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行業(yè)新聞
中國橋迎來“智造時(shí)代”
時(shí)間:2021-11-01    來源:交通建設(shè)報(bào)、二航局、一公局集團(tuán)    分享:
由二航局、一公局集團(tuán)參與施工的江蘇常泰長(zhǎng)江大橋不僅是世界最大跨度斜拉橋,也是中交集團(tuán)進(jìn)軍公鐵兩用橋市場(chǎng)的“明星產(chǎn)品”。常泰長(zhǎng)江大橋建成后,將推進(jìn)“錫常泰”城市組團(tuán),以“高速公路、普通公路、鐵路”三種交通方式過江,在“錫常泰”城市組團(tuán)建成高度分享的1小時(shí)通勤圈,為經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展提供強(qiáng)有力的交通支撐,為江蘇段八百里長(zhǎng)江新添一道世界級(jí)的“風(fēng)景線”。

由二航局、一公局集團(tuán)參與施工的江蘇常泰長(zhǎng)江大橋不僅是世界最大跨度斜拉橋,也是中交集團(tuán)進(jìn)軍公鐵兩用橋市場(chǎng)的“明星產(chǎn)品”。常泰長(zhǎng)江大橋建成后,將推進(jìn)“錫常泰”城市組團(tuán),以“高速公路、普通公路、鐵路”三種交通方式過江,在“錫常泰”城市組團(tuán)建成高度分享的1小時(shí)通勤圈,為經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展提供強(qiáng)有力的交通支撐,為江蘇段八百里長(zhǎng)江新添一道世界級(jí)的“風(fēng)景線”。

央視《大國建造》第四集《穩(wěn)如磐石》介紹了由中交集團(tuán)承建的江蘇五峰山長(zhǎng)江大橋和常泰長(zhǎng)江大橋。

 6月,江蘇常泰長(zhǎng)江大橋轉(zhuǎn)入主塔施工階段。沉井作為施工控制的基礎(chǔ)工程,起著關(guān)鍵性作用,常泰長(zhǎng)江大橋底面沉井作為世界面積最大水中沉井,用鋼量達(dá)到2.3萬噸,超過3座埃菲爾鐵塔的用鋼量,總面積相當(dāng)于13個(gè)籃球場(chǎng),超過滬蘇通長(zhǎng)江大橋主塔沉井。如何破解世界最大水中沉井建設(shè)難題,中交建設(shè)者們將中交智慧融入其中,為大橋建設(shè)按下了快捷鍵。

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大橋5號(hào)墩第三層承臺(tái)混凝土澆筑

由二航局和一公局集團(tuán)參與施工的常泰長(zhǎng)江大橋是江蘇省“十五射六縱十橫”高速公路網(wǎng)中如常高速公路的關(guān)鍵工程,也是世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋。它是世界上首座集高速公路、城際鐵路、一級(jí)公路為一體的大橋,下游距江陰長(zhǎng)江大橋約30.2公里,上游距泰州長(zhǎng)江大橋約28.5公里,南北連接常州和泰州兩市,路線全長(zhǎng)10.09公里,主橋?yàn)殡p層公鐵兩用橋,公鐵合建段主航道橋采用主跨1176米鋼桁梁斜拉橋。作為中交集團(tuán)打入公鐵兩用橋市場(chǎng)的“明星產(chǎn)品”,大橋建設(shè)中充分運(yùn)用了智能化建造手段。

“智能化建造是‘智腦’代替‘人腦’的過程,從標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化,再到智能化,三步走實(shí)現(xiàn)智能建造的推廣和應(yīng)用,這是企業(yè)推動(dòng)它的內(nèi)生動(dòng)力?!背L╅L(zhǎng)江大橋技術(shù)總負(fù)責(zé)人羅承斌說。公開數(shù)據(jù)顯示,目前國內(nèi)一線建筑工人平均年齡已接近50歲,比2007年增長(zhǎng)了10多歲。隨著人口紅利逐步消失,中國建筑業(yè)人工成本逐步走高。羅承斌說:“我們必須由被動(dòng)需求變?yōu)橹鲃?dòng)需求,在協(xié)作隊(duì)伍老齡化提前到來,成本、安全風(fēng)險(xiǎn)倍增時(shí),企業(yè)必須提前采取預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的手段?!?/p>

