摘要 為探索鐵路預(yù)制梁的智能化技術(shù)應(yīng)用，文章以滬通Ⅱ期站前5標(biāo)預(yù)制箱梁與T梁工程為依托，對(duì)鐵路預(yù)制梁的智能化技術(shù)進(jìn)行了研究。首先，分析了鐵路預(yù)制梁生產(chǎn)過(guò)程中的信息化技術(shù)、自動(dòng)化生產(chǎn)裝備與智能化管控系統(tǒng)；然后，結(jié)合高橋梁場(chǎng)的布局和生產(chǎn)要求研究總結(jié)了鐵路梁預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的信息化管理技術(shù)，以及自動(dòng)化設(shè)備的投入及使用效果。結(jié)果表明，通過(guò)智能控制噴淋、智能張拉、智能靜載控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了質(zhì)量控制的效果，升級(jí)了預(yù)制梁體的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞 鐵路預(yù)制梁；預(yù)制生產(chǎn)；智能化；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0094-03

0 引言

工業(yè)化、智能化建造已經(jīng)成為橋梁工程發(fā)展的主要方向。近年來(lái)，諸多學(xué)者對(duì)預(yù)制梁的工業(yè)化、智能化技術(shù)開(kāi)展了一定的研究與實(shí)踐，主要研究集中在智慧化梁場(chǎng)的建造技術(shù)，包括智能化預(yù)制梁場(chǎng)的功能區(qū)布置與優(yōu)化、智慧箱梁的設(shè)備選型與布置等。柳兵[1]對(duì)智能化梁場(chǎng)的箱梁預(yù)制施工工藝有相關(guān)研究，分析了智能化梁場(chǎng)的主要設(shè)備與關(guān)鍵工藝，并對(duì)比了智能化梁場(chǎng)的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，表明智能化梁場(chǎng)預(yù)制在效率和質(zhì)量上具有顯著優(yōu)勢(shì)。

肖春名[2]針對(duì)信息化管理在預(yù)制生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，將移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)應(yīng)用在混凝土梁的工業(yè)化生產(chǎn)管理中，通過(guò)數(shù)字化梁場(chǎng)建設(shè)與信息化技術(shù)的應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)制施工過(guò)程中工、機(jī)、料及質(zhì)量檢測(cè)等關(guān)鍵管理信息的收集與管理。

現(xiàn)有研究中對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)智能化施工技術(shù)的研究，主要集中在公路預(yù)制小箱梁、預(yù)制T梁橋等，而針對(duì)尺寸較大的鐵路箱梁智能化預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)的研究較少。為了進(jìn)一步探索鐵路預(yù)制梁在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中的智能化施工與管理技術(shù)，以上海至南通鐵路太倉(cāng)至四團(tuán)段站前5標(biāo)的混凝土梁預(yù)制為依托開(kāi)展相關(guān)研究。

1 工程概述

1.1 工程總體概況

依托工程新建上海至南通鐵路太倉(cāng)至四團(tuán)段站前5標(biāo)，對(duì)應(yīng)的工程范圍為DK155+608.15～DK163+682.95，以及高橋嘴、洲海路、人民塘等三條外港區(qū)支線，路線里程共計(jì)為24.01 km，地理位置處于上海市浦東新區(qū)高橋鎮(zhèn)、高東鎮(zhèn)境內(nèi)。為了提高預(yù)制混凝土梁的施工效率和施工質(zhì)量，項(xiàng)目采用集中預(yù)制生產(chǎn)，標(biāo)段內(nèi)覆蓋的預(yù)制混凝土梁形式包括31.5 m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁113榀、23.5 m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁9榀、31.5 m單線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁105榀、23.5 m單線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁12榀，32 m預(yù)制混凝土T梁408榀、24 m預(yù)制混凝土T梁136榀，共計(jì)預(yù)制梁783榀，對(duì)應(yīng)的混凝土工程量為801.78萬(wàn)立方米。

