鐵路橋梁預應力施工信息化技術研究

肖祥淋

（中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

鐵路橋梁預應力施工信息化技術研究

肖祥淋

（中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

針對鐵路橋梁預應力張拉質量難以有效控制的現狀，結合數據信息化管理平臺的預應力施工信息化技術，采用了先進的自動張拉設備，實現了預應力張拉環節的智能化施工、張拉數據的信息化管理和張拉質量的閉環管理，顯著提高了鐵路橋梁的生產制作水平。該技術可為構建鐵路施工大數據平臺積累數據，為BIM技術的融合和拓展提供支持。

鐵路橋梁；預應力；張拉；信息化；管理

預應力施工是保證橋梁結構安全性和耐久性的關鍵工序，預應力施工質量直接關系到線路運營的安全。目前，橋梁均采用傳統后張法施工，難以保證預應力的施工質量，見圖1。改進施工技術、提高管理水平是解決橋梁預應力病害最有效的方法。另外，隨著電子計算機技術、互聯網技術的迅速發展以及我國鐵路BIM技術的日益成熟，施工數據自動化采集和信息化管理已成為我國鐵路橋梁現代化生產和管理的重要組成部分。

圖1　傳統后張法

1　系統研發

1.1基本要求

針對預應力施工過程中設備簡陋、人工干預、信息不對稱等問題，從施工設備自動化和施工質量信息化兩方面進行深入研究。研發預應力自動張拉設備并組建張拉信息管理平臺，實現預應力張拉環節的自動化施工、張拉數據的集成管理、施工質量的跟蹤管控，從而提高預應力施工質量。預應力施工信息化系統研究目的見圖2。

圖2　預應力施工信息化系統研究目的

該信息化技術應具備以下基本要素：

1）張拉施工設備具備高度自動化、智能化功能，具有優良的適用性和安全性；

2）張拉施工數據可自動采集、智能分析、無線傳輸，且安全可靠；

3）張拉管理平臺具備數據的高效存儲、讀取，統計分析和質量判別功能，并考慮與BIM模型拓展模塊間的信息傳遞和共享；

4）提出配套的技術條件及管理辦法。

1.2基本原理

預應力施工信息化系統的基本原理是通過傳感技術、計算機技術以及互聯網技術，研制自動化施工設備和組建數據管理平臺，并制定自動化施工設備與數據管理平臺之間的數據傳輸協議。實現張拉施工的全過程智能控制和施工數據記錄、傳輸、反饋的信息化管理，最終有效控制預應力張拉質量。

預應力筋張拉封錨后不具備返工整改條件，具有隱蔽工程的特點，因此要求施工數據實時傳遞和分析，及時發現異常情況并進行現場處理，預應力施工信息化系統構架及協作關系如圖3所示。

圖3　預應力施工信息化系統構架及協作關系

1.3組成及功能

預應力施工信息化系統主要由自動張拉施工設備和數據管理平臺兩部分組成，見圖4。

1）自動張拉設備

自動張拉設備的主要功能：①一鍵式全過程自動化張拉控制；②兩端平衡同步張拉，精確調控張拉力；③張拉力與伸長值的實時監測調控；④數據自動采集、圖表分析、張拉結果自動生成；⑤施工數據可遠程無線傳輸，兼容鐵路工程管理平臺；⑥具有荷載復核、油壓監控、油溫控制、故障診斷、斷電恢復的安全輔助功能。

關鍵技術：①通過多流量組合控制和變頻技術，實現高壓動力的平穩輸出。②采用穿心輪輻式測力傳感器和拉線式位移傳感器，分別用于測試張拉力和伸長值。測力傳感器具有大孔徑、低高度、抗偏載、精度高的特點，位移傳感器及配套工裝能夠解決千斤頂內外缸相對旋轉引起測試誤差的問題。③控制系統可智能控制張拉階段，并提供動態判別、荷載校驗、安全監測等輔助措施。④采用數據庫的形式對數據進行高效管理，可自動生成結果報表，且施工結果不可更改；通過無線傳輸技術，實現數據的實時遠程傳輸。

自動張拉系統關鍵技術見圖5。

圖4　預應力施工信息化系統

圖5　自動張拉系統關鍵技術

主要技術參數：①預施張拉力偏差＜1%；②張拉力與伸長值動態校準調控；③兩端不平衡力＜20kN；④動力系統額定油壓為70MPa；⑤測力傳感器、位移傳感器的精度分別為0.3級、0.25級。

2）張拉管理平臺

張拉管理平臺的主要功能：①數據的集成管理，具體為存儲和傳遞共享；②張拉質量關鍵參數的統計分析；③施工數據可視化展示；④按權限分級制信息管理；⑤施工進度和質量的動態跟蹤；⑥管理信息的推送服務。

關鍵技術：①標準化的數據傳輸協議，規范預應力張拉的工程、設備、結果，以及附屬信息的交互內容、代碼定義和傳輸條件；②具備數據傳輸和存儲的可靠性、安全性保障機制；③確定基于鐵路建設系統的標段、工點及梁體的編碼規則；④管理平臺軟件具備層次性、可視化的友好交互界面。

