巖棉被覆蓋包裹，邊角方木壓實。

3.3 溫濕度監測元件組合布設

通過手機APP軟件將需要觀測梁端的各部位溫濕度傳感器、智能網關、智能插座互聯，準確命名后，將各監測溫濕度傳感器粘貼于塑料板。塑料板寬5 cm、長20 cm，紅底白字標注“溫濕度監測點”，如圖5所示。將塑料板按監測需求置于梁段的內腔室、保溫棚架腹板兩側。另外，混凝土芯部溫度監測要求分別在頂板混凝土5 cm以下、腹板位置為80 cm以下。

考慮到混凝土凝固過程收縮徐變產生較大的應力，進而造成埋入傳感器擠碎失效，因此，將溫濕度傳感器裝入直徑5 cm的圓形鐵盒內，由鐵盒預占一定空間，保證混凝土收縮過程不破壞傳感器。

4 應用流程

購買移動、聯通或電信流量卡，安裝在便攜式路由器卡槽內，記錄便攜式路由器內設的WiFi名稱與密碼；搜索連接需要安裝調試部位存放的便攜式路由器，安裝APP軟件，根據操作提示注冊賬號和設置登錄密碼；使智能網關、溫濕度傳感器、智能插座、管理員手機都同處于隨身路由器的WiFi環境下，打開智能APP軟件，設置監測點名稱；添加子設備，將“溫濕度傳感器”和“智能插座”連入系統；自定義自動化，設置不同的監測提示和手機信息傳送，可達到智能插座通斷電的效果；其他管理人員如果想查看監測點的當前和歷史的溫濕度數據，管理員在手機APP軟件連續按壓智能網關出現共享的提示后，點擊共享，輸入對方注冊賬號，對方打開手機APP軟件登陸后，點擊“接受設備共享”即可實現管理員的所有設備的共享，可隨時隨地調閱當前養護節段各監測點的即時或歷史養護溫濕度數據，分析研判混凝土養護質量。

圖5 溫濕度監測點

5 應用小結

該套系統在多處特殊孔跨的冬季施工中得到了應用，解決了傳統連續梁冬施養護方法中存在的工序復雜、成本投入大、數據監測不及時、養護效果不佳等一系列問題；同時，可實現管理人員隨時隨地掌握連續梁各節段冬施過程中的溫濕度數據，達到了實時信息共享的目的，為后續懸澆箱梁冬期施工的信息化管理提供了科學、有效的指導。通過在濟青高鐵特殊孔跨冬期施工中的應用，該技術已成熟，可在類似鐵路、公路橋梁施工中推廣應用，同時，對于拌和站料倉、梁場預制箱梁的溫濕度智能監測也有很好的指導作用。

［1］白云.淺議鐵路連續梁冬期施工技術［J］.江西建材，2014（07）.

［2］葉坤.高速鐵路連續梁冬期施工技術［J］.城市建設理論研究，2015（10）.