1.2 梁場(chǎng)總體布置

為了高效地完成預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁和T梁的預(yù)制，在梁場(chǎng)建設(shè)過(guò)程按照智能化多梁型梁場(chǎng)的原則進(jìn)行建設(shè)，因地制宜地選擇在高橋站貨場(chǎng)用地內(nèi)。按照地形特點(diǎn)，將規(guī)則區(qū)域用于預(yù)制梁生產(chǎn)，非規(guī)則區(qū)域作為場(chǎng)內(nèi)辦公與管理區(qū)域。建成后的梁場(chǎng)總體布置圖如圖1所示，分為預(yù)制生產(chǎn)區(qū)、鋼筋加工區(qū)、存梁區(qū)、辦公試驗(yàn)區(qū)等主要功能區(qū)域。

高橋制梁場(chǎng)圍繞信息化、自動(dòng)化、智能化等方面進(jìn)行制梁場(chǎng)的建設(shè)，在滿(mǎn)足建設(shè)方信息化管理要求的同時(shí)，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的生產(chǎn)要素進(jìn)行管控，以降低成本、提高工效、提升生產(chǎn)質(zhì)量。

1.3 梁場(chǎng)產(chǎn)能概況

根據(jù)生產(chǎn)需要，在該項(xiàng)目的預(yù)制梁場(chǎng)內(nèi)布置2個(gè)雙線箱梁預(yù)制臺(tái)座、2個(gè)單線箱梁預(yù)制臺(tái)座、4個(gè)T梁預(yù)制臺(tái)座。存梁區(qū)內(nèi)設(shè)置14個(gè)雙線箱梁存梁臺(tái)座、40個(gè)單線箱梁存梁臺(tái)座，箱梁均采用雙層存梁方案，其中單線箱梁存梁臺(tái)座兼做T梁存梁區(qū)，另設(shè)80個(gè)單層T梁存梁臺(tái)座。預(yù)制生產(chǎn)計(jì)劃如表1所示：

2 信息化技術(shù)在梁場(chǎng)管理中的應(yīng)用

信息化管理是智能化梁場(chǎng)管理的關(guān)鍵手段，可以實(shí)現(xiàn)信息的快速、完整收集與傳遞，能夠確保信息的準(zhǔn)確和及時(shí)管理，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的挖掘，為生產(chǎn)要素管理提供服務(wù)。高橋梁場(chǎng)預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中，在拌和站、試驗(yàn)室、梁體生產(chǎn)管控過(guò)程、場(chǎng)內(nèi)監(jiān)測(cè)等方面均采用了信息化管理技術(shù)。

2.1 拌和站與試驗(yàn)室一體化信息管理

混凝土的生產(chǎn)是工程建造質(zhì)量控制的源頭，一旦控制不佳易引發(fā)各種開(kāi)裂、孔洞、夾渣、疏松，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性能及美觀性。為了提高混凝土拌和質(zhì)量，對(duì)混凝土拌和站與試驗(yàn)室進(jìn)行一體化信息管理。該系統(tǒng)具備生產(chǎn)狀態(tài)顯示、生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、分析預(yù)警等功能。

每盤(pán)混凝土的生產(chǎn)數(shù)據(jù)均包括運(yùn)用部位、標(biāo)號(hào)、出料時(shí)間、方量、配合比及拌制過(guò)程中的報(bào)警與處理情況等。生產(chǎn)數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)還可對(duì)誤差的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)每個(gè)階段的生產(chǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，所有信息均可溯。將拌和站的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，融合混凝土平直控制系統(tǒng)而建立的分析預(yù)警機(jī)制，可通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的分析模塊，對(duì)混凝土質(zhì)量情況進(jìn)行識(shí)別，并及時(shí)預(yù)警以便調(diào)整。

2.2 梁體生產(chǎn)ID管理

利用二維碼作為梁體的身份ID，在兩條脫模后，在每個(gè)梁體上噴涂二維識(shí)別碼。通過(guò)識(shí)別碼標(biāo)識(shí)后建立終身ID，可在系統(tǒng)中自動(dòng)關(guān)聯(lián)前期混凝土工程、鋼筋工程的原材料及施工信息，并對(duì)后期的混凝土養(yǎng)生信息、檢測(cè)信息等進(jìn)行及時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)對(duì)每榀預(yù)制梁體所有生產(chǎn)信息的管理，包含編號(hào)、位置、尺寸、材料、生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)了全面的信息化管理。