2　試驗驗證

預應力自動張拉及信息化系統在鄭徐客專、京沈客專、石濟客專的多個預制梁場進行了現場試驗，對該系統的現場適用性和功能進行了充分驗證。

現場試驗實測結果如圖6所示，張拉管理平臺功能如圖7所示。試驗結果表明：①自動張拉系統工作性能穩定，預施應力準確、可靠。②張拉、持荷、錨固階段全過程自動化控制，數據可自動采集、智能分析。③張拉力控制精度在1.0%以內，預施應力精準。④兩端不平衡力＜10kN，自動平衡張拉。⑤數據無線遠程傳輸，管理平臺可進行數據存儲、查詢追溯、統計分析、可視化展示、質量預警，實現張拉質量信息的動態管理。⑥技術經濟性方面，新型工裝可減少單根鋼絞線下料長度0.7m；減少4名工人，節約人力成本50%；關鍵部件校準頻次降低6倍，大幅減少了校準工作；不間斷的自動連續操控，提高了作業效率；施工數據的信息化管理，降低了管理成本。

圖6　現場實測結果

圖7　張拉管理平臺功能

3　配套條件

預應力自動張拉信息化系統屬新技術、新產品，在鐵路行業規模化應用時，為保證預應力張拉環節的施工質量得到有效管控，除必要的張拉設備和管理平臺外，尚需建立和完善其配套的標準體系和管理機制，主要包括：

1）設備有效性控制

市場上鐵路施工用的自動張拉設備種類繁多、性能差異大、質量參差不齊，因此，用于鐵路橋梁預應力施工的自動張拉設備應取得相關法定部門或指定機構的認證認可。在設備使用過程中對主要部件進行定期校驗，以確保設備的可靠性和合法性，以及施工數據的真實性和可傳遞性，從而保證質量管控的有效實施和大數據積累。

2）專業技術培訓

管理單位組織相關的專業技術培訓，主要包括自動張拉設備的實際操控、數據分析、應急處理、設備養護，以及張拉管理平臺的用戶申請、信息錄入、數據查詢等內容。對培訓合格人員發放施工作業合格證。

3）安全性措施

施工現場方面，注重施工和設備的安全性。張拉前確保設備聯接正確、排除隱患，張拉時設置必要的現場安全防護裝置；制定應急預案并模擬演練。數據傳輸方面，施工現場及時備份施工數據，數據傳輸環節采用先進的加密技術，對整個數據傳輸鏈路進行加密，確保信息在網絡傳輸過程中的完整性和保密性。數據管理方面，對于管理平臺的訪問體系，采用安全認證的方式，按照不同權限分級控制，并考慮管理平臺數據庫的運行穩定性、安全防護和數據恢復能力。

4）管理規程

發布相關的執行標準和管理辦法，使預應力自動張拉信息化技術的推廣應用具備實際的執行標準和可操作性。明確建設、監理、施工等各職能部門的監管機制和相應職責，制定管理細則，包括張拉設備的管控和維護、施工人員的技術培訓和定期考核、施工作業的規范流程和專職專責、張拉數據的存儲及傳輸、異常情況的處理及反饋、執行情況的獎懲方式等。

4　結語

結合了先進的施工設備和管理手段的預應力施工信息化技術，通過試驗研究表明，自動張拉設備具有性能可靠、功能齊全、數據可信的特點，解決了人為不利因素的影響，保證了預應力張拉質量，適用于預制橋梁的預應力張拉施工。該設備明顯降低了材料成本、人力成本及設備管理成本，提高了勞動效率。張拉管理平臺可進行張拉數據的集成管理，對質量隱患的情況發出預警，實現了張拉施工信息的閉環管理。施工數據信息化管理為將來大數據的深入分析積累了原始數據，為BIM建筑信息模型技術的拓展和應用提供支持。

［1］肖祥淋，馬林，朱希同，等.鐵路箱梁預應力自動張拉技術研究［J］.鐵道建筑，2015（5）：15-17.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10203—2002鐵路橋涵施工規范［S］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

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［5］朱新實，劉效堯.預應力技術及材料設備［M］.3版.北京：人民交通出版社，2012.

［6］王昳.大數據時代的挑戰與商機［J］.宏觀經濟，2014（9）：1.

［7］王長伍.公路橋梁養護管理系統初探［J］.沿海企業與科技，2009（4）：137-139.

AbstractAccording to the situation that there is no effective method to control the prestress quality in railway bridge construction，prestress construction information technology was used，which combined advanced automatic prestress equipment with data information management platform.It is able to achieve intelligent construction in prestress period，information management of prestress data and closed loop management of prestress quality，which highly improve the construction levels of railway bridge building.T he technology can be collected data for building railway construction big data platform，and provided integration and development for BIM（Building Information M odeling）technology.

Research on Information Technology in Railway Bridge Prestress Construction

XIAO Xianglin
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Railway bridge；Prestress；T ension；Iformatization；Management

U448.13；U448.35

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.02

1003-1995（2016）04-0005-04

（責任審編鄭冰）

2015-12-18；

2016-01-20

中國鐵路總公司科技研究開發計劃（2014G004-G）

肖祥淋（1981—），男，助理研究員。