李建軍，張安永，王德龍

（江蘇中礦大正表面工程技術(shù)有限公司，江蘇 徐州 221000）

鋼結(jié)構(gòu)耐久性保障是橋梁整體壽命設(shè)計(jì)的重要考量因素。如港珠澳大橋設(shè)計(jì)壽命120 年、虎門二橋設(shè)計(jì)壽命100 年和深圳至中山跨海通道工程設(shè)計(jì)壽命100年等。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的有效防護(hù)是實(shí)現(xiàn)涂層設(shè)計(jì)壽命的關(guān)鍵技術(shù)之一，其施工的方式對(duì)涂層質(zhì)量、能源耗損和工作效率等方面有著重要的作用，是保障鋼結(jié)構(gòu)涂裝質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。目前橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝方式還處于傳統(tǒng)的施工模式，工業(yè)自動(dòng)化程度較低。近幾年來隨著橋梁建設(shè)的工業(yè)化程度不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)涂裝施工在關(guān)鍵技術(shù)、施工方式上正發(fā)生深刻變革。

1 工程概況

寧波舟山港主通道（魚山石化疏港公路）公路工程主線起于富翅互通，跨越富翅門水道，在岑港鎮(zhèn)漲次村南側(cè)設(shè)置岑港互通，路線向北延伸，在馬目山入海后轉(zhuǎn)向東北，依次跨越長(zhǎng)白西航道、舟山中部港域西航道和岱山南航道，在岱山雙合登陸。海中設(shè)置長(zhǎng)白互通，連接長(zhǎng)白島。路線終點(diǎn)設(shè)置雙合互通，近期與本項(xiàng)目魚山支線、規(guī)劃的岱山環(huán)島公路連接，遠(yuǎn)期與上海至大洋山規(guī)劃通道銜接。橋梁主橋鋼箱梁（魚山石化疏港公路）全長(zhǎng)1 630 m，分10 種梁段，共113 節(jié)梁段。其中C 型梁段（長(zhǎng)36.2 m，寬16 m）78 節(jié)，為標(biāo)準(zhǔn)梁段類型。主橋外表面涂裝面積約7 m2，內(nèi)表面涂裝面積約28 萬m2，鋼橋面涂裝面積約4 萬m2。

寧波舟山港主通道（魚山石化疏港公路）公路工程第DSSG03 標(biāo)段涂裝由江蘇中礦大正表面工程技術(shù)有限公司施工，外表面沖砂及油漆施工采用智能化設(shè)備方式涂裝。此種施工方式解決了傳統(tǒng)施工模式所面臨的各項(xiàng)問題。智能化設(shè)備成功應(yīng)用在舟山港主通道大橋上，得到了業(yè)內(nèi)專家、設(shè)計(jì)院、業(yè)主和總包方的高度肯定。

2 智能化清單及施工簡(jiǎn)介

針對(duì)本項(xiàng)目鋼箱梁的智能防腐涂裝，在基于現(xiàn)有涂裝廠房及配套設(shè)備和設(shè)施的基礎(chǔ)上，增設(shè)先進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化裝備及協(xié)同控制集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁梁段外表面的噴砂除銹、噴漆作業(yè)工序的智能涂裝。

針對(duì)鋼箱梁梁段的外表面區(qū)域，投入智能設(shè)備見表1。

表1 鋼箱梁梁段外表面智能設(shè)備清單

2.1 管線改造

噴砂廠房已配備了自動(dòng)機(jī)械式循環(huán)回砂設(shè)備，基于現(xiàn)有的回砂系統(tǒng)，將現(xiàn)有的儲(chǔ)砂罐更換Blastman 壓力噴砂罐，保證噴砂設(shè)備循環(huán)供料。

2.2 智能設(shè)備安裝

基于MBU 小車式噴砂設(shè)備為芬蘭整裝全進(jìn)口，所以安裝初期由來自芬蘭的工程師全程指導(dǎo)安裝及調(diào)試。安裝MBU 小車式噴砂設(shè)備及配套噴砂進(jìn)砂回砂和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁梁段外表面的噴砂除銹，安裝自導(dǎo)引式智能噴涂設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁外表面的噴漆作業(yè)，增設(shè)先進(jìn)的設(shè)備及協(xié)同控制集成系統(tǒng)，組成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成收集及遠(yuǎn)程收集。

