智慧檢測系統(tǒng)在橋梁預制構件的應用

胡飛鴿　饒璐　閆泓予　王小龍　樊楊彪

摘 要：為了提高橋梁預制構件的施工質量，綜合運用智能檢測技術，實現(xiàn)對橋梁預制構件的檢測，達到橋梁預制構件標準。在橋梁預制構件中的立柱、蓋梁工藝中，詳細介紹預制構件鋼筋骨架檢測系統(tǒng)，彎折件視覺測量系統(tǒng)和孔間距測量系統(tǒng)等。智能檢測系統(tǒng)提高了橋梁預制構件的產生質量，也為智能檢測在其他行業(yè)應用提供了有價值的參考。

關鍵詞：智能檢測;橋梁預制構件;生產質量

中圖分類號：TU394? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）01-0067-05

0 引言

近年來，隨著國家大力推廣裝配式結構的政策導向，預制裝配行業(yè)迎來了高速發(fā)展的機遇，與此同時，也對預制構件的質量提出了更高、更精、更準的要求，工廠化生產、自動化檢測的需求日益迫切[1]。然而縱觀建筑施工技術發(fā)展至今，針對預制構件鋼筋骨架的檢測仍普遍采用“半人工半機械”的傳統(tǒng)手段，自動化程度和測量精度均不高[2-3]。

在國內綠色建筑政策的驅動下，裝配式行業(yè)迎來高速發(fā)展。在預制構件的生產制造中，國內普遍仍采用“半人工半機械”的傳統(tǒng)手段，尤其對于大型構件，因工序復雜，勞動強度大，產品質量無法保證，因此智能檢測設備的研發(fā)及應用則顯得至關重要。現(xiàn)有的智能檢測設備往往需要檢測技術（數(shù)據采集）和算法優(yōu)化（數(shù)據處理）[4-6]。檢測技術大多應用于農業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學，如計算機視覺技術，利用圖像來實現(xiàn)對環(huán)境信息的識別與認知[7-9];機器攝影測量技術，通過拍攝圖片自動生成可遠近視角且位置精度高的實景，三維模型已應用于水電工程及工程地質考察;激光掃描技術，可利用三維掃描建模已用于實體建模;探地雷達技術，可模擬暗挖隧道的鋼筋間距并得以檢測[10-12];照片3D建模技術，利用Autodesk 123D Catch對拍攝的照片進行整合生成人體器官的三維模型。而算法層面上，K. Singh[7]提出一種基于遞歸方法和深度學習的圖像處理算法，可以從圖像中識別出不同粒的大小，并根據粒的像素大小來估計粒的大小，同時精確地測量幾個米粒的大小和質量，促進水稻產量的量化，促進更快的稻米質量評估。Warsewa.A等人在結構智能控制這方面，為解決圖像處理的延遲問題，數(shù)值模型和實際系統(tǒng)實時數(shù)據不統(tǒng)一的問題上，編寫一種隨觀測器動態(tài)調整的算法，優(yōu)化傳感器布置，提出了一種主動承重單元的自適應建筑狀態(tài)估計方法。在建筑工程中，智能檢測設備的應用則為數(shù)不多[13-15]。

1 智能檢測系統(tǒng)

智慧檢測并不是檢測行業(yè)的單獨分支，而是檢測行業(yè)與信息化、大數(shù)據、云服務、智能終端相結合所得出的產物。簡單的說，即為“互聯(lián)網+檢測”，其宗旨是利用互聯(lián)網及其相關技術改變檢測服務模式，使整個檢測流程更加高效、便利，提升客戶的滿意度。

與國外相比，國內檢測行業(yè)起步較晚，2000年后在政府逐步放松管制的基礎上發(fā)展起來。外國檢測機構于1995年進入中國檢測市場。由于起步晚、起點低，國內檢測機構的市場份額遠低于國外檢測機構。發(fā)展壯大國內檢測機構刻不容緩;而且經濟技術發(fā)展等因素給國內檢測機構帶來了更多的機會，在一定程度上促進了我國經濟的發(fā)展。

2 橋梁預制構件工藝

智能檢測在預制構件中不僅可為預制混凝土構件提供全生命周期的數(shù)據追蹤服務，避免構件加工過程中人為檢測的缺陷，而且可極大提高構件的成品質量和施工效率，大幅降低人員投入成本。下面是立柱、蓋梁預制構件工藝介紹。

