深中通道智能建造

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“大灣區(qū)核心戰(zhàn)略通道”“珠江兩岸‘A’型骨架最重要一橫”深中通道項目被賦予了多重重要意義。大量智能化的應用，標志著它并不是傳統(tǒng)意義上的土木工程，新技術、新裝備、新的信息化管理手段同步落地，推動項目逐步完成。深中通道正在打造一個智能建造的樣板工程。

深中通道地理位置圖

廣東深圳至中山跨江通道（簡稱“深中通道”）位于粵港澳大灣區(qū)的核心區(qū)，是“深莞穗”與“珠中江”之間唯一的直連通道，也是國高網(wǎng)G2518跨珠江口的關鍵性控制工程，具有沿海大通道的功能。作為國家“十三五”重點項目，總投資金額達447億元。

深中通道的建設目標分為3個層面，工程目標是建造一流可持續(xù)化工程，創(chuàng)珠江口百年工程；行業(yè)目標是攻克行業(yè)的技術難題，促進行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級；國家目標是服務“一帶一路”國家戰(zhàn)略，推動粵港澳大灣區(qū)建設，提高國家競爭力，形成中國標準。

深中通道的挑戰(zhàn)

德國在2013年提出了“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”，美國在2014年提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，中國在2015年提出了“中國制造2025”，表明重大工程還是要服務于國家戰(zhàn)略，為建設交通強國、制造強國、科技強國和質(zhì)量強國服務。因此，深中通道項目制訂了詳細的規(guī)劃，思路是要通過建造手段實現(xiàn)交通基礎設施建設高質(zhì)量發(fā)展，并以工業(yè)化和信息化融合為手段，實現(xiàn)自動化制造目標，達到提質(zhì)、增效、降本、溯源的目的。

深中通道的建設異常復雜，它是一個橋島隧互通工程，其中難度最高的部分是沉管隧道。沉管隧道具有超大跨度、深埋特長等特點，此次也是第一次應用在國內(nèi)項目中，日本曾用過斷面較小且里程較短的沉管。深中通道項目建成通車后，日均車流量預計將達10萬車次，所以采用八車道的標準設計，體量之大為世界首例。

整個沉管在預制廠完成澆筑，再將設備轉(zhuǎn)運至海上安裝，如此一來，長距離運輸成了最大的問題，因此設計研發(fā)了運安一體船，其優(yōu)點包括航速快，可達每小時5節(jié)；可實現(xiàn)原地360°回轉(zhuǎn)，隨時轉(zhuǎn)向掉頭；橫向8×3000匹，抗1.6節(jié)橫流；減少大量國際航道通行量，約1500萬立方米等，造價高達5億元。運安一體船的建造提高了沉管運安的效率，降低了沉管運安風險，屬世界首例。

新的結構必然會帶來新的問題。深中通道的海上橋梁鋼橋比例較大，有近60萬噸。如何保證鋼結構的質(zhì)量，從施工到檢測都是新的挑戰(zhàn)，常規(guī)方式很難保證施工結果，因此智能建造的工程量不容小覷。

鋼殼智能制造

深中通道施工現(xiàn)場

深中通道效果圖

智能化打通深中通道的任督二脈

鋼殼制造的智能化

傳統(tǒng)模式難以滿足深中通道大規(guī)模、高工效、高質(zhì)量的建造要求。在項目設計中，海底隧道總長6845米，其中沉管段長5053米，共有32個管節(jié)，每個管節(jié)的長度標準是165米，重7.6萬噸。其次，隧道體量龐大，在實際的施工過程中要先做鋼殼，再做混凝土澆筑，鋼殼的制作難度很大，一個單節(jié)約1.1萬噸，排水量相當于中型航空母艦。另外，隧道構造復雜，有2500個隔倉，縱橫隔板連接件非常多，預埋件3萬多個，焊接縫長度22.7萬延米，精度要求高，正負15毫米，厚板焊接厚度可達40毫米，焊接難度大。

鋼結構在早期項目中采用人工制作，到虎門二橋?qū)崿F(xiàn)了板單元工位自動化，而深中通道項目試圖打造一條流水線，實現(xiàn)整個鋼結構質(zhì)量的提升。其通過BIM系統(tǒng)生產(chǎn)，智能制造系統(tǒng)推進，打造了一個智能制造車間，實現(xiàn)流水線生產(chǎn)。最早的設計采用BIM模型設計，主要是為了解決中間管廊和其他管道的搭建問題。如果不采用BIM技術進行設計，難以解決施工過程中的碰撞問題。

整個鋼殼制造的流水，從材料的限料到小節(jié)段制作，小節(jié)段涂裝，再到澆筑，直接進行現(xiàn)場安裝，最核心的是從小節(jié)段智能化制造到中節(jié)段場地數(shù)字化搭載和大階段船塢自動化總組的重復。制作在車間全部完成后，通過機器人完成焊接和涂裝是非常大的突破，以往都是采用人工作業(yè)。機器人涂裝的應用，一方面可以提高效率，另一方面可以減少工人的職業(yè)病害。

