京雄城際鐵路智能化梁場建設(shè)

張俊存

（中交二公局鐵路工程有限公司，西安 710065）

京雄城際鐵路是支撐國家戰(zhàn)略的重要干線，對于促進京津冀協(xié)同發(fā)展具有重大意義。作為鐵路建設(shè)大型臨時性工程中的重中之重，鐵路箱梁預(yù)制場臨時性投入較大，包含土地、裝備等。基于京雄城際鐵路建設(shè)需求，開展了智能化梁場建設(shè)與實踐。王永新［1］以太焦鐵路太谷制梁場為例，詳細解析了梁場選址、各功能區(qū)布置以及建設(shè)環(huán)保型梁場的施工方法。李德行［2］基于熵權(quán)法提出了梁場選址評價體系。王海棠［3］對鐵路T 梁制梁場選址、工裝選型、平面布置和組成等進行研究以求實現(xiàn)更優(yōu)的建場目標(biāo)。錢傳頂［4］從梁場選址及施工組織方案等方面進行方案的比選研究，指導(dǎo)后續(xù)梁場建設(shè)。朱智超［5］考慮凍土地區(qū)的特殊情況，對凍土低溫地區(qū)的制梁工藝進行了研究。

智能化梁場建設(shè)就通過將人工智能技術(shù)和梁場建設(shè)工藝深度融合，利用計算機技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)提高梁場裝備的自動化和智能化水平，從而提高梁場內(nèi)施工工藝的智能化水平。

1 梁場選址和規(guī)劃要求

1.1 選址原則

預(yù)制場宜首選既有制梁場；宜選在少占耕地、拆遷量小以及工程完工后復(fù)墾量小的場地上，盡可能利用永久用地區(qū)域；宜遠離居民區(qū)，防止噪聲、粉塵、污水等污染；宜選擇在地質(zhì)條件好、土石方工程和基礎(chǔ)處理較少的平坦地域；預(yù)制場建設(shè)選址應(yīng)保證安全、科學(xué)，同時考慮防洪、排澇、防凌等要求，宜避開水庫、水塘、高壓線、危險爆炸物生產(chǎn)區(qū)。

1.2 梁場規(guī)模確定原則

制（存）梁場應(yīng)根據(jù)建設(shè)項目的工期、箱梁數(shù)量、存梁時間、架梁計劃、線路結(jié)構(gòu)物分布特征等因素綜合比選確定梁場占地面積和布設(shè)形式。根據(jù)占地面積和布置形式，形成了縱列式和橫列式2 種梁場布置方式。縱列式平面布置具有場地較為狹長、生產(chǎn)能力較小的特點，可只用一套用于搬梁的龍門吊或提（搬）梁機。橫列式平面布置場地較為寬敞，工作范圍較大，適用于具有中等和大規(guī)模生產(chǎn)能力的制梁場［6-8］。

2 梁場各個區(qū)域智能化建設(shè)要求

預(yù)制梁場主要包含辦公生活區(qū)、制梁區(qū)、鋼筋加工區(qū)、存梁區(qū)、拌和站、試驗室等。梁場布局可參照圖1布置。根據(jù)功能需要，這里只列出3 個區(qū)域智能化建設(shè)要求。

圖1 梁場區(qū)域布局

2.1 辦公生活區(qū)智能化建設(shè)要求

為滿足梁場信息化管理的要求，梁場需配備“智慧云”信息系統(tǒng)平臺，對梁場任意位置、全過程、無死角進行監(jiān)控，同時監(jiān)控運梁車、架橋機、箱梁及架設(shè)施工人員的位置、狀態(tài)等，及時對存在危險狀態(tài)的設(shè)備、人員等發(fā)出警報。

2.2 制梁區(qū)智能化建設(shè)要求

箱梁內(nèi)模應(yīng)采用整體式液壓模板，行走系統(tǒng)、控制系統(tǒng)宜采用機械化、自動化程度高的齒軌行走系統(tǒng)及遙控系統(tǒng)。系統(tǒng)由驅(qū)動托架、移動托架、固定支墩、定位滑輪、模內(nèi)軌道及遙控手柄組成，能夠達到安全、高效、省時、省力的目的。