2.1立柱工藝

第一道工序是來料驗收合格后，原料應按物料的種類、型號、規(guī)格、等級、廠家分開存放，不得混放，并設置標識，料堆應存放在倉庫（棚）內。鋼筋的運輸、儲存和加工應避免腐蝕、污染或彎曲。第二道工序，鋼筋下料，柱的鋼筋骨架件在工廠加工進行焊接。鋼筋骨架檢測前，工人先對檢測現(xiàn)場進行清場，避免不必要的人為因素影響檢測過程。緊接著鋼筋骨架進場，固定在滑軌預設點位處。3D相機模組安裝在軌道上，從控制房中移出，沿著滑軌，依次到達指定的檢測位P1-Pn進行檢測。傳送數(shù)據至云服務器。工藝調整臺架尺寸預制柱鋼筋籠的加工。保證鋼筋保持架支撐的穩(wěn)定性，第三道工序，鋼套及灌漿套筒安裝，鋼套加工采用BIM建模，配合立柱工藝外觀，自帶雨水槽，精密切割，精密焊接，內置錨固釘與箍筋，精度控制在+2 mm內。第四道工藝綁扎鋼筋，整柱的鋼筋籠加工完成后，鋼筋加工后綁扎在胎架上。第五道工序，骨架放入模具后，驗收合格后才能調離夾具。在吊裝鋼骨架時，阻止其變形，采用多點位吊裝。第六道工序，立柱模板設計及安裝 ，模板進場，模板要求必須按設計的要求和質量，這樣的模板才可運用在此道工序。檢查內容主要集中在模板的尺寸及平整度，檢查完成后方可使用。第七道工序，橋梁構件混凝土澆筑及養(yǎng)護，制作立柱的混凝土采用立式澆筑的工藝，一次性澆完成。第八道工序，立柱存放，預制立柱現(xiàn)場存儲為節(jié)約存儲場地同時立柱存儲時間周期短，故立柱存儲采取豎立的方式。第九道工藝柱運輸，立柱起吊、立柱翻轉、立柱水平起吊、立柱鑿毛。工藝流程圖如圖1所示。

2.2 蓋梁工藝

蓋梁工藝主要分為以下工序：第一道工序，原材料檢測，鋼筋的運輸、儲存和加工應避免腐蝕、污染或彎曲。第二道工序，加工半成品鋼筋，在鋼筋工廠焊接蓋梁鋼架件。焊接時候，注意時刻觀察是否有明顯變形，確保焊接順暢，然后存放待用。通過3D相機拍攝的鋼筋間距，上傳到智慧工廠云服務器，整合所有檢測位的鋼筋間距等鋼筋骨架信息數(shù)據。云端服務器對所上傳的數(shù)據信息與本地標準化數(shù)據庫信息進行對比，對不合格的點位進行標注，生成最終檢測結果報表，再由工人進場校對檢測結果。第三道工序，加固籠的粘結灌漿連接套采用高強度球墨鑄鐵。套筒在定位盤上，底部用注塞螺栓擰緊，保證灌漿套筒垂直立于定位盤上，允許偏差2 mm。第四道工序，鋼筋籠吊裝入模。安裝側面及端頭模板，鋼筋籠入模后，安裝端模和側模以及錨墊板定位安裝。第五道工序，混凝土澆筑。蓋梁砼設計強度為高強混凝土，運用攪拌系統(tǒng)進行攪拌，運輸車運送混凝土至現(xiàn)場，用連接泵車管澆筑。蓋梁澆筑時，從蓋梁的一端（始端）向另一端（終端）連續(xù)澆筑，中間不可停頓。蓋梁澆筑完成后，立刻做起表面抹漿工作。做到表面平整，并應嚴格控制橫向平整度、滿足縱向水平坡度。第六道工序，混凝土養(yǎng)護，砼澆筑完成待砼初凝，且達到拆模要求，拆模后進行蓋布灑水養(yǎng)護。第七道工序，蓋梁鑿毛，待蓋梁強度滿足要求后，用吊具將蓋梁吊裝至檢修臺座進行底部鑿毛，鑿毛要求露出粗骨料。第八道工序，張拉、壓漿、存放，當混凝土強度和彈性模量要求，齡期不少于7 d時，主梁將被張拉。張拉工作完成后48 h內完成灌漿工作，漿液由工人從一端壓入，當另一端有稠漿溢出時，工人做好封死出漿管工作。保持管道中灌漿壓力達到0.5 Mpa，保持3 min的壓力時間，沒有出現(xiàn)滲漏情況的話，關掉灌漿進水管，解除壓力，保證波紋管內漿液密實。灌漿完成后，封錨。最后在廠內存放直至出廠。蓋梁工藝流程圖，如圖2所示。

