本帖最后由 Nino 于 2023-3-7 09:25 编辑
装备升级 智造加速——三峡库区奉建高速公路桥梁数字化装备与智能建造技术
以信息化、智能化为特征的数字化时代的到来，推动了桥梁工程技术的创新与发展，将大数据、人工智能、云计算、机器人等战略性新兴产业技术与桥梁工程相融合，推进桥梁工程数字化、智能化升级，必将助力我国从“桥梁大国”迈向“桥梁强国”。
三峡库区奉建高速公路安全智能建造科技示范工程，针对项目穿越三峡库区、桥隧比高、地质情况复杂、旅游资源丰富的特点和难点，贯彻落实《交通强国建设纲要》和创新驱动发展战略精神，紧扣“安全智能建造”主题，从智能建造、智能监测、安全提升方面入手，形成适应三峡库区特征的、高桥隧比高速公路安全智能建造技术体系，有助于推动传统基础设施数字化转型升级，促进三峡库区旅游经济发展，支撑国家和重庆市交通强国建设，助力长江经济带高质量发展，具有重要意义。
工程的挑战性
奉建高速公路位于三峡库区腹地奉节、巫山县，全长48.752km，桥梁总长10533m/20座，其中特大桥6898.02m/5座，大桥3483.48m/13座，包括主跨916米的白帝城长江大桥（钢箱梁悬索桥），主塔高312.4米、主跨650米的大溪河大桥（钢-混组合梁斜拉桥），全线桥隧比高达88.2%。
图1 奉建高速公路路线
桥隧占比高 施工难度大
奉建高速公路地处三峡库区，地形极为复杂，沿线水系发达，除长江外，还有中小河流数十条。项目桥隧施工转接频繁，施工组织复杂，桥隧转接处干湿转换频繁、易积水结冰，保障施工-运营安全是本项目建设的重点。同时需要提升构筑物的本质安全，增强设施耐久性和可靠性。
地质条件复杂 施工运营风险高
项目区属四川盆地东部边缘、大巴山前缘和鄂西地带，沿线山高坡陡，多为岩溶中、低山区，碳酸盐岩溶化程度高，岩溶发育，穿越瓦斯地层和煤矿采空区，工程地质条件非常复杂。同时，由于三峡水库库容巨大，两岸山体长期处于浸泡之中，工程建设需防范滑坡、泥石流、崩坡积体、岩溶堵塞、塌方、岩爆、突涌水（突泥）、瓦斯事故等危险源的影响，需要利用先进数智化监测与防控技术保障工程建设安全、提升工程建设品质。
生态文化旅游资源丰富
项目沿线有气势磅礴的夔门、历史悠久的白帝城、刘备托孤的永安宫、诗圣杜甫的西阁、世界最大的小寨天坑、大溪文化遗址、龙骨坡遗址等自然人文景观。项目南北连接张家界、西安，东西沟通川、渝、鄂，是促进巴蜀、荆楚等多元文化交融的纽带，旅游资源含金量大。
山区桥梁建造数字化工厂集群
依托项目中的桥梁工程，开展数字化钢材加工厂、数字化混凝土拌和站集群、预应力数控智能张拉体系、数字化梁场、数字化架桥机示范应用，建成基于5G、IOT、BIM融合的数字化场站一站式集中管控平台。项目已建成数字化钢材加工厂1个、数字化混凝土拌和站集群1+4个、数字化梁场两座，完成了架桥机数字化改造与智能监控升级。通过一站式集中管控平台信息化技术协同力，对于沿线分散设置的钢材数字化加工厂、数字化混凝土拌和站集群、数字化梁场、数字化架桥机进行一站式集中化管理，促进智能建造技术水平，提升桥梁工程建设品质。
数字化钢材加工厂 确保质量可控
打造自原材料入场至产品出厂的数字化钢材加工流程，解放劳动力资源，实现钢材加工检测全过程的高效化、精细化，减少设备、环境、人为等不确定因素造成的误差，产品质量更有保证。开发钢材加工全链条智能化质量管理系统、智能生产管控系统、数据可视化分析系统，构建“生产自动化、流程可视化、品控数字化、管理智慧化”的数字孪生工厂。通过智能钢筋管理软件平台（RMES）与数控钢筋加工设备、LED显示屏、场地摄像头等硬件设备对接，实现钢筋配送中心人、财、物实时监管，实现无纸化订单生产，有效提升生产效率，降低管理成本。