2.3 全景視頻監(jiān)測(cè)

充分利用信息化手段，對(duì)橋梁場(chǎng)景施工全過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程檢測(cè)，在廠區(qū)內(nèi)的主要生產(chǎn)區(qū)域，如預(yù)制區(qū)、鋼筋加工區(qū)、料倉(cāng)、拌和站等區(qū)域進(jìn)行全景視頻檢測(cè)，并在檢測(cè)軟件中植入智能識(shí)別與判別功能，在視頻檢測(cè)位置配備揚(yáng)聲器，可在識(shí)別到安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行播報(bào)提醒，提高了廠區(qū)生產(chǎn)的安全管控能力。

3 自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的投入與應(yīng)用

自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備是智慧梁場(chǎng)的重要組成部分，高橋梁場(chǎng)內(nèi)投入的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備主要包括自動(dòng)化鋼筋加工設(shè)備、自動(dòng)化液壓模板系統(tǒng)及自動(dòng)化預(yù)應(yīng)力穿束設(shè)備等。通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用，提高了梁體的預(yù)制施工效率。

3.1 自動(dòng)化鋼筋加工設(shè)備使用

該項(xiàng)目梁場(chǎng)內(nèi)的鋼筋加工基本由自動(dòng)化設(shè)備完成，主要設(shè)備包括數(shù)控剪切機(jī)、數(shù)控彎箍機(jī)、數(shù)控鋼筋調(diào)直切斷彎曲一體機(jī)、數(shù)控調(diào)直切斷機(jī)，以及大型數(shù)控彎曲中心等。

數(shù)控自動(dòng)加工設(shè)備的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）配置多機(jī)頭、多功能彎曲機(jī)，可進(jìn)行組合使用，一次性彎曲多根、多種型式鋼筋，速度和效率是普通鋼筋彎曲中心的3倍。（2）數(shù)控化電腦操控界面，具備圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，使其操作管理更加人性化。（3）加工過(guò)程一次成形，彎曲精度高，自動(dòng)上料，自動(dòng)擺放整齊，鋼筋加工實(shí)現(xiàn)流水線自動(dòng)作業(yè)。

調(diào)直切割機(jī)器主要應(yīng)用在牽引機(jī)的送進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)內(nèi)、外調(diào)直機(jī)將盤(pán)條鋼筋進(jìn)行矯直，然后由彎曲機(jī)根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行角度彎折，經(jīng)過(guò)單點(diǎn)折彎后形成所需要的形狀后切斷，避免材料浪費(fèi)，具有彎曲鋼筋速度快、耗能低、加工精度高等特點(diǎn)。

3.2 自動(dòng)化液壓模板系統(tǒng)使用

由于鐵路梁體自重相對(duì)較大，因此在預(yù)制過(guò)程中采用固定臺(tái)座預(yù)制系統(tǒng)進(jìn)行梁體預(yù)制，為了提高模板系統(tǒng)的操作效率和安裝精度配備了自動(dòng)化液壓模板系統(tǒng)。梁體側(cè)模、內(nèi)模、端模板等的使用也通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行控制，側(cè)模通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)側(cè)移、精調(diào)，利用控制系統(tǒng)內(nèi)輸入的預(yù)調(diào)程序進(jìn)行一鍵控制；內(nèi)模系統(tǒng)采用自動(dòng)行走體系進(jìn)行控制，內(nèi)模自動(dòng)收縮后采用行走系統(tǒng)直接將模板移除梁體，與傳統(tǒng)內(nèi)模拆除系統(tǒng)相比，避免了卷?yè)P(yáng)、起重等機(jī)械設(shè)備的投入，極大地減少了操作人員的同時(shí)，避免了對(duì)梁體的磕碰損傷。