“智腦”替代“人腦”,當(dāng)下,中交集團(tuán)在全國各地的重大項(xiàng)目中都逐步將智能化建造提上日程。深中通道一體化造塔機(jī)、鋼筋部品工藝深入推進(jìn);鹽港東立交一體化架橋機(jī)工序集成;鳳凰路黃河大橋無人頂推成為示范;襄陽東西軸線河床智能整平提供借鑒……

對(duì)于常泰長(zhǎng)江大橋5號(hào)沉井智能化施工,羅承斌打了一個(gè)形象的比方,采取“智腦”,實(shí)際上就是用電路的“并聯(lián)”替代基礎(chǔ)的“串聯(lián)”。沉井從一個(gè)工作面擴(kuò)大到無數(shù)個(gè)工作面實(shí)施,而且能夠?qū)崿F(xiàn)同步施工、精確控制,對(duì)于水中沉井的工藝工法是一種關(guān)鍵技術(shù)補(bǔ)充,而智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能取土設(shè)備、智能節(jié)段梁預(yù)制系統(tǒng)作為智能建造的創(chuàng)新代表,充分體現(xiàn)了中交建設(shè)者的建設(shè)智慧。

智能取土顛覆

傳統(tǒng)工藝

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大橋主塔承臺(tái)施工

吳啟和是常泰長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目總工程師,曾經(jīng)主持研究泰州大橋“沉井定位與著床”技術(shù)。如今,他要向這座世界跨徑第一的公鐵兩用橋發(fā)起挑戰(zhàn)。面對(duì)常泰長(zhǎng)江大橋這個(gè)底面尺寸橫橋向長(zhǎng)95米,縱橋向?qū)?7.8米,總高72米,相當(dāng)于13個(gè)籃球場(chǎng)大的世界最大水中沉井,吳啟和感到身上的擔(dān)子很重。

“從水中沉井基礎(chǔ)研發(fā)到投入使用,盡管技術(shù)不斷革新,但是沉井著床的精確性這一難題始終無法得到解決?!彼聪虼巴猓路鸹氐搅耸嗄昵暗氖┕がF(xiàn)場(chǎng)。傳統(tǒng)的水中沉井下沉主要依靠氣舉取土下沉,即通過在沉井上方設(shè)置吸泥管,向水下打入高壓氣體的方式,把泥土從沉井下方江水中倒逼出來,其原理與醫(yī)院注射的滴管類似,最終依靠沉井自身重量下沉。

“氣舉取土下沉為主,配合抓斗、鉸刀等工具,十幾年前的泰州長(zhǎng)江大橋的施工方法如今仍然適用?!比欢绾慰刂瞥辆邢鲁恋木?,卻成為壓在吳啟和心口的“巨石”。

盡管前期進(jìn)行過地質(zhì)勘察,但井壁下方被水面覆蓋的地層大家仍無法完全掌握。傳統(tǒng)的水上沉井,工人需要操縱龍門吊,將吸泥管移動(dòng)到相應(yīng)的沉井隔倉進(jìn)行吸泥作業(yè),至于吸泥是否到位,則需要完全依靠工人自己判斷。

“往往一個(gè)井口需要配置4個(gè)人,除了操作人員外,測(cè)量人員也要隨時(shí)待命。”吳啟和認(rèn)為這樣的手段依舊無法保證精度:“工人需要手持遙控器完成吸泥管下放、起升、移位等動(dòng)作,并通過肉眼觀察排出泥漿的濃度判斷吸泥動(dòng)作是否完成?!钡捎诰诟采w面積大,測(cè)量人員往往只能測(cè)出離井壁較近的標(biāo)高。

這樣的做法往往導(dǎo)致四周的標(biāo)高到位了,但中間部分卻無法保證,而且長(zhǎng)時(shí)間吸同一片區(qū)域,極易形成“漏斗狀”的掌子面。如不慎在沉井井壁附近過度吸泥,還可能導(dǎo)致井內(nèi)外土體壓力失衡、泥土反涌至井內(nèi)的情況發(fā)生。吳啟和將目光投向提高“智能化、可視化、機(jī)械裝配化”的水平上來,研發(fā)了一套集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制于一身的集成管理系統(tǒng),成為搬開這塊“巨石”的關(guān)鍵。

2019年8月,在二航局技術(shù)中心和武港院技術(shù)團(tuán)隊(duì)的大力支持下,智能建造方案開始逐步推進(jìn)。那段時(shí)間,吳啟和很少休息,很多方案的修改和完善都是在動(dòng)車上完成的。一下車,他又要消化新方案,給業(yè)主和相關(guān)專家解釋說明,爭(zhēng)取到他們對(duì)智能建造方案的支持。

