淺談智能設備在高鐵箱梁預制中的應用優勢

摘 要：通過施工中的具體應用可知，使用智能設備可以提高高鐵箱梁的施工質量、生產效率和安全系數。總結出智能設備在高鐵制梁場工廠化施工作業中充分發揮了它的性能和優勢，得出箱梁的生產過程中投入智能設備，不僅提高了生產速度，還能保證產品質量的結論。

關鍵詞：高鐵建設；質量；智能設備；施工生產；應用優勢

中圖分類號：U445.8" " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）03-0048-03

0 引言

近年來，高鐵施工生產標準和工藝不斷提升，對箱梁預制提出了更多新的規范和標準。箱梁生產過程中使用智能設備，可以避免受施工人員技能、素質差距大、人員流動頻繁以及氣候、工期的影響，更有效解決了外部環境因素復雜多變施工標準難以控制的問題，進一步減少人為和其他因素對質量的影響。高科技智能設備全面投入不僅提高了生產速度，而且保證了產品質量。本文就智能設備在預制箱梁生產過程中的應用優勢進行了深入分析。

1 智能設備使用的目的

智能設備具有精度高、設置固定、標準操作的優勢，在投入使用過程中，只需按照技術要求輸入對應的參數，就可以按照要求保質保量完成作業任務。生產過程中受外界影響因素小，尤其是明顯的減少了人為因素造成的質量缺陷，杜絕了因人員技術水平、工作素質、流動大等原因帶來的施工質量隱患，同時也大大的加快了工作效率，提高了產品質量，滿足了標準化作業的要求[1]。

2 箱梁預制生產中應用傳統設備存在的一些問題

2.1 鋼筋加工

采用半自動鋼筋加工機械設備，鋼筋加工定位不準確，刀頭工作誤差大，加工出的鋼筋半成品存在尺寸偏差超標的問題，合格率低等質量問題，且生產效率低，人工投入多。且機械設備設計簡單，防護系數低，安全隱患較大。

2.2 內模安裝

大部分梁場在拆裝內模時，都采用卷揚機進行拖拽。安裝過程中，由于卷揚機固定位置偏移中心線，運行速度不可調控，內模在進入內腔時難以精準把控位置，導致支腿受外力發生傾斜或錯位，出現內模支撐不到位的現象，使預制梁體箱內變截斷位置出現錯臺。拆卸時由于托拽速度不均勻，易發生刮蹭出現混凝土掉塊的情況。

2.3 預應力張拉作業

采用人工手動操作液壓閥門控制的張拉設備，張拉時間和荷載都難以嚴格按照技術標準執行。純靠施工人員憑經驗手動操作，誤差率很高，工人操作繁瑣，作業時要不間斷來回地看油表和測量鋼絞線伸長值，工作效率極低。預應力施工質量受工人技術水平和經驗的影響因素大，質量控制難度大。

2.4 孔道壓漿

半自動壓漿設備由壓漿攪拌臺車、螺桿保壓罐漿機、真空泵組成，在操作中受到人為因素影響，漿液質量、壓漿壓力、保壓時間以及抽真空都不能受到嚴格控制，預應力管道壓漿質量難以得到保障，直接給梁體質量帶來隱患。

2.5 防水涂刷

手工涂刷厚度不易控制，涂層厚度不一且表面容易產生氣孔和“淚滴”，使得防水層出現凹坑和淚痕，既保證不了質量要求還影響美觀，作業時又常常灑落地面較多涂料造成環境污染和浪費，且作業及不方便，人員需借助爬梯上下移動，效率低下。

2.6 靜載試驗

傳統的靜載試驗需要10臺液壓泵站，加載試驗時需要10個操作手，6個讀數人員，1個指揮人員，2個記錄人員，需要耗費大量的人力資源。而且很難保證10個千斤頂同時受力，同步加載，試驗數據存在偏差，可能出現由于加載不均衡給梁體帶來內傷。

2.7 噴淋養護

采用人工噴灑養護劑或灑水養護，難以做到全覆蓋、定時定點全面養護。因養護不均勻不及時，混凝土表面因水分流失過大而產生裂紋，更嚴重的會影響混凝土水化熱反應，使梁體混凝土強度受到影響。

3 智能設備在箱梁預制中的具體應用

在梁場標準化作業和質量不斷提升的要求下，各機構研制出了許多適用于梁場的智能設備，用智能化的設備來控制箱梁預制中的一些質量問題。

3.1 數控鋼筋剪切生產機器人

數控鋼筋剪切生產機器人的應用優勢是只需在系統里輸入加工參數，把原材放到指定位置，一鍵啟動，設備就可以按照既定工序流程進行切割作業，并且一次性剪切多根鋼筋。按尺寸切斷的鋼筋不需要人工搬運，設備會將切好的料自動卸到指定地方，即保證了質量又節約了原材料，改變了以往人工送料切斷時鋼筋尺寸誤差大、效率低、隱形浪費原材的問題。

