高速城際鐵路預制箱梁場智能建造關鍵技術與應用

陳曉鵬

摘要：隨著國家經濟快速增長，實施科技強國、質量強國、交通強國、制造強國的戰略，打造中國制造2025高鐵新標準，智能化、信息化技術的迅速發展及應用，對高速鐵路箱梁場建造的質量、安全、綠色環保以及信息化等方面提出更高的要求。本文通過對智能鋼筋加工、智能噴淋養護、智能預應力張拉、智能孔道壓漿以及信息化的研究與應用，大幅度提高簡支梁的智能建造水平，能夠為高速鐵路橋梁建造技術的提升，提供寶貴的經驗借鑒。

關鍵詞：預制梁場;BIM技術;智能化;信息化;綠色化

一、序言

本文重點研究高速城際鐵路簡支箱梁預制過程中，應用BIM技術+智能鋼筋加工生產線+智能運輸、智能噴淋養護、智能預應力張拉、智能預應力孔道壓漿、數據信息化管理等技術對生產過程智能化水平進行全面升級，最大限度的提高預制箱梁產品制造精度、耐久性能以及生產效率等。通過采用智能化、信息化相結合的智能建造技術，改變傳統的生產模式，提高預制簡支箱梁施工質量，降低勞動力資源的投入，為預制梁場智能化生產提供了大量技術經驗。

二、智能化技術原理研究

1.鋼筋智能化加工工藝原理

基于BIM技術的鋼筋智能制造集中管控技術主要就是對新型的無圖化加工技術的管控。對不同種類及型號鋼筋模型進行碰撞檢測并優化設計。根據設計圖紙中的鋼筋構件規格、彎折角度、長度等信息建立鋼筋參數化模型，將鋼筋的信息模型數據轉化成BVBS數據文件傳輸到智能鋼筋加工設備MES管理系統中，一次建模，批量加工。通過BIM建模、信息化與智能鋼筋加工機器人相結合，實現鋼筋自動加工斷料、彎制，形成一套鋼筋智能加工閉環體系，促使鋼筋翻樣精度和效率得到大幅度提升。

2.智能噴淋養護系統工藝原理

智能噴淋養護系統由調試變頻器、噴嘴系統、供水系統、遠程控制系 統和溫濕感應系統組成，根據環境溫度、濕度情況實現自動調節噴淋養護參數，按照存梁區為單位的養護時間管理功能，故障自動報警，系統算法簡單，響應快速，可實現梁體濕潤達到標準養護，主控制系統采用工控平板操作端和電子控制模塊組成，運行狀態可以通過鐵路工程管理平臺或手機APP進行查看，實現箱梁噴淋養護的數字化操作、可視化管控。

3.智能張拉系統工藝原理

智能張拉系統主要由4臺千斤頂，4臺電動液壓站、8個高精度壓力傳感器、4個高精度應變式直接測力傳感器、4個拉線式高精度位移傳感器、4個高精度溫度傳感器、1套完整的工業可編程控制器（1主3輔）、主機（一體化工作站）等組成。可同時控制4臺千斤頂同步工作，構成平衡的雙向張拉。

微電腦預設張拉工藝參數后，一鍵啟動操作、實現張拉過程的自動化控制，伸長值顯示，張拉數據實時曲線采集及校核報警，張拉結果記錄存儲、數據直接傳輸以及網絡傳輸，信息化管理。

4.智能壓漿工藝原理

在預應力混凝土簡支梁施工過程中，孔道壓漿是一道關鍵工序，其質量的好壞直接影響整個預應力混凝土簡支梁安全性和可靠性，

為減輕錨具負荷，使預應力鋼絲束與混凝土緊密結合，保證兩者之間預應力的有效傳遞，排除孔道內的氣體及水分，提高鋼絞線與混凝土之間的粘結力，減輕梁端錨具負荷，采用智能壓漿設備進行全過程控制，由自動配料系統，微電腦自動控制系統，高、低速攪拌系統，自動進漿系統組成，可自動完成壓漿施工過程中的配料制漿、抽真空、壓漿以及安全輔助等功能的控制和執行，實現了對出漿量的準確掌握，進而判斷壓漿密實度，實現自動上料、精準稱量、自動連續壓漿、自動調速、自動保壓、數據實時存儲、分析統計、顯示和傳輸功能。

