深中通道智慧梁场建设及运营研究.pdf
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1、世界桥梁 2023年第51卷第S1期(总第224期)World Bridges#Vol.51#No.S1#2023(Totally No.22426DOI:10.20052/j.issn.1671-7767.2023.SI.005深中通道智慧梁场建设及运营研究刘佩斯刘佩斯(中铁大桥局集团有限公司,湖北武汉430050)摘 要摘 要:深中通道项目桥梁工程全长17 k=,其上部结构的791片混凝土箱梁全部由中山预制梁场制造&为实现预制梁场的 协同远程控制管理,以混凝土箱梁的预制及移运为背景建设深中通道智慧梁场&深中通道智慧梁场基于BIM技术,集成钢筋 加工管理系统实现了钢筋的自动化加工;使用全自动
2、液压整体式模板优化了箱梁模板安拆方法;配套智能化混凝土输送中心 改变了传统混凝土生产的格局;建立智慧梁场协同管理平台集成多种智能生产系统,实现生产过程信息的自动采集、数据共 享&智慧梁场的建设及运营,是将智能制造技术与梁场管理流程相融合,大幅提升箱梁生产流程的自动化程度,完善各工序 管理流程,降低施工成本和安全风险,提高成品质量和效益&关键词关键词:跨海桥梁;混凝土箱梁;智慧梁场;BIM;自动化;智能化;信息化;综合管理中图分类号中图分类号:U448.213;U445.471 文献标志码:文献标志码:A 文章编号:文章编号:1671-7767(2023)Sl-0026-081 工程概况工程概况
3、深中通道北距虎门大桥约30 k=,南距港珠澳大 桥约38 k=o项目起于广深沿江高速机场互通立交,在深圳机场南侧跨越珠江口,西至中山马鞍岛,终于 横门互通立交,与中开高速公路对接(见图1)。主体 工程全长24 k=,跨海长度为22.39 k=,含隧道、人工 岛和桥梁工程(全长17 k=),陆域长度为1.64 k=,项 目采用设计速度100 k=/h的双向8车道高速公路技 术标准&中山预制梁场承担该项目所有混凝土箱梁 预制工作,含636片40=小箱梁和155片60=大箱 梁(见图2)。图图1深中通道工程路线示意深中通道工程路线示意Fig.1 Route alignment of Shenzhen
4、-Zhongshan Link2智慧梁场建设规划智慧梁场建设规划深中通道箱梁预制智慧梁场布置在中山市马鞍 岛,比邻珠江口海域,具有便利的海上运输条件&预 制梁场总占地面积约为1.55 X 105=2,包含8个主图图2混凝土箱梁混凝土箱梁Fig.2 Concrete box girder要功能区域:混凝土输送中心、钢筋加工中心、钢筋 绑扎中心、箱梁制梁区、0=箱梁存梁区、项目部驻 地、60=箱梁出海栈桥、工地实验室(见图3)。根据 该项目工程进度安排,预制梁场一体两用,分为2个收稿日期 收稿日期 2022-06-10作者简介:作者简介:刘佩斯(1984),男,高级工程师,2007年毕业于西南交通
5、大学土木工程专业,工学学士(E-=ail:1878114386qq.co=)。深中通道智慧梁场建设及运营研究 刘佩斯27图图3预制梁场功能分区预制梁场功能分区Fig.3 Function zoning of beam fabrication yard 阶段依次进行40 m小箱梁和60 m大箱梁的预 制深中通道预制梁场以“智能制造、智慧梁场 为 建设宗旨,推行工厂化、标准化、信息化建设理念,落 实BIM信息技术及智能化设备的全方位应用2-。智慧梁场以BIM三维模型为基础,开发BIM智慧 管理平台进行综合管理,利用物联网+互联网通信 技术集成梁场智能设备系统、智能传感器、视频监控 系统、人员和设备
