面向智慧預制梁場的噴淋養生優化控制技術研究

中圖分類號：U445.57 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.043

文章編號：1673-4874（2025）04-0155-03

0 引言

在高速公路建設中，預制梁作為重要的構件，其質量與養生過程息息相關。傳統的噴淋養生方法雖然在一定程度上能夠滿足養生需求，但在實際操作中存在著許多問題，如噴淋不均勻、養生時間不足等，這些問題嚴重影響了預制梁的質量和工程的安全性1。特別是在山區等復雜地形的高速公路建設中，傳統噴淋養生方法的局限性更加凸顯2。因此，面向智慧預制梁場的噴淋養生優化控制技術成為研究的重點。本研究旨在通過引入先進的智能控制系統，對噴淋養生的時機、噴淋量以及噴淋時間等關鍵參數進行精準控制，以實現噴淋養生的優化。通過此技術的研究與應用，可提高預制梁的養生效果，進而提升梁體的整體質量和耐久性，為高速公路建設的質量和安全提供有力保障。研究成果有助于推動預制梁場向智能化、自動化方向發展，提高工程建設的效率與效益。

1工程概況

本研究以河荔高速T3標古賓河大橋項目為案例，深入研究項目中智慧梁場噴淋養生系統的優化控制技術。古賓河大橋是河荔高速公路T3標段的重要組成部分，該項目路線全長9.45km，大橋單幅全長625.5m，上跨省道和古賓河，呈南北走向。標段范圍內除了橋梁建設，還包括路基、隧道、天橋以及通涵等工程，項目橋隧比例約為 41%% 。主線采用雙向四車道高速公路設計標準，確保了交通的流暢與安全。在古賓河大橋的建設過程中，智慧預制梁場內區域分布科學合理，包括鋼筋區、澆筑區、蒸養區等，實現了高效有序的作業環境。并且，該項目中引入了智能噴淋養生系統，用于梁板的養生過程。通過智能控制，系統能夠均勻地對梁板進行噴淋，確保梁體混凝土在適宜的濕度條件下逐漸硬化，從而達到設計強度。此外，該項目還采用了多項“四新\"技術和“微創新”，包括自主研發的雙氣流微霧智能降溫系統、全自動智能遠程噴淋養生系統等，不僅提高了工程質量，還加快了施工進度。因此，本研究針對其噴淋養生控制系統進行優化研究。

2 噴淋養生系統

2.1噴淋養生系統原理及組成

在智慧梁場中，噴淋養生系統是一種高效且智能化的混凝土梁體養護解決方案4]。其工作原理主要是通過精確控制系統，將水通過管道輸送到噴淋裝置，然后通過噴頭將水霧化成小水滴，均勻地噴灑在需要養護的預制梁上。控制系統是噴淋養生系統的核心，其由PLC（可編程控制器）電路控制，負責整個噴淋過程的自動化管理。通過預設的養護計劃，控制系統可以自動調整噴淋時間和強度，確保每一片橋梁預制構件都能得到均勻且充足的養護。同時，系統還具備智能監測功能，能夠實時檢測養護環境的溫度和濕度，并根據環境變化自動調整噴淋策略。

在該工程中，考慮到工期的緊迫性，智慧梁場采用了普通硅酸鹽水泥和早強劑以確保混凝土能快速達到設計強度。為了在滿足養生7d后能進行預應力張拉的要求，綜合考慮了多種養生方法，最終選擇在混凝土表面采用噴淋水的方式進行養生。為此，設計了智能噴淋養生系統，以實現養生過程的自動控制。該系統的主要組成部分如圖1所示，通過智能化的管理，以期能更高效地進行混凝土的養護工作，確保智慧梁場的高效運作。

2.2噴淋養生系統的用途

本文依托案例位于廣西河池市環江毛南族自治縣境內，其梁場周圍地勢復雜，山脈環繞，對養護造成了極大地困難。在該項目中，噴淋系統計劃采用循環用水方式，整個水循環系統由蓄水池、高壓水泵、智慧梁場的輸水管道、連接軟管、噴淋架、旋轉噴頭、集水渠道以及沉淀凈化池等構成。該梁場被布置在路基之上，其排水坡度是根據路線的縱坡來設置的。