三、智能化在梁場預制施工中的應用

1.鋼筋智能加工及運輸

利用建模Planbar軟件創建所需鋼筋信息模型，并通過碰撞檢測模塊 進行干涉檢查、優化，完成鋼筋清單的審核，建立精確的鋼筋模型數據庫。通過Planbar軟件系統將導出的BVBS數據文件發送至智能鋼筋加工設備MES管理系統中，接口程序自動解析文件中包含的鋼筋加工的長度、彎折角度等參數信息，并完成格式轉換及繪圖工作，生成每孔箱梁所需鋼筋規格型號、數量、編號、自動計算鋼筋長度、重量、大樣圖等數據，形成不同梁型所需的下料清單，精確指導鋼筋加工場生產備料。

通過解析數據傳送至智能鋼筋剪切、智能鋼筋彎箍等智能機器人加工裝備中，加工前工人只需調出相應型號箱梁的配料單并核實信息，一鍵啟動，批量生產。彎曲角度誤差在1以內，斷料誤差±1mm，合格率達到100%，提高鋼筋綁扎精度，人均加工鋼筋量提高至40t/d，生產效率提高30%，加工后的鋼筋數據，管控系統直接采集，實現對鋼筋加工場后臺直接管控。

將加工彎制好的鋼筋，采用AGV智能運輸車運至鋼筋骨架綁扎區，通過運輸車上精準對位系統，自動定位停車、自動空載返回，減少人力60%以上，提高鋼筋運輸作業效率。

2.智能噴淋養護施工

首次應用前，將參數錄入多路噴淋養護系統中，設置每個噴淋支路時間20s，設置間隔時間25min，將儲水池注滿水，池內水位由低、高水位傳感器控制，電腦控制電磁閥開閉進水量，控制系統通過壓力儲水罐上遠傳壓力表傳遞信號來控制壓力使水霧狀化，支路之間設置錯時噴淋作業。箱梁初張拉完成后，提至存梁養護臺座上，啟動噴淋系統，當儲水罐中的壓力達到0.3MPa時，壓力表向噴淋控制器發出遠程信號，電磁閥自動開啟，當灌內壓力達到0.5MPa時，停止向儲水罐中供水。噴頭在壓力作用下，形成180°或者360°旋轉，噴出霧狀水對梁體頂板、腹板、翼緣板、底板及箱內全覆蓋噴淋，存梁臺座下設置防水區域，以便收集過濾已達到循環供水。也可通過溫濕傳感器信號，相對濕度在40%以下，微電腦自動控制進行噴淋，實現無人工干預養護，節約用水，提高養護質量。

3.智能預應力張拉施工

首先梁體混凝土強度、彈性模量、齡期三者均滿足預應力張拉條件后，對智能張拉設備輸入預制箱梁型號、編號、制造日期、張拉力控制值、持荷時間、伸長量校核值等相關信息，確認無誤后對梁體進行預應力張拉作業。完成錨具、限位板、工作夾片安裝等工序后，一鍵啟動，按照孔道張拉孔道順序，依次實現預應力筋的張拉、持荷、補壓、錨固等全過程操作。

張拉過程中，加載至20%控制應力時，持荷30s，系統自動采集工具夾片外露量和伸長量信息，當張拉力達到100%的控制應力時，千斤頂持荷300s，系統自動補壓到控制應力，控制張拉力保持在控制應力±1.0%之間，系統自動采集伸長量和工具夾片外露量信息，隨后系統回頂錨固。張拉過程中系統實時采集數據，并及時分析張拉力與時間、伸長量與時間、張拉力與伸長值三者之間的曲線關系，實現伸長值的動態判斷，自動調控張拉力和伸長值之間的匹配，使兩端張拉不同步率≤5.0%，其伸長值精度0.1mm，張拉力精度≤1.0%，實現預應力筋兩端同步平衡張拉，張拉結束后系統自動上傳張拉報表至鐵路工程管理平臺。