6、管理系统等,实现整个混凝土梁预 制施工过程的智能化作业、信息采集、协同和远程控 制,全方位提升生产和管理水平&智慧梁场智能应 用集成规划如图4所示&3智慧梁场智能化成套技术应用智慧梁场智能化成套技术应用智慧梁场的建设及运营主要从硬件设施及软件 配套入手,一方面是预制梁各工序的智能化施工,另 一方面是通过BIM协同管理平台对预制梁场进行 全方位的集中管控 3切。切。3.1钢筋自动化加工智慧梁场配备有多台套钢筋自动化加工设备,利用基于BIM技术的钢筋深化设计与钢筋数控加 工设备,协同实现钢筋翻样、下单、加工的一体化、自 动化,集成钢筋加工管理系统,涵盖钢筋的原材料管 理、生产加工、半成品出库管理等
7、,做到精准化翻样、精细化加工、精确化管理囚,钢筋加工管理系统如图 5所示&钢筋自动化加工的基本流程为:应用BIM 建模软件创建钢筋模型$通过碰撞检查和工艺模 拟,优化钢筋模型$开发钢筋数据接口,导出钢筋翻 样单$钢筋加工管理系统导入翻样单$进行棒材钢 筋套料优化设计$生成钢筋加工数据$数控加工设 备读入数据,自动加工钢筋成品$将实际加工信息 反馈至钢筋加工管理系统&图图5钢筋加工管理系统钢筋加工管理系统Fig.5 Steel processing management system与传统钢筋加工方式相比,自动化加工具有以 下明显优势:采用BIM技术进行钢筋建模和深化 设计,能实现对设计文件的有
8、效校核和优化,避免了 传统钢筋加工翻样难以事先察觉较复杂部位钢筋冲 突等问题导致的返工&钢筋尺寸加工精准,实际 加工的尺寸与设计尺寸基本一致,误差不大于图图4智慧梁场智能应用集成规划智慧梁场智能应用集成规划Fig.4 Intelligent application integration planning of smart girder fabrication yard28世界桥梁 2O23,51(S1)2=。通过二次开发,BIM,BIM模型直接导出钢筋翻 样单,传输至钢筋加工管理系统,经套料优化后直接 生成钢筋加工单,加工时仅通过扫码即可完成信息 的录入,避免人工录入钢筋信息的弊端&通过开
9、发钢筋套料优化程序,采用匹配算法,电脑自动根据 加工任务进行套料匹配,套料速度快,钢筋利用率 高,适用于大批量、钢筋类型多等需处理大量数据的 情况&相比人工套料的费时费力和计算结果不理 想,钢筋自动套料计算具有很大优势,棒材钢筋利用 率可达到99.5%以上&3.2全自动液压整体式模板40=小箱梁及60=大箱梁均使用全自动液压 整体式模板,全自动液压整体式模板由6部分组成:外模及外模台车、内模及内模支架、端模、底模、液压 系统、智能控制系统6-。移动式外模由钢面板、背肋桁架,液压油缸、横 移基座、纵移台车等组成,其构造如图6所示&钢面 板采用(6+2)=厚组合不锈钢板,背肋桁架采用 型钢结构,设
10、计时考虑较大的刚度以减小变形;纵移 台车由电机控制,每侧模板布置4个,纵移时在预铺 的钢轨上行进;横移基座布置在纵移台车上,通过水 平液压油缸实现模板的横移、通过竖向液压油缸实 现模板的整体升降,实现了外侧模的整体装、拆模&在侧模桁架上配置激光测距仪、水平倾角传感器、拉 绳位移传感器(量程500=)APLC(Progra=able Logic Controller,可编程控制器)控制模块等,在 底模侧面设置26个“台阶”形辅助构件&模板纵向 定位时,通过激光测距仪识别“台阶)通过测距变化 来确定侧模走行的位置,待激光测距数值与理论值 一致时,表明模板已走行到位&模板安装过程中,通 过水平倾角传
11、感器和拉绳位移传感器数据对模板进 行调平&立面钢底模可调支腿纵移台车 单位:mm图图6液压整体式外模构造液压整体式外模构造Fig.6 Hydraulic integral external formwork自动支拆式内模由钢面板、液压撑杆系统、模内 主梁、液压伸缩系统、走行系统等组成,其构造如图 7所示&钢面板采用6=厚的普通钢板,同断面 钢面板分成4块,同侧2块钢面板铰接,通过液压撑 杆系统的液压伸缩杆实现钢面板的卷曲及外撑&主 梁上设液压伸缩系统,可以进行内模横向伸缩&主 梁底部设走行支腿,支腿上设动力滚轮,支腿高度由 液压油缸控制调整&主梁后端连接走行支架,下设 4个动力滚轮,滚轮通过电
