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——四川沿江高速寧攀段“智慧梁廠”2.0應用紀實

文 G4126線寧南至攀枝花段高速公路設計施工總承包ZCB1-19項目部 陳杰 王洋 四川沿江攀寧高速公路有限公司 鄒育麟 黃志勇

概算總投資934.312億元的沿江高速是目前我國高速公路建設史上在建單體投資規模最大的高速公路項目。作為交通運輸部“自動化作業技術交通運輸行業研發中心”智能建造示范基地的重要組成部分，沿江高速“智慧梁廠”2.0項目不久前正式投用，其中涉及多項智能建造“黑科技”，顛覆了傳統預制T梁生產模式，為山區高速公路橋梁建設積累了寶貴經驗。

機械臂綁扎和焊接

G4216屏山新市至攀枝花高速公路（以下簡稱“沿江高速”）由宜賓新市至金陽段、金陽至寧南段和寧南至攀枝花段組成。因路線沿金沙江布設，故稱“沿江高速”，是國家“一帶一路”倡議與“長江經濟帶”戰略的重大支撐項目，是推動烏蒙山區、大小涼山彝族聚居區致富奔康的重要民生工程，計劃于2025年建成通車。

沿江高速主線全長426.928公里，支線全長19.316公里，橋梁219座/106.3公里、隧道93座/267.8公里、連接線27條/66.176公里、互通31處，因受金沙江沿線山高谷深、地形復雜等條件的制約，橋隧比高達84%。極高的橋隧比，也意味著橋梁和隧道建設將極大影響沿江高速整體工程進度。

依托于沿江高速寧南至攀枝花段（以下簡稱“寧攀段”）ZCB1-19項目，由蜀道高速集團投資建設，四川路橋公路隧道分公司承建的沿江高速“智慧梁廠”2.0項目作為交通運輸部“自動化作業技術交通運輸行業研發中心”智能建造示范基地的重要組成部分，不久前正式投用。與傳統梁廠相比，“智慧梁廠”2.0優勢在哪里？應用效果又如何？

構建“智慧梁廠”2.0的必要性

國內現階段的大多數預制梁廠仍然采用傳統的施工模式與工藝，通常存在著預制產品質量難以控制、預制場臨時投入成本較大、生產效率普遍較低、管理人員和生產工人較多、因建設預制場而增加臨時用地、預制場污染生態環境等問題。

“傳統的制梁廠內灰塵彌漫、噪音巨大，每次從里面出來就是一身灰……”談及“智慧梁廠”2.0帶來的變化，一位工人感慨道，“如今只需操縱機器，便可實現T梁混凝土的自動澆筑。此外，智慧梁廠還實現了鋼筋制作、混凝土澆筑、梁板運養的無人化。”

“智慧梁廠”2.0除了減輕污染，還極大地提升了效率。據項目負責人介紹，“智慧梁廠”2.0需完成5913片預應力混凝土簡支T梁，涉及全線98座橋梁，如果采用傳統生產工藝，需300人耗時一年半才能完成。如今，僅需70人，一年時間即可。

隨著中國制造2025的到來，施工自動化換人、機械化減人的趨勢越來越明顯，施工技術改革創新勢在必行。當前，雖然國內外的一些建設單位在單個工序上采用了機械化施工，但并未將整個流程智能化，沒有將各工序點連成生產線，實現流水線施工。“智慧梁廠”2.0不僅在全工序生產上實現了自動化和智能化，還利用云計算和大數據等技術，研發出了一套信息化管理系統，可將各工序點按照施工順序串聯并形成整套流水線生產模式，具有生產效率高、施工成本低、安全風險小、過程可視化、管理智能化的特點。

全工序智能應用

通過針對山區高速公路智慧梁廠開展系統性研究，充分發揮設計施工深度融合特點，“智慧梁廠”2.0在人員管理、環保監測、鋼筋工程、混凝土工程、模板工程、預應力工程、運架體系、信息化管理8個方面，全面實現了橋梁預制構件生產“五化”建設，即施工流程標準化、機械設備智能化、生產過程可視化、業務管理信息化、管理決策科學化。