功夫不負(fù)有心人。2020年,一項(xiàng)名為《用于沉井下沉施工的自動(dòng)化氣舉取土集中控制系統(tǒng)和方法》的專利通過了審核,標(biāo)志著該專利正式在常泰長(zhǎng)江大橋投入使用。

2020年6月6日,沉井第一次取土作業(yè)正式開始。不同于6號(hào)主墩沉井上的人頭涌動(dòng)。二航局負(fù)責(zé)的5號(hào)墩沉井上只有寥寥數(shù)人?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控指揮室內(nèi),吳啟和緊盯著技術(shù)人員給沉井上部的15臺(tái)門式起重機(jī)發(fā)出指令,設(shè)備沿著鋪設(shè)的軌道緩緩移動(dòng),并將吸泥管吊至指定位置作業(yè)。

“龍門吊和吸泥管上加裝了高精度傳感器,通過集群系統(tǒng)來設(shè)定相關(guān)吸泥參數(shù)、吸泥管平面位置及高程信息?!眳菃⒑湍樕下冻隽俗院赖奈⑿Γ骸拔覀冋嬲赜孟到y(tǒng)指令替代了人腦,沉井還專門安裝了聲吶探測(cè)系統(tǒng),結(jié)合吸泥管的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),將整個(gè)沉井姿態(tài)用3D立體的畫面呈現(xiàn)在電腦上,方便技術(shù)人員進(jìn)行判斷?!?/p>

智能化氣舉取土系統(tǒng)更大的一個(gè)貢獻(xiàn)是自動(dòng)設(shè)定吸泥路徑?!罢麄€(gè)吸泥路線從井孔中心向外走一個(gè)‘回’字型路線,吸完一處監(jiān)測(cè)一處,真正實(shí)現(xiàn)了吸泥過程的可控。”吳啟和認(rèn)為這是與十余年前最大的不同,“如果說以前吸泥點(diǎn)的選擇是游擊戰(zhàn),那么現(xiàn)在就是殲滅戰(zhàn),整個(gè)泥面平整得像刀削過一樣。通過機(jī)械化、智能化增效,人力資源投入減少了60%,取土效率反而提高了50%?!痹?號(hào)墩沉井第二次取土下沉期間,通過使用氣舉取土集群控制系統(tǒng),保證了沉井在中密粉砂層日均下沉60厘米以上,最大單日下沉量接近1.2米,實(shí)現(xiàn)沉井高效下沉。

2020年11月27日,江蘇省水運(yùn)工程施工工藝創(chuàng)新大賽上,常泰長(zhǎng)江大橋智能化取土下沉工藝從229份參賽作品中脫穎而出,得到現(xiàn)場(chǎng)多位院士點(diǎn)贊。他們認(rèn)為對(duì)于水中沉井施工,這是一種跨時(shí)代的進(jìn)步。

智能監(jiān)控系統(tǒng)

決勝千里

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大橋沉井封底混凝土澆筑

“限位即將接近1/100,沉井最低處與最高處的高差接近70厘米,沉井偏移超過極限,塔吊已經(jīng)嚴(yán)重歪斜?!背L╅L(zhǎng)江大橋工程部部長(zhǎng)孫俊仍然記得第二次取土下沉過程中的驚險(xiǎn)一幕。

但他回憶時(shí)卻非常坦然:“我并不擔(dān)心會(huì)出問題,沉井的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn),一旦監(jiān)控報(bào)警,沉井上的所有門機(jī)設(shè)備將會(huì)自動(dòng)鎖死。”

孫俊曾參與五峰山長(zhǎng)江大橋的建設(shè),那里有當(dāng)時(shí)世界上最大的陸地沉井。當(dāng)時(shí)沉井內(nèi)部也有專用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要是針對(duì)內(nèi)側(cè)土體壓力的監(jiān)測(cè)。相比于五峰山長(zhǎng)江大橋沉井內(nèi)部使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),孫俊認(rèn)為常泰大橋的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加“聰明”,“五峰山大橋的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠反映土體壓力,但是數(shù)值還需要人工計(jì)算,再轉(zhuǎn)換成具體的偏位情況。常泰大橋的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則是真正做到了數(shù)據(jù)的全流程處理?!?/p>