2.3現階段噴淋養生系統的局限性

當前預制梁場的噴淋養生系統盡管在自動化養護、養護均勻及時、省時省力等方面展現出了顯著優勢，但仍存在一些局限性。系統的初期投資較高，包括設備購置、安裝和調試等費用5；系統的安裝、調試和運行需要一定的專業知識和技能，對操作人員的技術水平有一定要求，這在一定程度上限制了系統的普及和應用。此外，噴淋養生系統對水源和電力供應的依賴較大，如果水源或電力供應不穩定，可能會影響系統的正常運行，進而影響養護效果。

3噴淋養生優化控制系統設計

3.1控制系統及技術優化

針對現階段噴淋養生系統初期投資較高和人工操作難度較大的問題，在成本控制上，選擇性價比高、質量可靠的噴淋設備和控制系統組件，降低初期投資成本，并與供應商建立長期合作關系，爭取更優惠的采購價格和服務支持；還可優化施工方案，減少不必要的工程量和材料消耗；加強施工過程中的質量控制和安全管理，避免返工和事故導致的成本增加。在實際施工中，通過預設的噴淋程序，系統能夠根據梁片類型、養護階段自動調整噴淋參數，如噴淋時間、水壓等，減少人工干預，提高養護效率和效果。同時，設置遠程監控和報警功能，一旦噴淋系統出現故障或異常情況，能夠立即通知管理人員進行處理。將噴淋養生系統分為多個模塊，如供水模塊、控制模塊、噴淋模塊等，便于安裝、調試和維護，各模塊之間采用標準化接口連接，提高系統的互換性和可擴展性。

3.2控制流程設計

控制系統的核心在于對高壓水泵的精準控制。水泵電源的開關由低壓電磁閥掌控，通過設定時間循環繼電器來控制電磁閥，從而實現按設定時間間隔自動通電進行噴淋養生。在噴淋養生持續一段時間后，若環境溫濕度達到預設的養生條件，水泵會自動斷電。

在實際的施工過程中，當溫濕度傳感器檢測到環境條件超出了預設的養生范圍時，其會迅速做出反應，發出指令來激活電磁閥，從而啟動噴淋系統。同時，系統中配備的計時器會精確地記錄從電磁閥最近一次關閉到再次開啟的時間間隔。計時器會將所記錄的時間間隔信息實時反饋到時間循環繼電器上，使得系統能夠根據實際的養生需求和當前環境狀況，智能地調整下一次噴淋作業的時間點。此外，系統還支持適時的人工干預，通過加裝遙控繼電器直接控制電磁閥。計時器會記錄每次的噴淋時長和間隔時長，并根據這些數據調整時間循環繼電器的參數，以實現更合理的噴淋和間隔控制，控制流程設計如圖2所示。這種設計既實現了智能自動控制，也允許在特殊情況下進行人工干預調節養生參數。

圖2噴淋養生優化控制流程設計圖

3.3噴淋架設計

在本次智慧梁場的預制T梁噴淋養生過程中，考慮T梁具有兩個立起的腹板面、兩個懸空的翼面及頂部的翼面，本研究采用堅固的鋼結構用以制作噴淋架，以確保穩定性和耐用性，并將其設計成可調節高度和寬度的形式，以適應不同尺寸的T梁。噴淋養生架的兩側設置噴淋管，確保噴淋頭能夠覆蓋T梁的兩個立起的腹板面，將噴淋頭設計為均勻分布，以確保腹板面得到均勻的噴淋。對于懸空的翼面，在噴淋養生架的頂部設置可伸縮的噴淋臂。

4智能噴淋養生控制技術的現場布置

河荔高速公路T3標古賓河大橋按照單幅進行計算，長度約為624.5m，30m的預制T梁數量約50片。在預制T梁生產中，選用智能噴淋養生優化后的控制系統，具體控制系統布置如圖3所示。

圖3施工現場噴淋養生控制系統布置圖

噴淋系統所需的主要材料與設備如表1所示，噴淋架將依據預制梁的特定養護需求，在現場進行定制焊接制作。考慮到預制場地的空間限制，特別是其寬度較窄，輸水管道將被布置在場地的單側[。同時，在場地硬化階段，集水溝設置在臺座之間，其坡度經過精確計算，以確保水能順暢排出。為保障蓄水池水量充足并防止水泵在無水狀態下空轉，會在池中安裝水位計。一旦水位低于設定限值，系統會發出蜂鳴警報并反饋信號至控制器，進而關閉電磁閥。在實際操作中，本研究將溫濕度傳感器貼附在預制T梁上作為信息采集部分，并將采集到的數據進行實時反饋。