“智慧梁廠”2.0全自動標準化生產技術離不開信息管理平臺這個“智慧大腦”，通過“1+N”數據集成體系，把生產的各環節全部融入到中樞神經，實現集中控制。“智慧梁廠”2.0著力BIM技術研究和開發，以互聯網和物聯網技術為核心，搭載可視化管理系統，通過數據管理駕駛艙，把T梁鋼筋制作安裝、運輸、混凝土拌和與預制生產無縫銜接，可清晰動態地展示每一片T梁的生產、存放、架設全過程；同時可收集最真實、最全面的數據，形成數據中心，有效進行數據溯源管理，自動修正和科學指導生產行為，可在實現數據共享的同時，讓技術員少跑腿、數據多跑路，為現場生產提供科學的決策依據。

自動化鋼筋生產線

傳統鋼筋加工與安裝仍采用“數控設備+胎架+人工作業”模式，作業勞動強度大，施工安全性低，施工機械化水平較低。

信息化管理平臺（數據駕駛艙）

T梁頂腹板生產線

對此，項目建設方聯合國內先進生產廠家和設計院，結合構件鋼筋特點，進行機械化鋼筋加工綁扎等研究，實現了鋼筋制作、綁扎均在鋼筋廠內完成流水線生產，通過中控室下達生產任務，使數控設備按照預制T梁所需鋼筋進行自動加工制作；由機械臂自動從事拾取、存放、安裝、綁扎和焊接作業，確保全部鋼筋制作和綁扎基本由設備完成，達到了機械化換人目的；集成管控鋼筋加工廠內的所有加工設備，達到了自動化減人目的；加工制作完成的鋼筋籠可由智能控制、自動行駛的運輸小車轉移至預制區。

一鍵開合數字模板技術

針對預制T梁模板施工作業勞動強度大、作業密集且效率不高等問題，項目建設方聯合國內先進生產廠家整體規劃預制區，并采用“固定模板+移動臺座”的新型預制方式升級改造預制梁液壓模板。通過預先設定幾何尺寸對預制梁液壓模板進行數字化管控，確保預制梁幾何尺寸以毫米計；同時開發一鍵開合技術，按不同生產區域劃分移動臺座，實現對所有流水線生產的數字化集成管控。

T梁預制移動臺座

一鍵開合數字模板

混凝土無人拌和技術

拌和站無人拌和系統

為改變傳統“拌和機+人工+罐車”的拌和運輸模式，項目建設方自主研發了“無人拌和設備+自動化系統+PCWP系統+物料收發系統”的混凝土自動拌和運輸模式，通過信息化平臺對拌和站下達生產指令，魚雷罐可自動移動到拌合樓接料口；拌和站在生產過程中自動采集每盤混凝土的配合比、拌和時間、塌落度等關鍵參數，遇到異常情況，能夠實時預警；自動化快速檢測原材料的質量、含水率，為施工配合比提供依據。

魚雷罐運輸澆筑

傳統預制梁廠在運輸與澆筑混凝土時主要采用“罐車運輸+料斗布料+人工振搗+附著式振搗”方式，項目部在對“混凝土運輸+澆筑”進行整體研究并結合國內外先進生產工藝，創新采用了“魚雷罐運輸混凝土+布料器布料+自動振搗系統”的方式。

魚雷罐混凝土運輸

布料器混凝土布料

該方式可對混凝土運輸至振搗全過程進行一鍵化操作；可根據混凝土塌落度、入模溫度等參數自動附著式振搗，并輔以人工振搗；可根據振搗系統信息化管理平臺的實時記錄，修訂混凝土振搗效果；還可智能質檢全部工序并自動采集檢測數據。

混凝土養護技術

傳統的預制梁廠在混凝土養護方面主要采用“自動噴淋系統或人工養護+小型蒸汽發生器養護”的方式，以提升養護質量、縮短養護時間及各工序的銜接時間。

混凝土蒸汽養護裝置

為提高臺座利用效率、縮短工序銜接時間，使預制T梁張拉達到兩天，示范基地采用特制小棚進行封閉升溫養護，通過系統對蒸養時長、溫度、濕度、升降溫速率等關鍵參數進行監控、分析及預警，生成構件養生臺賬記錄，并由此分析構件養生質量，進而對預應力構件實現養生全周期智能化監管。同時，示范基地還與試驗室聯動，及時推送試驗數據，指導下步施工。