孫俊一邊說著一邊點(diǎn)開手機(jī),一款監(jiān)控APP映入眼簾,不僅顯示著常泰長(zhǎng)江大橋沉井實(shí)時(shí)狀態(tài),也清晰地顯示著預(yù)警信息?!耙坏┏辆鲁脸^預(yù)警值,監(jiān)控平臺(tái)會(huì)直接發(fā)送短信提醒我們調(diào)位,省去了人工分析、計(jì)算的過程,整個(gè)管理流程變得簡(jiǎn)單。”

為什么常泰長(zhǎng)江大橋的監(jiān)控系統(tǒng)能夠如此“聰明”?大橋沉井智能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)負(fù)責(zé)人、二航局技術(shù)中心的李浩給出了答案:“我們的監(jiān)控系統(tǒng)的智能輔助決策模塊是需要經(jīng)過大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練的,從滬蘇通大橋豎轉(zhuǎn)、鄭萬鐵路平轉(zhuǎn)開始,我們監(jiān)控的準(zhǔn)確率不斷提高,終于在常泰大橋?qū)崿F(xiàn)了每小時(shí)自動(dòng)計(jì)算,并給出合理的決策指令,真正實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)控?!?/p>

然而,想要讓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)變得“聰明”起來談何容易。整體監(jiān)控系統(tǒng)的搭建從常泰長(zhǎng)江大橋沉井制造階段就已經(jīng)開始?!按瑥S制造的沉井鋼殼里埋入了無數(shù)的土體壓力傳感器,側(cè)面植入了72套傳感器,沉井底部也密布了238套?!崩詈普f。

由于鋼殼是階梯狀,兩層接高,土體和沉井內(nèi)部結(jié)構(gòu)的壓力變化也是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象?!俺辆撞咳心_像尖刀一般,在初沉的時(shí)候很容易進(jìn)入土體,但要判斷沉井是不是到位,還得觀察中刃腳與隔墻連接部位的情況。因此我們?cè)?0組刃腳與隔墻連接部位也安裝了振弦式應(yīng)變計(jì),用來觀察底部結(jié)構(gòu)的受力情況?!笨梢哉f,整個(gè)沉井本身就是被監(jiān)控系統(tǒng)里三層、外三層地包裹起來的。

最難的是安裝階段。2019年的冬天來得格外早,李浩需要帶領(lǐng)一批技術(shù)人員將傳感器安裝到準(zhǔn)確的位置。沉井本身是在船廠加工,43米高的鐵罐子,工人只能一次次徒手爬上爬下。他們只能用手攀附著冰冷的鐵壁,通過緊握井壁內(nèi)極細(xì)的角鋼來實(shí)現(xiàn)緩步下挪,在最底部的傳感器安裝完畢后,還需要再一次向上引線穿管,灌注好密封膠把來時(shí)的路再走一遍。

終于,團(tuán)隊(duì)趕在沉井出塢前完成了安裝工作。“所有傳感器‘存活率’及數(shù)據(jù)有效性均達(dá)100%?!崩詈茍F(tuán)隊(duì)每個(gè)人都練就了一身“攀巖”的好本領(lǐng),他說:“當(dāng)‘蜘蛛俠’很累,但我們很快樂。”

智能化監(jiān)控系統(tǒng)起到了良好的效果,最終下沉數(shù)據(jù)顯示,沉井的平面偏位在10厘米正負(fù)3厘米以內(nèi),垂直度達(dá)到1/2000,遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)及現(xiàn)行規(guī)范要求。沉井著床離設(shè)計(jì)偏差僅一個(gè)網(wǎng)球大小,得到了業(yè)主和其它標(biāo)段負(fù)責(zé)人的高度肯定。

智能節(jié)段梁預(yù)制

開啟新征程

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鎮(zhèn)江梁場(chǎng)

2021年3月11日,經(jīng)過兩次水上接高、三次井壁混凝土澆筑、四次取土下沉。5號(hào)墩沉井在長(zhǎng)江水下入土下沉總深度50.5米,以平均每天下沉45厘米的速度,創(chuàng)粉質(zhì)黏土層大型沉井下沉最快紀(jì)錄。

“你們年輕人搗鼓的東西,我搞不懂?!?月底,在一公局集團(tuán)鎮(zhèn)江制梁廠內(nèi),技術(shù)員梁金龍初次接觸智慧平臺(tái)系統(tǒng),感到有些困難。

初中畢業(yè)就進(jìn)入施工行業(yè)的梁金龍已經(jīng)工作了近30年,在預(yù)制梁的制造上,他擁有豐富的操作經(jīng)驗(yàn),然而,眼前的智慧梁廠操作系統(tǒng)卻讓他犯了難。