数字化钢材加工厂位于重庆市巫山县庙宇镇九台村，车间总面积约100002，厂房跨度90米，长度110米，设置A、B、C三个互通的加工车间，配备数控斜面式钢筋弯曲中心、立式弯曲中心、数控弯箍机、钢筋自动焊接弯圆机、数控钢筋笼滚焊机等智能设备17台（套）。利用RMES系统钢材加工云平台实现钢材翻样、原材、生产、配送全过程信息化。通过专业的翻样软件确定钢材加工尺寸，杜绝加工的理论误差；利用智能化钢材加工设备，提升钢材加工精度，改善加工质量波动性、差异性。利用先进的智能设备实现机械化换人、自动化减人。整个钢材数字加工厂仅需配备管理人员5名、产业工人40名，较传统非集中加工模式减员60%，降低劳动强度70%，极大程度减少作业过程人的不安全因素，改善了作业环境。
图2 钢材数字加工厂
图3 生产管理系统图
图4 生产任务监控大屏
数字化混凝土拌和站集群
精细管控物料
数字化混凝土拌和站集群管理系统由物料现场验收管控系统、核算系统和物料追踪系统构成。采用数字化、智能化等技术率先打造自原材料入场至半成品出厂的拌和站生产流程，解放劳动力资源，实现混凝土生产及消耗全过程的高效化、精细化、智能化，减少管理、人为等不确定因素造成的材料成本亏损，使得原材消耗、半成品生产过程管控更加精细。智能物料验收系统结合拌和站核算系统，运用信息化手段，以规范化作业杜绝作弊，辅助防亏止损；以信息化手段精细作业，加强成本控制；以数据可视化集中管控，提升管理效率。从而以智能化、在线化、数字化赋能企业物料精细化管控，帮助施工企业实现物料管理的数字化、信息化、智慧化。
图5 数字化混凝土拌和站
图6 数字化混凝土拌和站集群管理系统
数字化预制梁场
实现集中智能管理 秉承“科技、创新、绿色、环保”的理念，按照标准化、现代化、智能化梁场的标准进行设计修建，实现管理规范化、作业标准化、工艺智能化、厂区环保化的理念目标。数字化梁场综合管理平台是预制梁场实行集中智能化管理的基础和核心。基于互联网思维，遵循“统一规划、统一平台、统一数据”的原则，以计划管理和作业工序管理为主线，依托高清视频监控设施、北斗定位、二维码、大数据分析等先进的信息技术，集成预应力智能张拉系统、智能压浆系统、智能喷淋养护系统。通过大数据集成预应力张拉、压浆数据及自动喷淋养护信息，实现数据的自动采集、统计、分析及预警，按管理层级共享数据资源，实现管理信息化。以数字化基础设施与环境为依托，以梁场智能设备采集数据为基础，集成梁场各类生产管控数据，建立数字化梁场综合管理平台。平台功能模块包括：视频监控、智能视频分析、原材料管理、智能养护监控、智能张拉监控、智能压浆监控、二维码管理、 环境监测、关键设备人员定位、大屏显示、门禁管理系统。该系统突出了预制生产管理、安全质量管理、绿色工程管理、现场人员物料管理、可视化管理五大核心内容。 图7 数字化预制梁场
图8 数字化梁场生产管理系统
图9 数字化梁场IOT平台
数字化架桥机
全过程监控
数字化架桥机是预制梁场的拓展板块，通过智能化控制系统对传统架桥机进行数字化改造升级。智能化控制管理系统由视频监控系统和数据监控系统组成，应用工业信息化、微处理、云计算、物联网技术、北斗定位等技术，集成数据采集、监控、记录、分析、诊断、预警、统计于一体建成交互式信息管理平台，对桥梁运输、架设全过程进行监控管理，实现架桥机运营信息以及安全状态的实时管理。视频监控系统可以实现监测架桥机的过孔状态、架梁状态、运梁车同步状态。视频显示器放置于驾驶室中或者主机电箱内，给操作员带来更加宽广的操作视野，提高了架桥机操作的便捷性。数据监控系统监测架桥机的运行行程、天车起升高度、左右横移、机构状态，前、中支腿状态，操作指令以及输出控制点位等数据，可以让操作员全方位掌握架桥机的实时运行状况，并在事故发生时有故障回溯的能力，为架桥机施工提供了强有力的安全保障，可以有效提升架桥机的安全水平和运营效率。