智能張拉壓漿系統

傳統的預制T梁張拉壓漿系統均采用“智能張拉+智能養護”的方式，無法實時監測張拉壓漿數據，從而造成預制T梁會在張拉壓漿過程產生一些不確定問題。為避免不確定問題的發生，“智慧梁廠”2.0采用“智能張拉+智能壓漿+信息化管理平臺”的管控手段，智能控制張拉應力、加載速率、持荷時間，記錄張拉應力與伸長量，校核應力與伸長量，并對異常情況預警；精確控制水膠比、壓漿方向、自動調節壓力與流量，自動記錄壓漿數據、穩壓時間，以便更好地保證壓漿效果飽滿密實。

智能壓漿機

AGV自行走張拉設備

信息化平臺管理技術

在“智慧梁廠”2.0建設過程中，項目方通過升級原有系統，實現了工序轉換自動化確認；新增設備管控模塊，監管特種設備運營狀態，強化材料管理模塊；新增拌和站系統、智能張拉系統、實驗室系統，使平臺更加完善、智能；以互聯網和物聯網技術為核心，搭載可視化管理系統，通過數據管理，把T梁鋼筋制作安裝、拌和系統、預制生產連接起來，以清晰動態展示每一片T梁的生產、存放、架設全過程，全方位收集最真實、最全面的過程數據，形成數據庫中心；充分結合BIM技術，在數據庫中心的基礎上，全方位、多維度分析、統計智慧梁廠的生產效能，自動修正、科學指導生產行為，為現場生產提供科學決策依據。

特種設備管理系統

傳統的特種設備操作模式為“人工+警報器預警”，這一模式的弊端是造成操作過程存在多種不確定因素，從而引發事故。

對此，項目方結合國內先進的生產工藝和智能管控手段，對特種設備進行升級改造，實現操作工準入制，禁止無證操作；設備應用可視化管理，杜絕違規作業；對主要受力構件應力實現監測全覆蓋，杜絕出現構件疲勞損傷情況的發生；實施特殊工況管理，包括運梁炮車動態實時監控、架橋機主梁自動調平，橫移軌道平行度自動監測、梁板安裝可視化操作。

信息化系統平臺

特種設備管理系統

成效對比分析

通過收集、整理“智慧梁廠”2.0的實際生產運行數據，與傳統梁廠相關數據進行對比，分析數據如下：

鋼筋工程

智慧梁廠根據試驗數據進行分析，每兩個小時需要6人完成1片25米梁板鋼筋制作和安裝；每兩小時需要5人完成1片25米梁板鋼筋運輸和組裝。

傳統梁廠根據目前采用的鋼筋制作及綁扎計算，每6小時需要8人完成1片25米梁板鋼筋制作和綁扎。

結論：施工效率提升50%，施工作業人員減少50%。

模板工程

智慧梁廠分析智慧梁廠目前設備使用情況，每兩個小時需要5人完成1片25米梁板模板安裝和拆除。由于該項目橫隔板采用后澆施工方式，每兩個小時需要4人完成1片25米梁板橫隔板模板安裝和拆除。模板工程合計每3.6小時需要5人。

傳統梁廠根據傳統吊裝模板計算，每3.5小時需要8人完成1片25米梁板模板安裝和拆除.

結論：施工作業人員減少36%；由于分開作業，施工效率提升44%。

混凝土工程

智慧梁廠通過分析智慧梁廠采用的智能拌和設備、魚雷罐、布料器使用情況，每小時需要5人完成1片25米梁板混凝土運輸和澆筑。

傳統梁廠根據傳統梁廠采用的“吊罐+罐車”施工方式計算，每兩小時需要6人完成1片25米梁板鋼筋制作和綁扎。

結論：施工作業人員減少17%；由于分開作業，施工效率提升50%。

預應力工程

由于“智慧梁廠”2.0的混凝土張拉和壓漿均采用智能設備，在施工工序上與傳統模式下的施工作業人員和設備相差不大，根據實際施工情況進行分析計算，兩種施工模式下每兩個小時均需要6人完成1片梁板張拉和壓漿。

鏈接

“智慧梁廠”2.0的用電量（單位：月）

養護∶267271度

布料器∶6644度

魚雷罐∶4111度

鋼筋房∶14715度

對焊機∶1326度

“智慧梁廠”2.0采用整套流水線生產模式，實現了全天候預制生產，并通過與工廠化生產深度切合，有效提高了預制效率和工程實體質量，為山區高速公路工業化生產積累了寶貴經驗，也開創了預制梁全過程自動化生產線和全系統智能化管理的先河，形成了“創新智造+數據賦能+工匠品質”的制造高地新格局。