“数智大脑”赋能智慧建桥——节段梁信息化生产技术

从苏通大桥开始大规模应用以来，经过十多年的发展，节段预制安装技术已广泛应用于中小跨径桥梁，且逐渐面向于超百米大跨、组合结构、大规模、轻薄结构等更复杂的工程。工艺方法基本成熟，但其工业化、智能化程度仍较低，需要对传统工艺进行机械化、自动化、智能化升级。本文依托黄茅海跨海通道项目，利用BIM技术、物联网、云计算、大数据、多终端和智慧工装设备开展智能建造数据源校核，钢筋智能建造技术研究、混凝土智能建造技术研究和智慧管理中枢的研发，实现预制梁场建造的标准化、数字化和智能化，达到提质、增效、降本、溯源的目标。

节段梁工艺工法具有“化整为零”，构件化、装配化和标准化的特点，施工过程的进度和质量更容易控制，已成为国内外大部分桥梁施工的趋势。从苏通大桥开始大规模应用以来，经过十多年的发展，节段预制安装技术已广泛应用于中小跨径桥梁，且逐渐面向于超百米大跨、组合结构、大规模、轻薄结构等更复杂的工程。工艺方法基本成熟，但其工业化、智能化程度仍较低，需要对传统工艺进行机械化、自动化、智能化升级。

黄茅海项目T9合同段负责节段梁制、存、运、架。分为东引桥、西引桥两个施工区域，跨径均为60m，共140跨，单幅总长8400m。节段梁采用单箱单室斜腹板箱梁断面，梁高3.6m，箱梁顶板宽16.5m，底板宽6.9m，节段长度2.65～3.8m，最大节段重量199.8t。东引桥582片，西引桥1688片，21种类型，共2270片。

节段箱梁采用短线匹配法进行预制。预制起始梁段采用一端固定端模，一端活动端模进行浇筑，其余梁段则采用一端为固定端模，另一端为已浇的前一梁段做匹配梁段进行浇筑。

节段梁架设工艺：千吨级节拼架桥机拼装，中跨梁采用“对称悬拼法”。边跨梁采用“半悬挂法”拼装。

节段梁预制梁厂占地约12万平方米，包含钢筋绑扎区、混凝土浇筑区、养护区和存梁区、海上出梁站、拌和站、钢筋厂、试验室等。

节段梁有上百种型号钢筋，采用常规方法人工配料余料多，钢筋损耗率较高。如何采用智能化方式统筹钢筋配料及生产，并减少预料。

钢筋配筋率高，钢筋采用传统二维方法设计，设计阶段存在很多没有发现的钢筋冲突问题。本套设计图纸第一次使用，没有经过施工修正，存在漏洞多。节段梁同时存在体内、体外两种预应力结构，强电、弱电管线预埋多，交安设施预埋多，安装时间不同，需要进行全部工序状态下的碰撞检查，把冲突问题解决在施工前。

项目处于沿海吹填软基区，软基深度达到50米，软基沉降对节段梁的精度、设备安全等产生较大影响，如何解决？

为减少已架设节段梁的收缩徐变，节段梁要求存梁不小于90天，需要存梁600片，节段梁外观基本一致，通过目测难以找到需要的节段梁，如何通过信息化技术实现精准找梁？

投入4台架桥机、4辆运输船架设节段梁，架设进度受潮汐、天气影响导致可控性差，如何通过信息化技术及时监控架设进度，如何关联前后场进度管理，保证需要架设的梁优先预制。

项目参建各方及各级管理机构需要安装不同功能的监控系统、数字化平台。例如：现场视频监控、智能门禁、拌和站配合比监控、试验室远程监控、特种设备管理等信息化平台。能否通过信息化手段将各个平台整合进一个系统，减少管理人员工作量。

采用BIM软件中REVIT进行梁场整体规划设计，合布置了道路、供排水、供电、监控系统。解决了平面设计中需要平纵横三张图判断的碰撞问题，实现了临建设计的BIM正向设计，提高了设计效率和质量。

应用BIM技术的梁场设计

节段梁设计阶段采用传统二维CAD设计，施工阶段组织BIM建翻模，依据施工图建立21种类型的节段梁混凝土模型、钢筋模型、预应力模型及其他类模型。模型建立完成之后，利用既有的模型再处理软件，开展结构物的工程量校核、碰撞检查和施工模拟，提前发现结构潜在的技术及管理问题，会同设计、施工、监理、建设单位提出解决方案。