2.3 鋼箱梁外表面噴砂

鋼箱梁梁段待工作面分為鋼箱梁外表面和橋面板，梁段外表面分為斜底板和底板2 個(gè)面，智能涂裝方案針對(duì)梁段外表面工作面系統(tǒng)設(shè)計(jì)。鋼箱梁外表面的噴砂除銹，由一臺(tái)MBU 小車式噴砂設(shè)備完成表面的底板及斜底板的噴砂除銹。MBU 小車式噴砂設(shè)備機(jī)械手臂前置，可方便靈活操作，可作業(yè)范圍較大，可完全覆蓋鋼箱梁外表面噴砂除銹作業(yè)。

2.3.1 壓力罐自動(dòng)進(jìn)料

噴砂設(shè)備供料系統(tǒng)配備Blastman 壓力噴砂罐，壓力罐在原有砂罐的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改安裝，既綜合利用了原有資源，又可以實(shí)現(xiàn)不間斷操作，可在噴砂作業(yè)期間、停止噴砂后自主加砂，實(shí)現(xiàn)不間斷自動(dòng)進(jìn)料。

2.3.2 MBU 小車自動(dòng)噴砂

噴砂作業(yè)準(zhǔn)備期間，操作員可選擇示教方式、離線編程2 種方式進(jìn)行編輯設(shè)備噴砂作業(yè)程序。

MBU 小車式噴砂設(shè)備，小車的第二個(gè)軸為機(jī)械臂升降軸。升降臂的零點(diǎn)位置在底部，運(yùn)動(dòng)范圍可從地面至鋼箱梁梁段檢修道下側(cè)。小車的第三軸為機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)軸。機(jī)械臂可以左右旋轉(zhuǎn)90°，智能噴砂設(shè)備如圖1所示。

圖1 智能噴砂設(shè)備示意圖

2.3.3 MBU 小車遠(yuǎn)程監(jiān)控

Blastman 噴砂設(shè)備的控制器中均設(shè)有VPN 連接功能。操作人員能夠通過互聯(lián)網(wǎng)VPN 設(shè)置實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備控制器的操作，對(duì)噴砂廠房?jī)?nèi)的生產(chǎn)作業(yè)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的用戶界面簡(jiǎn)明易用。除基本功能以外，控制軟件還可以生成當(dāng)日的生產(chǎn)報(bào)告和錯(cuò)誤報(bào)告。

2.4 鋼箱梁外表面噴漆

經(jīng)檢驗(yàn)合格的沖砂梁段經(jīng)運(yùn)梁車轉(zhuǎn)運(yùn)至涂裝車間，利用智能化噴漆設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。鋼箱梁外表面和斜腹板的噴漆作業(yè)，由1 臺(tái)引導(dǎo)式智能噴涂設(shè)備完成。

智能噴涂設(shè)備搭載引導(dǎo)式小車，可按照預(yù)先編制好的程序軌跡移動(dòng)，并根據(jù)作業(yè)區(qū)情況進(jìn)行間斷動(dòng)作，可完成鋼箱梁梁段斜底板及支墩周圍的噴漆作業(yè)。

2.4.1 罐內(nèi)自動(dòng)攪拌、自動(dòng)配比

所使用的氣動(dòng)攪拌器是根據(jù)不銹鋼油漆罐尺寸規(guī)格進(jìn)行選型，能實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)油漆的連續(xù)上下翻騰，防止罐內(nèi)亂流及旋渦產(chǎn)生，從而達(dá)到最佳油漆攪拌效果，同時(shí)與浮球液位計(jì)配合使用，根據(jù)液位的高低手動(dòng)控制攪拌器的轉(zhuǎn)速，達(dá)到最好的攪拌效果并保證油漆質(zhì)量。

2.4.2 智能設(shè)備自動(dòng)噴漆

智能噴涂設(shè)備可按預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)噴涂作業(yè)，在噴涂作業(yè)過程中，鋼箱梁梁段進(jìn)入噴涂廠房?jī)?nèi)，施工人員可調(diào)取已編輯好的程序，觸動(dòng)啟動(dòng)按鈕，設(shè)備即可按固定的軌跡進(jìn)行噴涂作業(yè)。

鋼箱梁在進(jìn)入車間后，要根據(jù)預(yù)先的定位進(jìn)行擺放，待擺放到定位位置后，引導(dǎo)式智能噴涂設(shè)備根據(jù)預(yù)先的程序進(jìn)行外表面的噴涂施工，機(jī)械臂在施工過程中根據(jù)鋼箱梁的外表面位置進(jìn)行調(diào)整伸縮，能預(yù)判鋼箱梁支墩位置并有效避開，智能噴漆設(shè)備如圖2 所示。