2.3 存梁區(qū)智能化建設(shè)要求

條件允許情況下，宜選用節(jié)能環(huán)保及養(yǎng)護效果較好的自動噴淋養(yǎng)護方式。在使用自動噴淋系統(tǒng)養(yǎng)護時，為保證梁體噴淋養(yǎng)生效果，噴頭間距應(yīng)由噴頭的輻射噴淋面積確定，要保證梁體表面全覆蓋，確保噴淋無盲區(qū)。使用固定式自動噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)時，應(yīng)在箱梁兩側(cè)、底板、頂板及箱室內(nèi)布設(shè)噴淋管。自動噴淋采用定時系統(tǒng)，時間宜設(shè)置為每小時噴淋10 min，夏季炎熱干燥可根據(jù)天氣情況提高噴淋頻率或增大每次噴淋時長。

為滿足大風(fēng)等干旱地區(qū)冬季養(yǎng)護要求，梁場應(yīng)設(shè)置梁體混凝土養(yǎng)護棚罩。設(shè)置數(shù)量與日制梁數(shù)匹配，養(yǎng)護棚罩應(yīng)采用耐火材質(zhì)，為控制棚內(nèi)溫度，棚內(nèi)應(yīng)均勻布置測溫點。

3 梁場預(yù)制成套設(shè)備的智能化

3.1 智能化鋼筋加工設(shè)備

鋼筋智能化生產(chǎn)設(shè)備可與BIM 模型技術(shù)一體連接，可在操作平臺上自動完成所有型號鋼筋的生產(chǎn)，機器人、光伏運輸車的應(yīng)用，實現(xiàn)鋼筋生產(chǎn)、運輸、裝卸等過程的智能化。與常規(guī)加工設(shè)備相比，智能加工設(shè)備可提高生產(chǎn)效率，減少鋼筋加工作業(yè)人員數(shù)量，加工尺寸更精確。智能鋼筋彎箍機器人如圖2。智能化鋼筋加工設(shè)備流水線如圖3。

圖2 智能鋼筋彎箍機器人

圖3 智能化鋼筋加工設(shè)備流水線

以某廠的施工生產(chǎn)計劃為例，平均每天完成箱梁預(yù)制2.5 榀，需要加工鋼筋55 t/榀×2.5 榀=137.5 t。常規(guī)設(shè)備加工需要50人左右，而鋼筋加工流水線僅需23人（雙班）。每月可節(jié)省人工成本約20萬元，鋼筋加工人工總成本可節(jié)約160萬元。

3.2 智能化箱梁液壓內(nèi)模

液壓內(nèi)模自動走行系統(tǒng)（圖4）通過內(nèi)模底部滑道，由驅(qū)動系統(tǒng)（電機）將內(nèi)模送入或退出箱梁內(nèi)部。

圖4 液壓內(nèi)模自動走行系統(tǒng)

內(nèi)模縱移前，將液壓內(nèi)模自動走行系統(tǒng)吊裝至工作位置，調(diào)節(jié)支架底部螺桿，提升或降低支架高度，使驅(qū)動輪與主梁底部的自動走行軌道吻合。鎖定地面連接件，完成支架的安裝，啟動電機，內(nèi)模即實現(xiàn)自動走行。箱梁內(nèi)模自動行走，改變了傳統(tǒng)卷揚機拖拽內(nèi)模的方式，方便安裝和拆除施工。采用液壓內(nèi)模自動走行系統(tǒng)，不僅縮短了內(nèi)模安裝及拆除時間，還可減少工作人員投入，由常規(guī)安拆內(nèi)模所需要的8 個人減少至僅需4 人。此外，安拆內(nèi)模時可減少龍門吊長時間占用，提高施工速度。

3.3 智能化預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備

智能張拉即利用計算機智能控制技術(shù)，通過儀器自動操作完成箱梁鋼絞線的張拉施工［9］。通過箱梁預(yù)應(yīng)力張拉的智能化控制設(shè)備（圖5），可實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)與鐵路建設(shè)管理平臺的實時鏈接，進而達到遠程監(jiān)控的目的。

圖5 智能化張拉設(shè)備

3.4 智能化靜載試驗系統(tǒng)

研發(fā)出一種免開孔反力式鐵路橋梁靜載試驗臺（圖6），避免了以往自平衡式橋梁靜載試驗臺在雙線箱梁靜載試驗時必須在橋面開孔的弊端。其基本原理是利用橋梁自重和一定的底面反力實現(xiàn)雙線箱梁靜載試驗時無需開孔，保證梁體完好的同時極大地降低了勞動強度。產(chǎn)品重量更輕，裝卸更為簡單快捷。

圖6 智能化靜載試驗系統(tǒng)