梁體的端模板采用液壓控制自拆卸系統(tǒng)，在端模板上增加反力板，并在反力板和端模板之間設(shè)置液壓千斤頂。通過(guò)液壓系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)的配合，實(shí)現(xiàn)端模板的自動(dòng)調(diào)整。單個(gè)端模設(shè)置4臺(tái)成套液壓裝置，利用同一個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定4臺(tái)千斤頂?shù)囊莆豁樞蚝退俾?，并設(shè)置在控制器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，這種操作方式能在提升效率的同時(shí)，使模板與混凝土面緩慢均勻脫離，避免模板變形過(guò)大及脫模過(guò)程對(duì)梁體的損傷。

3.3 自動(dòng)化預(yù)應(yīng)力穿束設(shè)備

鋼絞線穿束安裝是預(yù)應(yīng)力混凝土梁體施工的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工采用人工操作的方式逐根穿入鋼絞線，施工效率不高，且鋼絞線已出現(xiàn)打攪線形，施工難度較大。該梁場(chǎng)配備了自動(dòng)穿束臺(tái)車(chē)進(jìn)行梁體預(yù)應(yīng)力的穿束施工。在混凝土澆筑過(guò)程中，在預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)設(shè)置橡膠棒進(jìn)行支撐，避免管道出現(xiàn)過(guò)大變形。在梁體養(yǎng)生完成后，利用臺(tái)車(chē)快速完成整束襯棒的抽拔，且襯棒的直徑可較人工施工的選擇性更大，能進(jìn)一步提高效率。

襯棒抽拔后，將整束鋼絞線的前端利用錐形穿束帽進(jìn)行臨時(shí)固定，再利用機(jī)器推送鋼絞線完成穿束。這種穿束工藝能夠避免鋼絞線在穿束過(guò)程中出現(xiàn)打攪，有效地保證了鋼絞線在穿束過(guò)程中同步、平順地完成鋼束的安裝?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果表明，這種自動(dòng)化穿束設(shè)備較傳統(tǒng)穿束工藝提高效率約70%。

4 智能化管控技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

在高橋梁場(chǎng)預(yù)制生產(chǎn)中，采用了智能控制噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)、智能張拉控制系統(tǒng)和智能靜載試驗(yàn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能控制。

4.1智能控制噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)

養(yǎng)生是混凝土梁預(yù)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)噴淋養(yǎng)生多采用人工操作的噴淋方式進(jìn)行，易出現(xiàn)養(yǎng)生效果不佳及水資源浪費(fèi)的情況。為了提高養(yǎng)生效率、節(jié)約養(yǎng)生資源，梁場(chǎng)配備了智能控制噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)，通過(guò)智能控制系統(tǒng)控制噴淋系統(tǒng)的供水與壓力調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)梁體噴淋的自動(dòng)控制。

智能?chē)娏莛B(yǎng)生系統(tǒng)配置在梁體的養(yǎng)生區(qū)，系統(tǒng)配備供水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)及濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)在梁體表面布置的濕度傳感器，實(shí)時(shí)感知梁體周邊環(huán)境的空氣濕度。濕度傳感器數(shù)據(jù)接入控制系統(tǒng)后，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的濕度情況，自動(dòng)調(diào)整噴淋的供水和壓力調(diào)整，確保梁體周邊的空氣濕度適中、處于可控范圍。

智能控制系統(tǒng)集成多梁位的智能控制，將每個(gè)養(yǎng)梁位的濕度監(jiān)測(cè)信號(hào)計(jì)入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)含控制器，以控制噴淋開(kāi)關(guān)閥與溢流閥等工位處閥體。根據(jù)每個(gè)梁位的控制數(shù)據(jù)和系統(tǒng)分析結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)控制。多梁位多通道的單獨(dú)控制，能夠有效地提高養(yǎng)生效率，減少資源浪費(fèi)。

4.2 智能張拉控制系統(tǒng)

智能張拉控制系統(tǒng)是提高混凝土梁預(yù)應(yīng)力施工的關(guān)鍵，廣泛應(yīng)用在混凝土橋梁工程中。智能張拉利用智能控制系統(tǒng)感知預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過(guò)程中的控制張拉力、鋼絞線的引申量、壓漿壓力、壓漿用量總量等數(shù)據(jù)，并自動(dòng)調(diào)整張拉力、張拉速度及壓漿力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的智能施工。智能張拉控制系統(tǒng)在張拉精度及穩(wěn)定性上均能得到有效保障。