圖2 智能噴漆設(shè)備示意圖

2.4.3 智能噴漆設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控

可提供簡(jiǎn)單的人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)收集可燃?xì)怏w濃度、溫度、濕度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，及時(shí)反饋到操作界面，并能根據(jù)槍嘴大小、設(shè)備移動(dòng)速度等情況反饋每臺(tái)設(shè)備噴涂效果等參數(shù)。能從后臺(tái)進(jìn)行操作統(tǒng)計(jì)合格率、報(bào)驗(yàn)時(shí)間、報(bào)驗(yàn)結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

3 實(shí)用性和效益對(duì)比

3.1 與傳統(tǒng)施工效率、效果對(duì)比

相對(duì)于人工涂裝，減少了職業(yè)病傷害和廢氣排放，單機(jī)噴砂效率可提升200%，噴漆效率可提升50%，在提升生產(chǎn)效率的同時(shí)，鋼材表面處理質(zhì)量穩(wěn)定，涂層外觀一致，漆膜均勻可控，極大地提高了防腐涂裝的質(zhì)量水平，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3.2 與傳統(tǒng)施工質(zhì)量對(duì)比

傳統(tǒng)沖砂、噴漆業(yè)務(wù)都為人工作業(yè)，從物料進(jìn)場(chǎng)到物料配比，人工依賴性較強(qiáng)，難以較好滿足工藝規(guī)范要求，施工人員技術(shù)素質(zhì)、工藝執(zhí)行力、工序安排合理性和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備拖拽對(duì)涂層的二次損壞等因素難以保障大型橋梁大面積一次性涂裝質(zhì)量，而智能化設(shè)備自動(dòng)配比，精準(zhǔn)無誤，而且混合更加充分，智能化一次性施工完畢，確保了外觀的一致性和厚度的均勻性。

3.3 與傳統(tǒng)施工安全性對(duì)比

智能噴砂設(shè)備均為定制產(chǎn)品，安全可靠，滿足防爆要求?？刂葡到y(tǒng)采用可靠的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及以可編程邏輯控制器（PLC）為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的所有組件均根據(jù)苛刻的噴砂房環(huán)境設(shè)計(jì)。

設(shè)備控制臺(tái)配備安全控制單元，具有安全復(fù)位按鈕和設(shè)備的模式選擇器開關(guān)。模式包括設(shè)備噴砂、人工噴砂、手動(dòng)操作方式和附加的設(shè)備特定功能模式。噴砂設(shè)備攜帶的噴槍，在即將觸碰小節(jié)段表面時(shí)，會(huì)及時(shí)返程復(fù)位，避免設(shè)備損壞。

智能噴漆設(shè)備采用多組份自動(dòng)配比計(jì)量，有效地促使了雙組分材料的混合，精確了配合比，并且根據(jù)鋼箱梁外表面的形狀，精準(zhǔn)了施工距離，避免浪費(fèi)大量涂料，減少了漆霧的產(chǎn)生，避免了人工因素產(chǎn)生的靜電，安全環(huán)保。

3.4 與傳統(tǒng)施工原材料使用對(duì)比

從物料進(jìn)場(chǎng)到物料配比，人工依賴性較強(qiáng)，難以較好地滿足工藝規(guī)范要求，而且施工人員技術(shù)素質(zhì)、工藝執(zhí)行力、工序安排合理性和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的老化等問題都制約著油漆的消耗系數(shù)，而油漆槍手的熟練程度更是制約了油漆的使用數(shù)量。而噴漆智能設(shè)備的使用，在很大程度上較為精準(zhǔn)地控制了油漆的厚度，可以有效地結(jié)余油漆材料。

3.5 與傳統(tǒng)施工人員投入對(duì)比

橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝施工要求嚴(yán)格，對(duì)技術(shù)工種的專業(yè)性需求較為特殊，現(xiàn)階段成熟的涂裝技術(shù)工人工齡都比較大，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的問題，人員很難招到，但智能化涂裝設(shè)備有效地解決了用工問題，經(jīng)過反復(fù)測(cè)算，沖砂施工可以結(jié)余40%～50%的人工，噴漆施工可以結(jié)余50%～70%的人工，隨著設(shè)備磨合的順暢和工人操作技能的提升，相信這個(gè)數(shù)字還會(huì)增加。