鎮(zhèn)江制梁廠是一公局集團(tuán)常泰大橋項(xiàng)目部的節(jié)段梁預(yù)制廠,主要負(fù)責(zé)大橋南引線節(jié)段梁的預(yù)制。大規(guī)模且多類型的節(jié)段梁生產(chǎn),本身就存在因數(shù)據(jù)龐大導(dǎo)致交叉校驗(yàn)困難、因標(biāo)準(zhǔn)化程度低導(dǎo)致施工困難、因設(shè)備維護(hù)繁重導(dǎo)致安全監(jiān)管困難的“三難”問題。

“我們的節(jié)段梁預(yù)制是一個(gè)比較復(fù)雜的工程,公路梁、鐵路梁和高速公路梁都要同時(shí)生產(chǎn),總數(shù)超過3000榀,不光箱梁種類多、預(yù)制難度也大、精度要求還高。”在技術(shù)策劃會(huì)上,鎮(zhèn)江梁場(chǎng)廠負(fù)責(zé)人梁偉詳細(xì)介紹了節(jié)段梁預(yù)制面臨的困難。同時(shí),不同類型的節(jié)段梁生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一難、質(zhì)量追責(zé)難、原材料溯源難等也是梁場(chǎng)預(yù)制面臨的問題。

為了達(dá)到常泰長(zhǎng)江大橋工程品質(zhì)的極高要求,通過建設(shè)智能化平臺(tái)來簡(jiǎn)化施工工序、降低管理難度的提議引起了項(xiàng)目總工呂牧的重視。一場(chǎng)追趕技術(shù)前沿的攻關(guān)戰(zhàn)就此開始。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)夜以繼日地開發(fā)研究,反復(fù)核驗(yàn)數(shù)據(jù),終于打通了數(shù)據(jù)間接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)量大的技術(shù)壁壘,實(shí)現(xiàn)了分散設(shè)備間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

通過智慧平臺(tái),梁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)段梁生產(chǎn)的訂單化管理,也就是將節(jié)段梁的預(yù)制計(jì)劃錄入、下單、配送、生產(chǎn)形成了完整閉環(huán)的流水線。

不僅如此,在新的智慧平臺(tái)上,操作員還可隨時(shí)監(jiān)控臺(tái)座工作狀態(tài)和節(jié)段梁的生產(chǎn)進(jìn)度,根據(jù)設(shè)定的施工計(jì)劃指導(dǎo)進(jìn)度的安排。同時(shí),梁廠生產(chǎn)的每一榀梁的原材品牌批次、試驗(yàn)質(zhì)檢記錄、操作人員和機(jī)械信息都記錄在案,確保每一榀粱的質(zhì)量都可溯源,大大保證了節(jié)段梁質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了預(yù)制梁全生命周期的跟蹤。

“我們現(xiàn)在干活輕松多了,手指在手機(jī)上輕輕一點(diǎn),臺(tái)座有沒有工作、節(jié)段梁的進(jìn)度都能看得清清楚楚,再也不用一直在廠里盯著了。”梁金龍興奮地說。誰能想到,曾經(jīng)對(duì)新平臺(tái)叫苦不迭的梁金龍,如今操縱起來已經(jīng)得心應(yīng)手了。不僅如此,項(xiàng)目部還應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù),使每榀梁的倉儲(chǔ)位置、每個(gè)存梁臺(tái)座的占用或閑置狀態(tài)也通過平臺(tái)系統(tǒng)顯示,大大縮短了存梁、找梁和提梁的時(shí)間。

如今,常泰長(zhǎng)江大橋借助BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等數(shù)字化技術(shù),推動(dòng)大跨度橋梁智能建造技術(shù)在施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐及運(yùn)用,這場(chǎng)PK中,“智腦”已經(jīng)逐步取代“人腦”,成為決策的重要手段,而中國橋梁制造業(yè)也正在經(jīng)歷一場(chǎng)“智造”風(fēng)暴。

從深中通道伶仃洋大橋、福廈鐵路泉州灣跨海大橋再到常泰長(zhǎng)江大橋,中交集團(tuán)已經(jīng)駛?cè)氪笾窃鞎r(shí)代發(fā)展的快車道,智能建造在企業(yè)內(nèi)逐漸從“我能”變?yōu)椤拔乙保?/p>

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