正常情況下，當實際伸長值與理論伸長值相差超出±6%范圍外時，系統將自動提示報警，并停止預應力筋張拉作業，待查明原因，排除問題后，方可進行預應力筋張拉作業。

4.智能壓漿施工

智能壓漿設備采用全自動計量系統，先錄入系統工程信息、梁型號、材料信息、工藝參數以及配合比等參數信息，系統按照設置的參數自動進行制漿，稱量誤差≤1.0%，稱重傳感器精度≤0.50%F.S，一鍵啟動，自動在攪拌機中加入80%的拌和用水量，并投入壓漿劑，攪拌2min后，投入剩下的20%拌和用水量，再繼續攪拌2min，漿液出機流動度控制在18±4s范圍內，水膠比0.33，滿足漿體的流動性能。

漿體壓入孔道前，先排凈壓漿孔道內的空氣、水和稀漿后進行抽真空，真空度保持在-0.06～-0.08MPa之間時，系統會發出語音提示，關閉抽真空閥門，開啟管道壓漿端閥門，系統開啟壓漿泵進行連續壓漿，注漿流量≤35L/min，當孔道內壓力連續20s，保持在0.5～0.6MPa之間時，系統會語音提示進入壓漿排氣階段，排凈孔道內的氣體，當漿液流動度相同且漿體均勻為止，孔道壓力保持在0.5～0.6MPa之間10s，設備會語音提示進入保壓階段，保壓時間180s，保壓期間孔道壓力低于0.5Mpa時，設備會自動補壓。

在孔道進漿與出漿口處分別安裝壓力傳感器裝置，實時采集壓力、流量等主要參數信息，系統主機分析判斷，測控系統接收主機指令進行注漿的壓力和流量自動調控，確保預應力孔道漿液壓力、持壓時間以及濃度等重要數據在標準指標的約束下完成壓漿過程。

四、信息化系統在預制梁場中的應用

梁場生產管理信息系統，以信息化平臺為載體、BIM技術為核心，打通各工序“孤島效應”，應用協同平臺技術、移動互聯技術、數據終端以及智能化裝備等新技術、新產品相結合，實現梁場生產管理信息化，有效提升預制梁產品質量，實現生產計劃、生產工序、安全質量、檢驗記錄、施工資料、出入庫、產品信息等方面管理和生產情況統計分析達到生產全過程管理的信息化。

信息化進度管控體系以錄入電子施工日志為基礎，進而轉化成生產進度報表和箱梁生產形象進度圖，并把施工組織和工程進度進行實時跟蹤和推演預警。信息化質量管理體系通過現場視頻監控以及監測系統，從原材料進場過磅、驗收、檢驗、混凝土拌和、澆筑等全過程監控，嚴把質量控制源頭，確保原材料、構配件等進場材料有序可控。

在過程控制方面，通過梁場信息化管理應用，實現對施工過程數據數字化管理監控和采集，加強施工關鍵工序和隱蔽工程的質量控制。在工程資料管理方面，通過影像資料采集，檢驗批、試驗報告，施工日志等資料的錄入，平臺 系統實現自動電子歸檔，通過鐵路工程管理平臺方便資料查閱和追溯。

信息化安全管理體系是對箱梁施工中關鍵工序的監控視頻、測量以及人員定位信息系統加以融合，為提升施工安全防范能力，以消除安全隱患，對安全風險較大區域重點實施監控。三維數字監管體系是應用數據分類和編碼、數據存儲的方式，以BIM技術為中心的數字化監管體系，使每榀箱梁預制動態顯示。

五、結束語

目前，智能化技術正不斷的深入高速鐵路工程各個領域，以其高效率、高精度、高質量、高安全、低能耗以及無人化作業等特點在高速鐵路建設中取得了良好的社會經濟效益。高鐵城際鐵路預制簡支梁智能制造關鍵技術研究與應用，提升了預制簡支箱梁的產品建造質量。隨著科技發展，智能化技術還將不斷的創新迭代，以更加優化的方案提升工程施工質量和生產效率。

參考文獻：

[1]張公明。流程行業的“智能化工廠”思考[J].化工設計，2019.29（2）：41-44.

[2]高俊甫，張東青，喬向偉等。高鐵預制梁場信息化、智能化的創新實踐[J]，科技與創新，2019，（3）：9-11.

[3]孫后祥，楊基好.預制后張法整孔簡支箱梁真空壓漿施工技術[J].科技信息，2009.

[4]楊雯.淺談智能張拉系統在鐵路預應力簡支箱梁中的應用[J].太原城市職業技術學院學報，2018.