3 智慧檢測系統(tǒng)常見使用場景

智能檢測系統(tǒng)在上述立柱、蓋梁等橋梁預制構件生產中的使用場景十分頻繁，下面介紹三個常見場景：（1）鋼筋籠箍筋、主筋間距排布情況檢測。（2）箍筋（彎折件）相關尺寸及彎折角度測量檢測。（3）限位框尺寸及孔洞偏差值檢測。

3.1預制構件鋼筋骨架檢測系統(tǒng)

工人綁扎好預制構件鋼筋骨架后，將預制構件鋼筋骨架放置檢測平臺。工人進行離場，檢測設備進入檢測平臺。

檢測設備上的3D相機模組安裝在軌道上[16-17]，從控制房移出，沿著滑軌，到達指定的檢測位P1-Pn，相機移動到P1檢測位，靜止拍照，并完成主筋、箍筋定位，相機繼續(xù)移動到P2檢測位，靜止拍照，并完成主筋、箍筋定位;以此類推，完成所有檢測位，完成檢測后。

3D相機模組返回控制房，將數(shù)據傳回主控制器系統(tǒng)，系統(tǒng)根據設計的預制構件鋼筋骨架數(shù)據開始整合所有檢測位的主筋、箍筋間距數(shù)據，自動保存在連接智能焊接本地數(shù)據庫，方便追溯查詢，等待檢測結束后，檢測系統(tǒng)將會根據鋼筋骨架力主筋、箍筋間距是否符合設計要求給出OK/NG信號，使用標記系統(tǒng)標注不合格位置，同時會發(fā)出間距錯誤預計，隨后工人進入現(xiàn)場，完成后續(xù)改正，優(yōu)化等其他操作。鋼筋骨架檢測系統(tǒng)技術圖，如圖3所示。鋼筋骨架檢測現(xiàn)場圖，如圖4所示。

3.2折彎件視覺測量系統(tǒng)

橋梁鋼筋預制構件經工人彎折工作后，通過平移軌道將構件送入檢測系統(tǒng)，構件在彎折部位檢測系統(tǒng)會通過視覺相機檢測自動掃描彎折情況。其中折彎件自動或者人工上、下料，可以雙方協(xié)商，折彎件尺寸的標準數(shù)據和公差，人工錄入并保存到視覺軟件的配置文件。系統(tǒng)會以保存的視覺配置文件進行對比分析。

在多相機同時拍照、掃描下，拍攝下來的圖片，通過彎折件視覺系統(tǒng)中心處理，其中通過多相機數(shù)據整合分析，進行圖像拼接。圖像拼接后，實現(xiàn)折彎件尺寸測量。尺寸數(shù)據自動保存到智能檢測本地數(shù)據庫，在此本地數(shù)據庫可以方便追溯查詢，對比分析后彎折構件檢測系統(tǒng)會對構件進行OK/NG信號輸出，從而來對比實際彎折件與輸入的彎折件信息是否匹配。對于不同型號的折彎件，通過視覺軟件的“一鍵換型”功能可以調出對應的參數(shù)，從而達到快速換型。為了數(shù)據中單位的切換，相機擁有標定功能，換算Pixel到mm單位。折彎件視覺測量系統(tǒng)技術圖，如圖5所示。彎折件視覺檢測現(xiàn)場圖，如圖6所示。

3.3孔間距測量系統(tǒng)

工人將立板固定在吊機后，通過吊機將立板預制構件放置檢測平臺。工人進行離場，檢測設備進入檢測平臺。檢測機構會通過自我調整系統(tǒng)，自動規(guī)整側板（底座）的位置并卡緊，檢測設備具有X，Y軸向滑臺，可以實現(xiàn)3D相機按照順或逆時針移動，3D相機到達固定的檢測位置如P1-Pn，3D相機到P1檢測位后，保持構件靜止狀態(tài)下進行拍照圖片傳送至智能檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)會完成孔中心定位，3D相機繼續(xù)移動到P2檢測位，保持構件靜止拍照并完成孔中心定位;以此類推，完成一周所有孔的定位后，智能檢測會整合構件一周所有孔的定位結果，檢測系統(tǒng)會測量所要求的孔間距（相鄰、拐角、對面孔間距），同時在終端顯示畫面并拼接出整板圖像，側板（底座）圖像，以及所有孔間距數(shù)據，隨后自動保存在智能檢測本地數(shù)據庫，為了方便追溯查詢，在檢測結束后，給出OK/NG信號，對比是否符合設計所需要求，最后工人將立板預制構件吊裝移出檢測設備。孔間距測量系統(tǒng)測技術圖，如圖7所示。孔間距測量前期圖，如圖8所示。