3.2 新型鋼筋數控定位網電阻焊加工系統

新型鋼筋數控定位網電阻焊加工系統，通過鋼筋數控調直機設備完成自動切斷、人工喂料、自動定位、自動焊接等工作。數控定位焊接加工設備能夠根據設置好的參數進行有序焊接，實現了定位網片精準焊接全自動化生產，大大提高了焊接點的質量和精準度。不需人工佩戴防護眼罩作業，減小了對工人眼部的傷害，只需在設備焊接部位設置防護罩，防止焊接強光外射，降低了對附近工作人員的眼部危害。使用此設備既提高了焊接質量、焊接精度，還減少了操作人員用眼的傷害[2]。

3.3 四軸臥式U型鋼筋彎曲加工中心

四軸臥式U型鋼筋彎曲加工中心應用優勢為箱梁U型鋼筋加工歷來存在精度差，操作人員多，勞動強度大等難題。新型四軸臥式U型鋼筋彎曲加工中心，通過與電磁數控吊裝系統聯動作業，實現了原材料自動上料、數字化下料，傳輸、彎曲成型的自動化生產線。省去了大量的人力，增加了作業空間，提高了作業的安全性。加工的U型鋼筋半成品精度高，由此提高了后續鋼筋綁扎的質量和效率。

3.4 內模自動走行系統

在內模存放臺底下安裝2套驅動系統，內模進出時通過控制液壓系統帶動走行減速機經過驅動齒輪撥動內模上的齒條，從而使內模自動沿著走行軌道進入制梁臺座，實現內模的自動走行、定位準確。其具有準確、勻速、安全、易操作等特點，有利于提高安裝定位精準度和作業效率，減少因內模安裝偏移或錯位在澆筑時梁體產生錯臺，提高了梁體質量。

3.5 箱梁模板自動打磨噴涂系統

箱梁模板自動打磨噴涂系統采用鋼絲滾刷仿型設計，集電氣、自動與液壓控制于一體，沿著模板凹槽型設計一個U型走行作業系統，將鋼絲刷固定在凹槽線設備的下前沿，中間安裝形狀匹配的拋光設備，在設備后沿安裝噴涂設備。模板自動打磨噴涂設備在接到指令后，只需要沿著模板從一個端頭到另一個端頭行走一遍，即可在0.5 h內實現箱梁外模板的打磨、拋光、除塵、噴涂等全流程自動化作業。而且能夠做到全面無遺漏，能夠真正高效的解決模板清理和噴涂均勻的疑難問題，提高了梁體外觀的質量[3]。

3.6 智能張拉一體臺車

預應力張拉是橋梁施工中的關鍵工序，其施工質量的好壞會直接影響結構的耐久性。智能張拉是指不依靠工人手動控制，而是利用計算機智能控制技術，通過微電腦自動操作，完成鋼絞線的張拉施工。智能張拉一體臺車精度高穩定性強，能完全排除人為因素干擾，有效確保預應力張拉施工質量，是目前國內預應力張拉領域最先進的工藝。

技術人員在系統里輸入固定的張拉參數，工人無權限隨意改動，設備會嚴格按照系統流程進行作業，杜絕了工人為了省時省力隨意改變張拉參數的現象，大大提高了張拉質量。張拉系統通過位移和受力自動分析和控制張拉的拉力和鋼絞線的伸長量，并且可以同步保存每一孔梁的張拉時間、張拉參數等數據以及對應的作業人員姓名，達到追本溯源的目的。使用此設備不僅能夠嚴格控制箱梁的張拉質量，并且能夠在后期準確有效的原因追溯。

3.7 智能壓漿一體臺車

智能壓漿一體臺車集水泥和壓漿劑倉儲、配料攪拌、自動壓漿、計量、語音提示、數據采集、自動清洗等功能于一體的車載設備，實現了制漿、真空輔助壓漿兩大關鍵工序自動化協同控制，消除了人工制漿出現的稠度不穩定、用量不穩定以及抽真空不連續、壓漿不飽滿、保壓時間斷等帶來的質量缺陷，大大提高了壓漿質量的穩定性以及施工質量與效率。同時還具有保存數據、追本溯源的功能，并減少了人工倒料時的肺部污染，對工人的健康也起到了很好的保護作用。

3.8 錨穴自動化鑿毛切割機器人

錨穴自動化鑿毛切割機器人以多功能運輸底盤為載體，搭載智能化機械手臂，集成激光發射器、迎角感應器、電驅動鑿毛、切割刀頭于一體，實現了鑿毛、切割兩大關鍵工序自動化協同作業。通過3D掃描自動找尋錨穴位置，實現了錨穴鑿毛精準定位，被鑿毛部位深度一致、全覆蓋，還具有全自動切割鋼絞線的功能。使用錨穴自動化鑿毛切割機器人不但能提高工作效率，還避免了以往鑿毛作業中錨穴混凝土掉塊引起的封錨不牢靠等質量問題，減少了鑿毛和切割產生的粉塵給工人帶來的肺部污染。