智能張拉控制系統(tǒng)的參數(shù)根據(jù)《鐵路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》及設(shè)計(jì)文件的要求進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)“一鍵張拉”的智能控制。同時(shí)，系統(tǒng)將每根鋼絞線的張拉數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)，所有預(yù)應(yīng)力施工數(shù)據(jù)均可追溯，并根據(jù)施工過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置預(yù)警分析功能，在施工過(guò)程中出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。

4.3 智能靜載試驗(yàn)控制系統(tǒng)

為了檢驗(yàn)梁體的預(yù)制質(zhì)量，梁場(chǎng)內(nèi)設(shè)置試驗(yàn)臺(tái)座，對(duì)預(yù)制梁體進(jìn)行靜載試驗(yàn)。高橋梁場(chǎng)配備了智能靜載試驗(yàn)控制系統(tǒng)，主要由主控系統(tǒng)、加載裝置、測(cè)力裝置、變形監(jiān)測(cè)裝置、應(yīng)變測(cè)試裝置等組成。其中，主控裝置是控制中心，實(shí)現(xiàn)加載的全自動(dòng)控制，以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)、保存和上傳，并進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)和判斷。

加載執(zhí)行裝置由集中式液壓泵站、分控柜和千斤頂組成，根據(jù)控制指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載。一臺(tái)工控機(jī)可同時(shí)控制5～15個(gè)千斤頂。測(cè)力裝置由測(cè)力傳感器和數(shù)字傳輸系統(tǒng)組成，直接監(jiān)測(cè)千斤頂?shù)暮奢d情況，工控機(jī)可在0.2s內(nèi)讀取所有測(cè)力傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行控制操作，同時(shí)將加載精度控制在±0.5%內(nèi)。位移監(jiān)測(cè)與應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置采用阻式位移計(jì)和阻式應(yīng)變計(jì)，以對(duì)梁體的應(yīng)變變化和位移變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

開(kāi)發(fā)的鐵路橋梁靜載試驗(yàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取橋梁靜載試驗(yàn)荷載的計(jì)算數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)規(guī)范的要求自動(dòng)計(jì)算試驗(yàn)荷載，自動(dòng)完成試驗(yàn)加載的預(yù)測(cè)試，并自動(dòng)輸出試驗(yàn)報(bào)告。

5 結(jié)束語(yǔ)

依托上海至南通鐵路太倉(cāng)至四團(tuán)段站前5標(biāo)的高橋梁場(chǎng)預(yù)制生產(chǎn)，對(duì)智能化技術(shù)在鐵路梁預(yù)制生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了研究與總結(jié)，得出以下主要結(jié)論：

（1）總結(jié)了高橋梁場(chǎng)的布局、生產(chǎn)產(chǎn)能及場(chǎng)地建設(shè)情況，分析了高橋梁場(chǎng)采用智能化技術(shù)的必要性。

（2）總結(jié)了在高橋梁場(chǎng)預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的信息化管理技術(shù)，包括信息化拌和站、全景監(jiān)測(cè)與ID全過(guò)程管理等，實(shí)現(xiàn)了混凝土預(yù)制全過(guò)程覆蓋的信息化管理。

（3）通過(guò)鋼筋加工、自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓模板、自動(dòng)化預(yù)應(yīng)力施工設(shè)備等自動(dòng)化設(shè)備的投入，有效提升了混凝土梁的生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)效率30%以上。

（4）智能控制噴淋、智能張拉、智能靜載試驗(yàn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制效果，提升了預(yù)制梁體的品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]柳兵.新型智能化梁場(chǎng)箱梁預(yù)制施工工藝研究[J].四川水利， 2022（6）：90-91+113.

[2]肖春名，劉孫文，吳振鑫，等.基于信息化平臺(tái)的預(yù)制梁智能化生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用[J].四川建材， 2024（2）：29-31.