通過在箱梁底板設(shè)置傳感器，通過無線網(wǎng)絡(luò)，將靜載試驗數(shù)據(jù)實時傳輸至控制平臺，由控制平臺對數(shù)據(jù)進行分析處理，最終得出靜載試驗結(jié)論。靜載試驗減少了大量操作工人和靜載試驗數(shù)據(jù)收集人員，與常規(guī)靜載試驗相比，可節(jié)省操作人員20人。在試驗過程中實現(xiàn)自動加載、精確計算、無線傳輸，避免了人為讀數(shù)誤差，確保了靜載試驗檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.5 智能化梁體養(yǎng)生系統(tǒng)

自動噴淋系統(tǒng)采用高壓水泵從蓄水池抽水，在存梁區(qū)預(yù)埋養(yǎng)護管道，設(shè)置噴淋裝置并通過手機APP 無線網(wǎng)絡(luò)連接操作控制平臺，可控制噴淋養(yǎng)護時間［10］。將噴淋養(yǎng)護噴頭調(diào)整固定好，由專人通過手機APP 連接噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)（圖7），定時開啟自動噴淋，對箱梁箱內(nèi)、頂板、腹板全覆蓋進行噴淋養(yǎng)護。其噴出的水霧覆蓋面較廣，并且養(yǎng)護時間可以通過手機APP 控制，從而達到全覆蓋和全濕潤的養(yǎng)護要求。自動噴淋系統(tǒng)與常規(guī)灑水覆蓋養(yǎng)護相比，可減少灑水養(yǎng)護人員投入，由原來的2 人減少至1 人，并且能夠保證箱梁混凝土長期處于濕潤狀態(tài)，達到更好的養(yǎng)護效果。

圖7 梁體自動噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)

特殊施工環(huán)境下，梁體可選擇在棚內(nèi)養(yǎng)護。養(yǎng)護棚可平移收縮，采用多個鋼管骨架等桿件組裝而成，鋼管架頂面覆蓋粘接式篷布，鋼骨架底部設(shè)置滑輪，分體式設(shè)計，可自由伸縮。箱梁混凝土澆筑結(jié)束后，將可移收縮式保溫棚用龍門吊吊裝至制梁臺座模板頂部，對已澆筑混凝土進行覆蓋養(yǎng)護。養(yǎng)護棚（圖8）具有鎖水保濕作用，能夠有效保證梁端混凝土養(yǎng)護質(zhì)量。與常規(guī)梁端養(yǎng)生相比，可以減少定時定點灑水養(yǎng)護人工的投入，可由原來的4人減少至2人。

圖8 智能化養(yǎng)護棚

在相關(guān)研究課題支持下，采用可重復(fù)利用的保溫保濕養(yǎng)護材料對梁面進行覆蓋，進一步節(jié)約了養(yǎng)護水量并提升了保溫養(yǎng)護效果［11］。

4 梁場安全管理智能化

4.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

運用視頻監(jiān)控系統(tǒng)輔助施工現(xiàn)場管理，對主要作業(yè)面工序和施工質(zhì)量進行全方位跟蹤監(jiān)控，并通過網(wǎng)絡(luò)將視頻信號傳輸至項目部，便于實時監(jiān)督。

4.2 智能多媒體安全培訓(xùn)工具箱

采用多媒體安全培訓(xùn)工具箱，用于項目員工及勞務(wù)隊的實名安全教育、考試和技術(shù)交底，并將數(shù)據(jù)備案。

4.3 實名制二維碼管理

通過多媒體安全培訓(xùn)工具箱，生成個人唯一二維碼，附著在安全帽上，包含人員身份信息、職務(wù)信息、工種信息、入場教育記錄完成情況等，隨掃隨看，方便人員信息查詢管控。

4.4 智能安全VR體驗教育中心

通過設(shè)置智能安全體驗教育中心，可以模擬出多項VR 安全教育應(yīng)用場景，讓施工人員親身感受違規(guī)操作帶來的危害。這樣不但能夠強化現(xiàn)場人員的安全防范意識，而且使之更快地熟練掌握安全操作技能［12］。

5 結(jié)束語

京雄城際鐵路智能梁場建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)作為鐵路項目首個編制的智能化梁場建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了梁場建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，為后期箱梁預(yù)制場建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、數(shù)字化提供了科學(xué)、合理、有效的理論依據(jù)，促進了“機械化換人，智能化減人”理念的落實，推動了鐵路建設(shè)項目標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)向更高層次發(fā)展。