12、机控制在预铺钢轨上走 行,端部支架可给内模在走行过程中提供侧向支撑&在箱梁钢筋整体(含顶板钢筋)吊装入模后,内模由 梁端通过在钢筋笼内腔预设的槽型轨道走行进入&混凝土浇筑完成后,内模沿槽型轨道退出&在内模 中配置激光测距仪、拉绳位移传感器、水平倾角传感 20 350 訂液压代缩系统 于心线立面6 754,5 617,8 983浇筑状态伸缩杆回缩撑杆回缩支腿下落液压伸缩杆液压伸缩杆液压伸缩杆液压伸建-主梁主梁主梁注梁钢面板液压撑杆钢面板液压撑杆钢面板液压撑杆钢面;/液压撑杆 单位:mm图图7液压整体式内模构造液压整体式内模构造Fig.7 Hydraulic integral internal f
13、ormwork深中通道智慧梁场建设及运营研究 刘佩斯29器、PLC控制模块等,激光测距仪布置在支腿位置,通过PLC和支腿高度调整油缸的比例阀形成闭环,预先计算内模走行行程的理论数值,通过激光测距 仪反馈数值与理论数值的比对,由PLC控制油缸比 例阀调整油缸伸出行程,使内模走行适应底板厚度 变化,平稳进出实现装、拆模&与传统的内、外模板采用的分块、分段拼装模式 相比,全自动液压整体式模板具有以下明显优势:模板自动化程度高,人工成本低&仅需2或3名 作业人员完成模板精准对位工作,通过PLC模块控 制面板,实现其整体安装、拆卸和移动,减少了箱梁 预制过程中模板装拆的工序时间,人工成本相应降 低&模板
14、整体性能好,确保了箱梁施工质量&内、外模板均为整体作业,接缝少,无错台,结构尺寸及 钢筋保护层厚度指标合格率高,外观色泽一致,箱梁 施工质量得以保证&同时,整体作业有效减少了模 板倒运次数,提高了周转利用率&绿色环保,减少 能耗&整体式液压模板的成功应用是通过技术创新 直接减少能源消耗的一种手段,符合环保、绿色施工 的理念。3.3智能化混凝土输送中心智慧梁场混凝土生产采用全封闭工厂式绿色环 保搅拌站,配置4套HZS180型双螺带式搅拌主机,16个200 t粉料罐,11个骨料储料仓&混凝土输送 中心承担46万方混凝土供应任务,包含中控室、原 材料存放区、混凝土生产区、回收料处理区和自动洗 车等功
15、能区;配备制冰机组、冷水机组、砂石分离机、压滤机等温控和环保设备&搅拌站实行全封闭集中 搅拌方式、工厂化全天候生产管理&搅拌站主机、料 仓、传送皮带全封闭,料仓采用布料机打料,内设自 动喷雾系统降尘;尾料采用砂石分离机联合压滤机 进行砂、石、渣、水分离,循环利用;配备粉料低压输 送系统,大大提高粉料输送安全性8-。智能化混凝 土输送中心及智能化控制系统如图8所示&图图8智能化混凝土输送中心及智能化控制系统智能化混凝土输送中心及智能化控制系统Fig.8 Intelligent concrete conveying center and control system混凝土输送中心设有混凝土生产中控
16、室(见图 9)。混凝土生产采用先进的ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源计划)管理系统,替代 传统的搅拌设备控制系统,另外集成生产管理、材料 管理、车辆管理、实验室管理、视频监控管理等多个 模块,对整个生产流程进行集中管控,实现从任务单 下发到混凝土成品运输到工地整个过程的严密控 制,实时掌握当前生产情况,提高管理效率&图图9混凝土生产中控室混凝土生产中控室Fig.9 Central control room for concrete production智能化混凝土生产管理系统可实时接收调度部 门下达的各项生产任务,并将任务分送到不同生产 线,再根据需求
17、情况在系统内进行排序和任务分 配10-,同时自动向实验室申请配合比(见图10)搅 拌站根据接收任务及配合比进行生产,砂石料、水泥(掺合料)、外加剂和水自动根据配合比称重掺配,骨 料计量精度可控制在士2%以内,水泥(掺合料)、外 加剂和水的计量精度可控制在士 1%以内&系统采 用打印二维码发货单的方式,指派罐车运送到浇筑 位置,经现场管理人员扫描签收,填写签收方量及剩 退方量等信息,系统可根据剩退料进行站内、外转派 或安排尾料清理&生产过程均通过图表方式自动生 成生产台账、报表,实时掌握生产情况&物料及车辆 均实现追踪溯源管理&图图10智能化混凝土生产管理系统智能化混凝土生产管理系统Fig.10