4 結論

本文介紹了智能檢測在橋梁預制構件的應用，以及詳細介紹了立柱、蓋梁工藝，此些工藝中包含著智能檢測系統(tǒng)的運用，其中有預制構件鋼筋骨架檢測系統(tǒng)，彎折件視覺測量系統(tǒng)和孔間距測量系統(tǒng)等。智能檢測具有提高生產效率，減少因人工造成的失誤。因此，智能檢測在橋梁預制構件的制造中具有較強的實用價值，此系統(tǒng)也可在其他預制構件領域使用，對企業(yè)生產信息化具有重要意義，可推動智能建筑行業(yè)的高速發(fā)展，值得廣泛推廣使用。

參考文獻

[1] 陳榕峰，徐群麗，秦凱強.橋梁裂縫智能檢測系統(tǒng)的研究新進展[J].公路，2019，64（5）：101-105.

[2] 唐彪，彭輝，向靈均，等.橋梁智能檢測技術原理及應用[J].科學技術創(chuàng)新，2020（22）：137-138.

[3] 楚璽，周志祥，鄧國軍，等.模糊圖像的不連續(xù)邊緣智能檢測改進算法[J].吉林大學學報（理學版），2019，57（4）：875-881.

[4] 姚琳琳.光纖光柵壓力傳感器與智能檢測系統(tǒng)研究[D].昆明：昆明理工大學，2017.

[5] 高秀鑫.基于人工智能的高速公路橋梁病害檢測研究[J].北方交通，2021（10）：35-37.

[6] 鐘繼衛(wèi)，王波，王翔，等.橋梁智能檢測技術研究與應用[J].橋梁建設，2019（S1）：1-6.

[7] 王學義.大跨度橋梁智能檢測系統(tǒng)初探[D].廣州：華南理工大學，2017.

[8] 顧玲玲.消防環(huán)境感知與智能檢測處理分析[D].南京：南京郵電大學，2017.

[9] 史紅衛(wèi)，史慧，孫潔，等.服務于智能制造的智能檢測技術探索與應用[J].計算機測量與控制，2017，25（1）：1-4+8.

[10]時念鋒.基于卡口圖像的涉牌違法車輛智能檢測[D].南京：南京師范大學，2013.

[11]左永霞.路面破損智能檢測系統(tǒng)的關鍵技術研究[D].吉林：吉 林大學，2013.

[12]戴樺，李景，盧新岱，等.智能檢測WebShell的機器學習算法[J].網絡與信息安全學報，2017，3（4）：51-57.

[13]陳繼溢.正射影像鑲嵌線快速檢測方法研究[D].北京：中國測繪科學研究院，2015.

[14]王愛麗.基于計算機視覺的行人交通信息智能檢測理論和關鍵技術研究[D].北京：北京交通大學，2016.

[15]朱維娜，林敏.基于隨機共振和人工魚群算法的微弱信號智能檢測系統(tǒng)[J].儀器儀表學報，2013，34（11）：2 464-2 470.

[16] Sourav D，K.M，Mamidala L，et al.An Experimental Study on Advanced Lane Changing Signal Assist Technology with Smart Helmet[J].Materials Today：Proceedings，2020（prepublish）.

[17] Israel C，Sergio M，Juan Q，et al.Smart Helmet 5.0 for Industrial Internet of Things Using Artificial Intelligence.[J].Sensors（basel， Switzerland），2020，20（21）.

Application of Intelligent Inspection in Bridge Prefabricated Components

HU Feige1，RAO Lu1，YAN Hongyu1，WANG Xiaolong1，F(xiàn)AN Yangbiao2

（1.Zhejiang Jiaogong Group Co.， Ltd.， Hangzhou? Zhejiang? 310000;

2.School of Civil Engineering， Shaoxing University， Shaoxing? Zhejiang? 312000）

Abstract： In order to improve the construction quality of bridge prefabricated components， the intelligent detection technology is used comprehensively to realize the detection of bridge prefabricated components and reach the standard of bridge prefabricated components.In the process of column and cover beam of bridge prefabricated component， the detection system of reinforcement frame of prefabricated component， the visual measurement system of bent component and the measurement system of hole spacing are introduced in detail.The intelligent inspection system improves the production quality of bridge prefabricated components and provides valuable reference for the application of intelligent inspection in other industries.

Keywords： intelligent detection; bridge prefabricated components; production quality

收稿日期：2021-12-05

作者簡介：胡飛鴿（1981—），女，湖南邵陽人，碩士研究生，高級經濟師，研究方向：工程管理與信息化。