澆筑智能化

鋼殼制造完成后需立即灌入2.8萬平方米混凝土，這是一個巨大挑戰(zhàn)。組合結構和鋼管拱橋的混凝土澆筑拖工問題嚴重，因此要開展技術研發(fā)。在這個過程中，鋼殼完成后填充混凝土，混凝土跟面板的距離要小于5毫米。

澆筑完成后，依然有諸多方面需要注意。首先，混凝土的工作性要非常穩(wěn)健，拓展度要控制在650毫米左右，上下浮動不超過59毫米。其次，澆筑的過程要嚴格把控，否則空氣排出將造成缺陷。而且，智能化澆筑設備的設計要合理，如開發(fā)一套質(zhì)量控制、智能交互的裝備，還有一個管理平臺，通過控制精細化過程提高質(zhì)量。

另外，還有質(zhì)量驗收的問題。混凝土澆完后隔倉是密閉的，內(nèi)部是否脫空未可知，因此難以檢測到問題。2500個隔倉是主要施工組織對象，調(diào)度人員很難把控，60分鐘之內(nèi)完不成澆筑，混凝土會因為凝固而浪費，所以要保證材料調(diào)度的精細化和智能化。澆筑管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)澆筑全過程在線監(jiān)控，實時反饋澆筑質(zhì)量、效率，降低廢棄率。通過智能化的澆筑裝備實現(xiàn)精確的質(zhì)量控制，可減少人為施工誤差。

運安一體船智能安裝現(xiàn)場

智慧預制梁場智能化

數(shù)控自動化加工采用液壓模板，張拉、自動噴淋集中在梁場制作，目標是打造智能化預應力混凝土梁場。數(shù)字自動化，其實是在BIM建模完成后，生成交互代碼后導入加工設備，完成自動加工。

研發(fā)模板自動控制系統(tǒng)采用PLC控制模塊，通過液壓自動控制系統(tǒng)和紅外測溫測距系統(tǒng)實現(xiàn)在混凝土澆筑過程中外模自動橫移和縱移，內(nèi)模自動支拆模。BIM建模之后可以自動卸料和彎折，集成混凝土ERP系統(tǒng)、攪拌站生產(chǎn)系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、車輛管理等系統(tǒng)，實現(xiàn)混凝土生產(chǎn)集中控制，拌和樓無人值守。在整個拌和過程中，若產(chǎn)生任何偏差，控制系統(tǒng)會及時自動報警。

橋、島、隧、水下樞紐互通工程鳥瞰

智慧工地的深中樣板

因為要打造精品工程、樣板工程，交通運輸部對深中通道項目要求比較高，所以把BIM研發(fā)中心設置在項目基地。

深中通道項目的協(xié)同管理平臺會將質(zhì)量管理、安全管理、檔案管理等主要功能都集中起來，管理者可以在施工現(xiàn)場用手機或者其他電子設備進行操控。同時，作為國家電子檔案單套制試點項目，電子簽名也在逐步落實。

項目的復雜性還體現(xiàn)在海上施工，整個水面寬度是20公里，并和一些航道項目相互交叉，航路非常繁忙。根據(jù)調(diào)整，每天大概有4000艘船經(jīng)過施工水域，施工安全非常嚴峻，施工資源和信息需要通過物聯(lián)網(wǎng)匯集到一個平臺上，可視可控。工人全部實名制，進場發(fā)卡通過門禁，開卡之后可以實現(xiàn)工地定位。在任何位置都可以監(jiān)控到深中通道項目的工人進場情況。設備也是一機一碼、一船一碼，設備定位的軌跡可以跟蹤，像鉚釘這樣的關鍵特種設備，通過上傳監(jiān)控數(shù)據(jù)可以進入監(jiān)測平臺。整個項目的主要施工資源，包括人、機、料、結構，都可以通過監(jiān)控一目了然，一旦發(fā)生問題可以及時采取措施。

深中通道項目還有應急指揮系統(tǒng)，集成視頻監(jiān)控和信息共享平臺。整個系統(tǒng)聯(lián)合海事局一起完成，保障施工安全。該系統(tǒng)的存在，對設備和社會來往的船只起到了聯(lián)系和調(diào)度的作用。同時，保障了全體工作人員，乃至整個項目工程的安全。

工地安全方面，努力打造工地互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的精細化管控。協(xié)同管理的目標是最終實現(xiàn)管理物資化。事實上，項目在施工進場后就開始編碼分解，拆分分步工程，目前國內(nèi)的很多項目還做不到，但是深中通道項目實現(xiàn)了這項技術。整個項目管理最基礎的東西，就是把質(zhì)量管理、計量支付、檔案全部融合到一起。一個工程結束了，數(shù)據(jù)會傳到計量支付系統(tǒng)并形成計量支付，檔案隨即形成，這也是項目特點之一。

（本文根據(jù)作者在2019世界交通運輸大會上所作報告整理，有刪減，題目為編者所加。）