深中通道數(shù)字建造賦能綠色發(fā)展

劉健 陳瑤 許晴爽 劉迪 黃厚卿 王強 劉學欣

(1.深中通道管理中心，廣東 中山 528400；2.交通運輸部科學研究院，北京 100029；3.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040；4.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461）

在全球經(jīng)濟競爭日趨激烈的背景下，數(shù)字化與綠色化成為社會轉(zhuǎn)型發(fā)展的兩大趨勢。2021年3月，我國將打造智能綠色的現(xiàn)代化基礎設施體系作為第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標。為進一步貫徹落實國家發(fā)展戰(zhàn)略，廣東省交通運輸廳于2022年8月印發(fā)了《廣東省“十四五”綠色公路建設實施方案》，明確將“重視技術創(chuàng)新、促進綠色轉(zhuǎn)型”“推進數(shù)字公路、實現(xiàn)智慧升級”等作為發(fā)展方向，支撐推動綠色公路高質(zhì)量發(fā)展。由此可見，數(shù)字化和綠色化協(xié)同發(fā)展是經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需求，同時也是“十四五”乃至更長時期我國公路建設高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。

深中通道作為世界級的“橋、島、隧、地下互通”集群工程，是國家“十三五”重大工程和《珠三角規(guī)劃綱要》確定建設的重大交通基礎設施項目。與此同時，深中通道工程建設在質(zhì)量、精度、防腐、工效、工期控制等方面也面臨著極高的挑戰(zhàn)。深中通道通過鋼殼智能制造、智能澆筑、智慧梁場、智慧管控等全面提檔升級，以數(shù)字化賦能超級工程綠色化建設，打造交通強國國家戰(zhàn)略下的綠色智能公路標桿。

1 深中通道數(shù)字建造技術及實施效果

1.1 流水線自動化鋼殼制造

深中通道雙向八車道沉管隧道采用鋼殼混凝土結(jié)構，其建設規(guī)模和難度均為世界之最。為滿足大規(guī)模、高精度、工期緊等需求，深中通道在港珠澳大橋沉管隧道加工實現(xiàn)工位自動化的基礎上，研發(fā)了國內(nèi)首條鋼殼沉管“四線一系統(tǒng)”的流水線自動化智能制造技術，如圖1所示，包括鋼殼板材/型材切割智能生產(chǎn)線、片體智能焊接流水線（如圖2所示）、塊體智能焊接生產(chǎn)線、智能噴涂生產(chǎn)線及車間制造執(zhí)行過程信息化管控系統(tǒng)，其中塊體智能焊接和智能涂裝技術為國內(nèi)首次開展，通過應用焊接機器人實現(xiàn)片體、塊體自動焊接，實時糾偏，智能化節(jié)拍控制。采用智能化無塵拋丸作業(yè)、智能化噴涂、物料自動供應系統(tǒng)等智能設備替代人工作業(yè)進行小節(jié)段涂裝，可大幅提升鋼殼結(jié)構制造品質(zhì)及工效，減少焊接、噴涂損耗量，避免重復加工、返工等無效損耗，工人數(shù)量減少50%以上，避免噴涂過程產(chǎn)生的VOC（揮發(fā)性有機化合物）氣體危害工人健康，全鏈條打造經(jīng)濟高效的鋼殼智能化綠色生產(chǎn)線。

圖1 沉管鋼殼“四線一系統(tǒng)”生產(chǎn)線

圖2 沉管鋼殼片體智能焊接生產(chǎn)線

1.2 高流動自密實混凝土鋼殼智能化澆筑

深中通道在國際上首次研發(fā)了基于BIM、智能傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術的鋼殼混凝土智能澆筑系統(tǒng)，如圖3所示，通過計算末端管與混凝土漿面的距離，自動控制末端管，根據(jù)澆筑參數(shù)實時調(diào)整泵速，提高自密實混凝土澆筑質(zhì)量和效率；實現(xiàn)自動化有序多倉格同時澆筑，保證倉格澆筑無遺漏，有效減少返工，縮短工期；實現(xiàn)智能化精準尋孔、智能行走和越障及自動停止倉管澆筑，避免因混凝土溢出而造成混凝土浪費或產(chǎn)品作廢，自密實混凝土智能澆筑臺車如圖4所示；通過研發(fā)應用陣列式智能沖擊映像設備，實現(xiàn)鋼殼混凝土缺陷脫空位置、脫空面積、脫空高度的精準高效檢測；同時可實現(xiàn)混凝土澆筑全過程智能化精細化信息管理和全過程監(jiān)控。與傳統(tǒng)澆筑工藝相比，每條生產(chǎn)線可節(jié)省人力700人，沉管預制工期有效縮短至30天/節(jié)，澆筑單個艙格減少混凝土浪費0.2m3，具有效率高、風險低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

圖3 自密實混凝土澆筑智能控制系統(tǒng)