图10 数字化架桥机智能监控
建设-运营期智能监测
与精细化施工控制
针对斜拉桥、悬索桥等大型缆索承重桥梁桥塔液压爬模系统、主梁吊装系统、升降机、塔式起重机等大型施工装备，采用传感器集成技术、视频监控技术建立数字化智能控制平台。建成PLC闭环智能控制系统、安全监控系统，通过5G+无线通讯网络开展对大型施工装备的在线智能监测与安全预警，实现对大型施工装备的数字化控制与智能管理，大大减少人工操作，降低异常风险，保障桥梁结构与施工装备安全和工程品质。
以5G通信、云计算、大数据、物联网、智能控制为基础核心技术，针对斜拉桥、悬索桥等缆索承重桥梁的长期性能演变与建设、运营安全问题，开展缆索桥梁建设-运营期智能监测与精细化施工控制技术示范应用。依托大溪河大桥、白帝城长江大桥建成基于BIM+GIS的桥梁施工监控、成桥荷载试验、运营期健康监测的建管养一体化智能监控预警系统，无缝衔接桥梁建设、管养、运维全过程，在线感知、监测、识别、评定和实时预警桥梁荷载与环境作用、结构响应、结构性能、结构状态与安全水平。在桥梁建设期间埋设长寿命免维护智能传感器，避免后期布设损伤桥梁结构，对温度、湿度、风场等环境参数，汽车、轮船撞击、地震等荷载作用，钢结构与混凝土应力及裂缝、主梁变形、主缆及桥面线形、缆索索力、塔柱偏位、基础沉降等结构力学响应，以及振型、阻尼等动力特性参数的瞬时增量和累积全量进行实时监测，为掌握桥梁长期性能演变规律提供完善的结构响应原始数据。采用5G通信无线传输存储数据、图像与视频，结合物联网技术在BIM综合管理平台上实现桥梁安全评估与实时预警，对灾害全程记录并及时响应、快速生成分析报告，可显著提升大型缆索桥梁建造质量和营运管理水平，提高桥梁承载能力评估与安全预警的科学性，有效提升桥梁工程品质、保障施工与运营安全。
依托奉建高速桥梁工程，以数字化钢材加工厂为核心，同时拉动梁场、拌和站、架桥机的数字化应用建设，利用5G、IOT、BIM融合技术搭建场站集群数字化管控中心。通过信息化技术协同，对沿线分散设置的场站集群进行一站式集中化管理，全面集成钢材加工、混凝土拌和、物资运输、梁板预制和架设全链条硬件、软件系统，提供一体化的桥梁智能建造生产管理解决方案，提升项目生产效率和质量。依托奉建高速大跨径悬索桥、斜拉桥等桥梁工程，针对桥塔液压爬模系统、主梁吊装系统、升降机、塔式起重机等大型施工装备，采用传感器集成技术、视频监控技术建立数字化智能监控平台，实现对大型施工装备的在线智能监测与安全预警，保障桥梁结构与施工装备安全和工程品质。建成基于BIM+GIS的桥梁施工监控-成桥荷载试验-运营期健康监测的建设-运营期一体化智能监控预警系统，无缝衔接桥梁建管养运全过程。在线感知、监测、识别、评定和实时预警桥梁荷载与环境作用、结构响应、结构性能、结构状态与安全水平，显著提升大型缆索桥梁建造质量和营运管理水平，提高桥梁承载能力评估与安全预警的科学性，有效提升桥梁工程品质、保障施工与运营安全，对于山区公路工程建设具有重要的推广应用价值和行业引领意义。
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