得到正确的BIM模型并基于此进行钢筋工程的BIM的正向出图。根据节段梁的实体模型，精确统计不规则形状的混凝土量。

以修正后的BIM模型，作为后续钢筋智能建造、混凝土智能建造和信息化管理的基础数据。

需要的20mm钢筋可能为长3.5米的35根、4.8米的86根。钢筋原材固定长度为12米或9米。物资管理要求钢筋库存尽量降低以减少资金占用。

根据正确的钢筋BIM模型，制作了BIM插件的，按月进度计划导出本月需求的钢筋的类型和数量。开发基于“整数规划算法、分组函数”的思想编写套料软件，求出余料最低的原材长度组合+钢筋型号组合，实现节约钢筋的目标。

套料软件连接钢筋智能剪切弯曲、剪切设备，自动导入配料信息，设备按配料信息自动加工钢筋半成品，实现钢筋的无图纸施工。

节段梁钢筋采用部榀化整体预制，需要设计高精度的预制胎架以保证钢筋笼的预制精度。节段梁有21种类型，钢筋笼亦有21种类型，制作21种类型的胎架资源浪费大，场地占用多。必须进行胎架的通用化设计，对比分析不同的钢筋模型，分析共同点，仅用2种胎架满足了所有类型钢筋笼的制作。

节段梁钢筋胎架设计与使用

传统液压模板自动化程度低，通常采用人工手动控制的液压阀调整模板姿态及匹配梁姿态，模板调整速度慢、精度低。项目联合模板厂开发了数字控制的模板调整系统，提高了模板调整精度和速度。开发数据接口打通施工数据流，联通测量数据、监控指令、模板调节指令，实现了模板自动化调节，模板调整时间缩短到1.5小时。

信息化模板调整

预制区内布置16座高精度测量塔，单个测量塔下布置3根40米长PHC桩，保证测量塔稳定。布设高等级的高程、平面控制网，配合0.5秒全站仪，确保测量精度0.5mm。节段梁模板基础采用PHC桩+承台基础，单套模板下方布置25根PHC桩确保基础稳固。预制台座安装自动采集数据水准传感器，对预制台座、测量塔进行整个施工期间的变形监测，根据监控数据向管理人员发出预警，为节段梁预制毫米级精度保驾护航。

通过手机小程序实现工序数据的收集，以工序数据作为信息化生产管理的基础。

通过工序数据实时监控每一片节段梁钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、养护、预应力施工、吊装等不同工序状态，实现生产全过程图形化管理。分析各个工序持续时间，找到制约生产效率的关键工序，合理调整资源配置，提高生产效率到5片/天。

信息化生产管理平台

通过信息化可以监控每个工序持续时间，超时工序及时向管理人员预警，及时解决影响因素，提升管理效率。

对梁场存梁台座进行唯一编号，存梁工序报验中录入存入的存梁台座编号，管理人员在手机小程序中通过检索梁号、墩号、梁类型等参数，以模糊检索的方式实现快速找梁，解决了找梁难题。

信息化节段梁存储用

开发了智慧梁场管理平台，通过外部链接、底层数据连接等信息化方式融合和项目各个业务部门的信息化平台。主要包括：物资设备部的特种设备监控和材料消耗管理平台；测量队的沉降监测平台和施工监控信息管理平台；人事部门的智能门禁和劳务实名制平台；试验室的仪器监控、视频监控、数据采集系统；拌和站的配合比监控及材料消耗管理平台；质检部的资料系统。实现了一个平台监控项目全部生产要素信息，减少了各个业务部门沟通工作量。

本文依托黄茅海跨海通道预制节段梁，通过开展智慧梁场建设关键技术研究，得出以下主要结论：BIM技术的使用，可对节段梁智能建造的数据进行有效校核，保证数据的准确性。基于BIM技术的套料优化、钢筋半成品的智能剪切弯曲及钢筋部品化的完成解决方案，可有效提高钢筋的加工效率和质量。混凝土物料管理、拌和站及试验室的生产过程指标的监测,可有效提高混凝土工程的生产质量。智慧管理中枢的研发，可实现节段梁生产过程中人机料法环多源异构数据的筛选、分析、反馈和决策，极大提高现场的管理效率。本文所介绍节段梁智慧梁场解决方案可推广至同类型项目中应用，经济社会效益显著。