表1主要材料與設備表

通過應用該噴淋系統，所有混凝土表面均能得到充分濕潤。現場測試顯示，僅需約16s即可完成一次噴淋作業。相比之下，如果采用人工方式對5個面逐一進行噴淋，1個工人噴淋1片預制T梁的時間 gt;35 min。由此可見，該噴淋系統的效率顯著高于人工噴淋。

5面向智慧梁場的噴淋養生優化控制系統的功效及評價

5.1系統的功效

智能噴淋養生控制系統可以確保噴淋出的水霧均勻，達到全天候、全方位、全濕潤的養護質量標準，從而顯著提高養護效果。系統從供水到工作完畢，基本實現了全過程自動控制，降低了人工操作的難度和誤差，提高了養護效率。通過智能控制，系統可以根據實際需要調節噴淋量和頻次，避免過度噴淋造成的水資源浪費，進一步節約了水資源。并對生產數據進行全程記錄存儲，為質量追溯提供有力保障。同時，各級用戶可以通過系統實時了解生產進度和質量情況，及時調整生產計劃，實現精細化管理。并且，智能噴淋養生控制系統采用節能技術和設備，如恒壓供水系統、變頻器等，有效降低了能耗，減少了運行成本，大幅減少人工養護所需的人員數量和時間，從而降低人工費用。

5.2表觀質量評價

在本次噴淋養生系統優化中，選取智慧梁場T梁進行噴淋養生作業，對比人工噴淋及智能噴淋技術的表觀質量、混凝土試塊強度等。

人工噴淋養生及智能噴淋養生后的表觀質量如表2所示，通過對比可以看出，人工噴淋下的T梁表面出現雞爪裂紋及溫度裂紋，且局部出現顏色不均勻的情況。在智能噴淋養生作用下，雞爪裂紋及溫度裂紋并未出現，且顏色較為均勻。由此可見，智能養生系統能實現全天候自動養生，且能夠保證生產質量。

表2兩種噴淋養生技術表觀質量對比表

5.3混凝土抗壓強度評價

本研究將人工噴淋及智能噴淋技術進行實際應用，各分為兩組，通過觀測各分組兩次經過噴淋的抗壓強度區分出兩種不同噴淋養生技術的優劣程度，如表3所示。

表3兩次噴淋混凝土抗壓強度參數表

由表3可知，本研究中智能噴淋養生系統作用下的混凝土抗壓強度參數均優于人工噴淋技術，具有一定的可行性及實用性。

6結語

本研究以實際工程案例為依據，對智慧預制梁場中噴淋養生技術進行優化，結合實踐應用及評價得出以下結論：

在預制梁的生產過程中，混凝土會產生大量的水化熱，導致梁體溫度升高。智能循環噴淋系統可以通過噴淋水降低梁體表面溫度，減少因溫度應力引起的裂縫風險。并且，智能循環噴淋系統能夠自動、定時對預制梁進行噴淋，確保混凝土得到充分濕潤，從而有效促進混凝土的硬化和強度發展。通過智能控制，系統可以根據環境條件和混凝土的需求調整噴淋頻率和量，實現高效養生。

相比傳統的人工噴淋方法，智能循環噴淋系統實現了自動化操作，大大減少了人工參與和監控的需求，不僅提高了工作效率，還降低了人工成本。

參考文獻

[1]王潤年，劉留，朱世彬，等.渣緩冷場智能巡檢系統的研制及應用[J].黃金，2024，45（10）：76-79.

[2王軍，楊懷勇，趙軍，等.預制混凝土梁智能噴淋養護系統設計及應用[J].世界橋梁，2024，52（5）：55-60.

[3]張路路.大型預制梁場智能噴淋養生系統設計[D].西安：長安大學，2020.

[4]劉上民.高速公路改擴建智慧梁場實踐探索[J].國防交通工程與技術，2024，22（3）：87-92，60.

[5]魏光廷，劉峰，李泰霖.淺議智慧梁場在高速公路建設中的應用[J].交通節能與環保，2023，19（增刊1）：23-25.

[6]羅如意，張鵬，彭俊霞.高速公路智慧梁場全生命周期生產探究[J].中國交通信息化，2023（增刊1）：85-88.