圖4 自密實混凝土智能澆筑臺車

1.3 全方位智慧化預制梁場

深中通道智慧梁場，如圖5 所示，包括鋼筋自動加工系統(tǒng)、混凝土智能控制系統(tǒng)、監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)和管理平臺；采用數(shù)字化加工制造技術，實現(xiàn)鋼筋生產(chǎn)全過程自動化、智能化管理；通過控制液壓系統(tǒng)及走行電機，實現(xiàn)外模自動走行定位，自動整體抬升、平移等功能；采用液壓系統(tǒng)和走行臺車，實現(xiàn)混凝土箱梁自動脫模。智能化混凝土輸送中心集約攪拌生產(chǎn)系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)，實現(xiàn)全程智能化管理；拌和站通過BIM系統(tǒng)實現(xiàn)智能遠程操控；料倉內(nèi)設自動噴霧系統(tǒng)降塵。實施智慧梁場后，實體鋼筋保護層厚度合格率及實體混凝土強度檢測合格率達100%，鋼筋加工效率提高40%，生產(chǎn)全過程效率提高25%，材料損耗率降低30%，勞務人員投入減少28%，作業(yè)工時平均降低40%，實現(xiàn)預制梁安全、高品質(zhì)、高工效生產(chǎn)。

圖5 智慧梁場生產(chǎn)線布局

1.4 全壽命周期BIM智慧管控

深中通道探索“互聯(lián)網(wǎng)＋BIM＋現(xiàn)代工程管理”發(fā)展新思路，全過程應用BIM技術，實現(xiàn)全生命周期數(shù)字化管理，打造交通領域樣板工程。在設計階段，針對沉管鋼殼和東、西人工島等特殊構筑物，采用全線三維數(shù)字化協(xié)同設計與交付，實現(xiàn)參數(shù)化正向設計、自動算量及自動出圖，通過精細化、智能化設計，提高設計效率，降低工程造價。在施工階段，創(chuàng)建工程場地等模型，開展場地規(guī)劃與布置工作，優(yōu)化場地空間利用；打通模型與設備間的通道，實現(xiàn)鋼殼、鋼箱梁智能制造；構建集工程信息化、數(shù)字簽名與電子檔案于一體的協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)工程全壽命周期關鍵信息互聯(lián)共享，促進參建各方工作協(xié)同，實現(xiàn)項目管理無紙化。在運維階段，開展數(shù)字化模型深化和建養(yǎng)數(shù)據(jù)銜接工作，實現(xiàn)基于BIM的可視化管養(yǎng)、資產(chǎn)管理、健康監(jiān)測、機電協(xié)同和應急管理。

深中通道采用BIM技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享，使溝通更為便捷、成本更為低廉、協(xié)作更為緊密、管理更為高效，助力智能制造、智慧工地建設，工程質(zhì)量和進度顯著提高，全生命周期資源能源利用統(tǒng)籌更加合理，是數(shù)字建造賦能深中通道綠色建設的最佳詮釋。

2 思考與建議

2.1 加強以工程建設全生命周期降碳為導向的數(shù)字化技術創(chuàng)新

深中通道全方位實施數(shù)字化建造技術及數(shù)字化管控平臺，在施工安全性、高效性、綠色化、高質(zhì)量、經(jīng)濟性方面發(fā)揮了顯著作用，為交通行業(yè)跨海工程建設提供了示范性技術參考。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面推進的當下，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是推動綠色轉(zhuǎn)型、助力實現(xiàn)“雙碳”目標的重要抓手，是實現(xiàn)綠色發(fā)展的重要手段和途徑。工程建設過程中的碳排放已成為交通工程全生命周期不可忽視的環(huán)節(jié)，將碳排放核算納入設計，以降碳為導向進行數(shù)字化技術研發(fā)與模擬，有助于降低制造與運行能耗，促進節(jié)能減排，提升資源利用效率。

2.2 構建完整的數(shù)字化“雙碳”監(jiān)管體系，深化綠色施工

深中通道鋼殼智能制造、澆筑、混凝土生產(chǎn)、隧道疏浚等各環(huán)節(jié)應用實時監(jiān)控系統(tǒng)，采用BIM技術對全線進行視頻在線監(jiān)控，有效保證了施工進度、質(zhì)量及施工人員安全，實現(xiàn)施工數(shù)字化高效管理。施工過程碳排放監(jiān)管對調(diào)整作業(yè)方式、促進綠色發(fā)展具有重要意義，然而本項目在施工過程中的碳排放實時監(jiān)測能力相對薄弱，宜通過數(shù)字化技術如衛(wèi)星遙感、環(huán)境監(jiān)控等實現(xiàn)“雙碳”目標全覆蓋，增強節(jié)碳減排意識，同時構建完整的數(shù)字化“雙碳”監(jiān)管體系，嚴格監(jiān)管高耗能、高排放施工環(huán)節(jié)，引導數(shù)字化施工綠色發(fā)展。

2.3 加快構建完善的廢棄數(shù)字設備循環(huán)利用體系

深中通道通過BIM技術構建全生命周期數(shù)字化管控平臺，實現(xiàn)無紙化管理，充分踐行了資源節(jié)約施工理念。而施工驗收后的數(shù)字設備回收同樣值得關注，數(shù)字設備回收有利于循環(huán)利用資源，緩解數(shù)字設備原材料的供應壓力，具有巨大的市場潛力，需加快構建完善的廢棄數(shù)字設備循環(huán)利用體系，推動產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作共建綠色回收渠道，降低電子垃圾處理的能耗與污染。

3 結(jié)束語

本文針對超級工程深中通道施工特點，聚焦鋼殼智能制造、智能澆筑、智慧梁場、智慧管控等代表性數(shù)字化技術，總結(jié)分析了其對推動綠色化轉(zhuǎn)型的成效，為未來伶仃洋通道、渤海海峽跨海通道等重點項目的數(shù)字化、綠色化建設提供借鑒參考，對推動數(shù)字建造賦能綠色發(fā)展具有重要意義。