3.6 項(xiàng)目運(yùn)行控制對(duì)比

人員施工期間過程控制關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，受作業(yè)環(huán)境擾動(dòng)大，相互間不能自主協(xié)同優(yōu)化匹配，人工手持噴槍或部分機(jī)械化作業(yè)方式，但采用智能化設(shè)備施工，可以實(shí)現(xiàn)智能一體化，機(jī)械之間、數(shù)據(jù)之間的交流更加順暢和便捷，比人工更加協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。

4 智能涂裝的有益成效

（1）噴涂工序采用的噴涂設(shè)備系統(tǒng)，搭配物料輸送、物料補(bǔ)給、涂料耗損監(jiān)測(cè)等預(yù)留端口的智能裝備，提高涂膜的均勻性等外觀噴涂質(zhì)量，可全局監(jiān)測(cè)作業(yè)、設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)精密化生產(chǎn)、保障涂裝作業(yè)穩(wěn)定性。

（2）項(xiàng)目實(shí)施對(duì)突破橋鋼箱梁梁段的傳統(tǒng)粗放式涂裝思維，推動(dòng)橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)，加快橋梁涂裝工程智能信息化工廠改造等具有重要意義，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益十分顯著。

（3）轉(zhuǎn)變以人工為主的橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝方式，從物料進(jìn)場(chǎng)，物料管控到物料配比，擺脫人工依賴性，較好實(shí)現(xiàn)組織管理、物料集中化、涂料充分混合等前期準(zhǔn)備工作，顯著降低管控不合理的安全隱患、人員不可控性的裝備管控等問題，有效保證了項(xiàng)目施工的安全性和建設(shè)質(zhì)量。

（4）全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)，使用大型先進(jìn)涂裝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)涂料精度配比、即混即噴和提高霧化效果，改變了噴涂質(zhì)量受人員技術(shù)程度的不可控性影響，有效保障了大面積噴涂質(zhì)量，應(yīng)用推廣價(jià)值重大。

（5）標(biāo)準(zhǔn)化廠房環(huán)境監(jiān)管，促進(jìn)橋梁工程低能耗環(huán)境友好型標(biāo)準(zhǔn)化施工。項(xiàng)目實(shí)施可為相關(guān)規(guī)范的補(bǔ)充，提供了實(shí)踐和試驗(yàn)依據(jù)，能促進(jìn)橋梁建設(shè)相關(guān)行業(yè)規(guī)范的形成和完善，社會(huì)效益巨大。

5 智能涂裝的局限性

5.1 技術(shù)條件方面

目前用于橋梁的智能設(shè)備軟件和硬件還未完全成熟，部分設(shè)備和設(shè)施需要進(jìn)口，定制周期長(zhǎng)，并且不可控的因素太多，無法完全滿足施工需要。

5.2 業(yè)主重視度方面

部分業(yè)主對(duì)涂裝不夠重視，對(duì)投入的智能設(shè)備沒有專項(xiàng)資金支持，對(duì)施工企業(yè)來說一次性投入過大，資金回籠過慢，致使智能設(shè)備的大量推廣面臨著困難。

5.3 環(huán)保政策方面

雖然國家環(huán)保政策在收緊，各項(xiàng)管理也在同步加強(qiáng)，但粗放式涂裝作業(yè)生產(chǎn)模式還是在部分區(qū)域進(jìn)行，尤其一些小的加工廠和一些小的項(xiàng)目，這樣的表現(xiàn)更是突出，致使智能化優(yōu)勢(shì)難以完全體現(xiàn)。

5.4 橋梁桿件形狀方面

橋梁形狀各異，尺寸及外形難以統(tǒng)一，目前大型橋梁智能化設(shè)備都是定制的，難以滿足所有橋梁的使用。

5.5 使用部位方面

目前不管是智能噴砂設(shè)備還是智能噴漆設(shè)備，只能對(duì)外表面的部位進(jìn)行施工，內(nèi)表面因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，死角較多，還不能滿足施工需要，致使智能化的推廣局限性較大。

6 結(jié)束語

寧波舟山港主通道智能化設(shè)備的投入和使用，為后續(xù)類似項(xiàng)目智能化使用積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，為其他大型橋梁涂裝智能化的推廣樹立了標(biāo)桿。