3.9 梁端智能噴涂機器人

梁端智能噴涂機器人以多功能運輸底盤為載體，搭載的智能化機械手臂上安裝混合噴涂裝置，在智能系統的控制下，驅動雙組分噴槍，實現自動計量，自動混合涂料，按照預設軌跡自動行走定位。通過智能系統的控制，可以減少因人為拌料時配比不穩定出現的防水涂料性能不穩定的現象。智能噴涂操作系統結合3D打印技術進行循環噴涂作業，能夠快速高效均勻地噴涂防水涂料，不會再出現人工涂刷時的淚痕、不平整以及污染梁體等現象，也能夠輕易實現多次噴涂達到厚度要求。

3.10 智能噴淋養護系統

智能噴淋養護系統指通過一鍵啟動可以實現全周期全方位全覆蓋自動養護。智能養護系統由手機APP遠程對主機進行控制，主機對每路噴淋管道和旋轉噴頭等進行操控。整個體統采用增壓泵提供壓力，將循環水配送至每個噴淋養護區域。養護噴頭在水壓的作用下，按照預設的角度進行往復噴淋作業。每個分路都通過電子閥與主機電腦系統連接，實現分區同時噴淋養護。智能化養護系統自動操作，省時省力，極大的提高了養護質量和效率。

4 智能設備的成本優勢

智能設備雖在初期要投入較大的費用，但在投入使用過程中，它可以保證安全、提高質量、節省人力、節約時間，大大減少因為質量問題而產生的返工費用，能夠改善施工工藝，保證產品質量，避免發生不可逆的質量問題，特別是能有效的控制隱蔽工程的施工質量。在提高效率的基礎上還能減少安全事故的發生，避免了因工人勞累，操作水平差，引起的安全事故。從全局和長遠來看，智能設備能減少人力物力的投入，降低安全事故的發生，避免質量缺陷的發生，在降低施工成本方面發揮了絕對優勢。

5 智能設備在箱梁預制中的應用優勢

5.1 智能設備的工期優勢

在生產過程中投入智能設備，可促使整個生產流程合理化合規化進行，各工序的生產效率得到提高。在“數智化指揮中心”的統一管理下，通過計劃、生產、提運架等全環節智能指揮調度，實現了梁場各工序的緊密銜接和設備工機具的有效流轉利用。并可對全工序安全質量數據的動態采集、實時匯總、自動判別、自動報警、自動定位、動態提醒、快速反饋，從而達到閉環管理的目的，在安全質量可控的情況下加快了箱梁預制的生產周期。

5.2 智能設備的安全優勢

從人的角度出發，智能設備的使用，減少了人員的投入，避免了工人直接操作，從一定程度上規避了因人員交叉作業、不負責、過度勞累、技能水平、身體素質等因素帶來的安全隱患。

從設備的角度出發，智能設備安裝有各類安全防護裝置，杜絕了違規操作、不合理使用等帶來的機械傷害。而且智能設備都采用弱電控制，操作人員接觸不到動力電源，減少了觸電傷害的發生。

智能設備通過微電腦程序控制，工作流程按擬定好的程序進行。在研發過程中加入各類傳感器，全面考慮到安全防護性能，減少了人員受傷等安全事故的發生。

6 智能設備使用注意事項

智能設備屬于高科技信息化產品，對于電源的穩定性要求比較高，要盡可能避免智能機在使用過程中發生突然斷電的現象，尤其是在系統使用過程中，如果經常突然斷電，勢必會造成系統損壞，所以要確保電源穩定供電，這樣才能有效的保護智能設備。

智能設備屬于比較敏感的感應類設備，所以在使用過程中要采取定人定機管理制度。具體有以下4點：①使用前，要組織使用人員接受操作培訓，工程技術部和設備部部負責安排技術人員講解。②操作人員要清楚所使用設備的日常保養知識和安全操作規程，熟悉設備性能。③使用人員要嚴格按操作規程作業，經常性地檢查設備情況。④注意使用環境，對溫度、濕度、防塵、防震等要求高的設備，工作條件要嚴格控制，為設備創造適當的環境條件。

7 結語

高速鐵路建設正在飛速發展，對箱梁預制標準化生產和質量的控制也提出了更高的要求。在以后的高鐵建設中，智能設備將會快速升級，設計得更加人性、實用。智能設備也將會逐步全面投入到施工建設當中，做到解放人類的雙手，減輕人類勞作負擔，提高施工質量和效率。智能設備會以它獨有的優勢會被人們推廣使用，為施工行業做出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 韓曉強，劉文薦.鐵路智能化預制梁場實踐[J].中國鐵路，2021 （9）：73-78.

[2] 張東青.信息化與智能化在高鐵預制梁場中的創新應用[J].山西建筑，2018，44（2）：130-131.

[3] 李巍.智能化施工技術在鐵路預制梁場的應用[J].建筑工程技術與設計，2018（4）：114-115.