18、 Intelligent concrete production management system30世界桥梁 2O23,51(S1)与传统的劳动密集型搅拌站相比,智能化混凝 土输送中心具有以下明显优势:节能高效&采用 成熟的ERP管理系统,配料精确度高,可实现材料 进场、消耗、剩退料数据的智能化采集,准确生成生 产所需要的各个环节的相关报表,减少管理人员的 统计盘点工作,降低劳动强度&同时,采用低压粉料 输送系统和布袋脉冲除尘器,在减小打料所产生噪 音的同时,可节约用料且保障打料过程的安全&经 测算,输送每吨粉料可节约成本0.35元&绿色环 保&封闭式搅拌主楼及储料仓可减少粉尘对环境的 污
19、染,提升外观形象&料仓内的喷雾降尘系统,可利 用粉尘传感器、红外传感器、时间控制器等智能监控 设备实现全自动化操控&仓内粉尘含量一旦达到阈 值,系统自动开启安装在顶棚下的高压喷头,将水雾 化后喷出,与空气中的粉尘颗粒融合,在自重的作用 下掉落,从而达到降低粉尘、增加空气湿度、降低环 境温度等多种功效&搅拌站采用的砂石分离及污水 处理系统可对混凝土剩退料执行回收再利用处理&其中,浆水流入浆水搅拌池,经搅拌后泵入压滤系统 进行压滤,转化成渣饼和清水&清水再次用于砂石 分离机、智能洗车机,实现循环利用,确保污水零排 放&信息智能&混凝土输送中心混凝土生产中控 室是搅拌站的控制中枢,通过互联网将生产管
20、理、ERP管理系统、GPS监控系统等集成于一体,将原 材料进场到成品混凝土运输至现场的全过程联通起 来,自动采集分析数据,减少人员的干预和操作&保证质量&混凝土输送中心具备完善、合理的生 产工艺,计量准确,控制可靠并采用视频监控系统,提高了机械化、自动化程度,有效简化施工准备及组 织工作,改善施工条件,方便施工管理,更有利于混 凝土生产的质量控制&3.4智慧梁场协同管理平台智慧梁场以实现梁场生产过程可视化、施工流 程标准化、业务管理数字化、机械设备智能化、管理 决策智慧化为目标,建立了“1+3”模式的信息化管 理系统框架,T即指BIM协同管理平台,“3”分别 为钢筋自动化加工系统、混凝土智能控
21、制系统和监 控系统&通过信息化技术 集成各数控、试验及传感 设备,整合数据传输接口、搭建网络通讯基础设施,集成多种智能生产 系 统 实 现预制 梁 场生产 过程 信 息自动采集、数据共享,生产管理自动化、智能化。平台分别从安全、质量、进度、材料、机械、人员等方 面对项目进行智能化管理,提供C/S端、B/S端以 及MS端三端的协同(见图11)1*)1*&深中通道项目S07合同段智爲梁场协同管理平台制梁与架梁逬度图图11协同管理平台工作界面协同管理平台工作界面Fig.11 Work interface of collaborative management platform 智慧梁场协同管理平台可
22、实现的功能主要有:(1)BIM模型应用&依据设计图纸,使用 Revit.Tekla等建模软件对场地布置、大、大临结构、工 程实体等创建标准为LOD400的高精度模型,可静 态查询构件模型的各种参数、施工信息并进行碰撞 检查,反馈设计问题,又能结合动态时间属性进行施 工 模 拟 及 数 据 分 析 对 进 度 管 控 起 到 辅 助 作 用&BIM模型应用如图12所示&图图12 BIM模型应用模型应用 Fig.12 BIM model application(2)场地动态管理&将建立的基于IFC标准的 4D-BIM模型、施工结构模型、施工辅助设施设备模 型、施工场地模型导入到Navisworks
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- 通道 智慧 建设 运营 研究
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