深中通道智能建造

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“大灣區核心戰略通道”“珠江兩岸‘A’型骨架最重要一橫”深中通道項目被賦予了多重重要意義。大量智能化的應用，標志著它并不是傳統意義上的土木工程，新技術、新裝備、新的信息化管理手段同步落地，推動項目逐步完成。深中通道正在打造一個智能建造的樣板工程。

深中通道地理位置圖

廣東深圳至中山跨江通道（簡稱“深中通道”）位于粵港澳大灣區的核心區，是“深莞穗”與“珠中江”之間唯一的直連通道，也是國高網G2518跨珠江口的關鍵性控制工程，具有沿海大通道的功能。作為國家“十三五”重點項目，總投資金額達447億元。

深中通道的建設目標分為3個層面，工程目標是建造一流可持續化工程，創珠江口百年工程；行業目標是攻克行業的技術難題，促進行業產業升級；國家目標是服務“一帶一路”國家戰略，推動粵港澳大灣區建設，提高國家競爭力，形成中國標準。

深中通道的挑戰

德國在2013年提出了“工業4.0戰略”，美國在2014年提出了“工業互聯網”，中國在2015年提出了“中國制造2025”，表明重大工程還是要服務于國家戰略，為建設交通強國、制造強國、科技強國和質量強國服務。因此，深中通道項目制訂了詳細的規劃，思路是要通過建造手段實現交通基礎設施建設高質量發展，并以工業化和信息化融合為手段，實現自動化制造目標，達到提質、增效、降本、溯源的目的。

深中通道的建設異常復雜，它是一個橋島隧互通工程，其中難度最高的部分是沉管隧道。沉管隧道具有超大跨度、深埋特長等特點，此次也是第一次應用在國內項目中，日本曾用過斷面較小且里程較短的沉管。深中通道項目建成通車后，日均車流量預計將達10萬車次，所以采用八車道的標準設計，體量之大為世界首例。

整個沉管在預制廠完成澆筑，再將設備轉運至海上安裝，如此一來，長距離運輸成了最大的問題，因此設計研發了運安一體船，其優點包括航速快，可達每小時5節；可實現原地360°回轉，隨時轉向掉頭；橫向8×3000匹，抗1.6節橫流；減少大量國際航道通行量，約1500萬立方米等，造價高達5億元。運安一體船的建造提高了沉管運安的效率，降低了沉管運安風險，屬世界首例。

新的結構必然會帶來新的問題。深中通道的海上橋梁鋼橋比例較大，有近60萬噸。如何保證鋼結構的質量，從施工到檢測都是新的挑戰，常規方式很難保證施工結果，因此智能建造的工程量不容小覷。

鋼殼智能制造

深中通道施工現場

深中通道效果圖

智能化打通深中通道的任督二脈

鋼殼制造的智能化

傳統模式難以滿足深中通道大規模、高工效、高質量的建造要求。在項目設計中，海底隧道總長6845米，其中沉管段長5053米，共有32個管節，每個管節的長度標準是165米，重7.6萬噸。其次，隧道體量龐大，在實際的施工過程中要先做鋼殼，再做混凝土澆筑，鋼殼的制作難度很大，一個單節約1.1萬噸，排水量相當于中型航空母艦。另外，隧道構造復雜，有2500個隔倉，縱橫隔板連接件非常多，預埋件3萬多個，焊接縫長度22.7萬延米，精度要求高，正負15毫米，厚板焊接厚度可達40毫米，焊接難度大。

鋼結構在早期項目中采用人工制作，到虎門二橋實現了板單元工位自動化，而深中通道項目試圖打造一條流水線，實現整個鋼結構質量的提升。其通過BIM系統生產，智能制造系統推進，打造了一個智能制造車間，實現流水線生產。最早的設計采用BIM模型設計，主要是為了解決中間管廊和其他管道的搭建問題。如果不采用BIM技術進行設計，難以解決施工過程中的碰撞問題。

整個鋼殼制造的流水，從材料的限料到小節段制作，小節段涂裝，再到澆筑，直接進行現場安裝，最核心的是從小節段智能化制造到中節段場地數字化搭載和大階段船塢自動化總組的重復。制作在車間全部完成后，通過機器人完成焊接和涂裝是非常大的突破，以往都是采用人工作業。機器人涂裝的應用，一方面可以提高效率，另一方面可以減少工人的職業病害。

澆筑智能化

鋼殼制造完成后需立即灌入2.8萬平方米混凝土，這是一個巨大挑戰。組合結構和鋼管拱橋的混凝土澆筑拖工問題嚴重，因此要開展技術研發。在這個過程中，鋼殼完成后填充混凝土，混凝土跟面板的距離要小于5毫米。

澆筑完成后，依然有諸多方面需要注意。首先，混凝土的工作性要非常穩健，拓展度要控制在650毫米左右，上下浮動不超過59毫米。其次，澆筑的過程要嚴格把控，否則空氣排出將造成缺陷。而且，智能化澆筑設備的設計要合理，如開發一套質量控制、智能交互的裝備，還有一個管理平臺，通過控制精細化過程提高質量。

另外，還有質量驗收的問題。混凝土澆完后隔倉是密閉的，內部是否脫空未可知，因此難以檢測到問題。2500個隔倉是主要施工組織對象，調度人員很難把控，60分鐘之內完不成澆筑，混凝土會因為凝固而浪費，所以要保證材料調度的精細化和智能化。澆筑管理系統可以實現澆筑全過程在線監控，實時反饋澆筑質量、效率，降低廢棄率。通過智能化的澆筑裝備實現精確的質量控制，可減少人為施工誤差。

運安一體船智能安裝現場

智慧預制梁場智能化

數控自動化加工采用液壓模板，張拉、自動噴淋集中在梁場制作，目標是打造智能化預應力混凝土梁場。數字自動化，其實是在BIM建模完成后，生成交互代碼后導入加工設備，完成自動加工。

研發模板自動控制系統采用PLC控制模塊，通過液壓自動控制系統和紅外測溫測距系統實現在混凝土澆筑過程中外模自動橫移和縱移，內模自動支拆模。BIM建模之后可以自動卸料和彎折，集成混凝土ERP系統、攪拌站生產系統、物料管理系統、車輛管理等系統，實現混凝土生產集中控制，拌和樓無人值守。在整個拌和過程中，若產生任何偏差，控制系統會及時自動報警。

橋、島、隧、水下樞紐互通工程鳥瞰

智慧工地的深中樣板

因為要打造精品工程、樣板工程，交通運輸部對深中通道項目要求比較高，所以把BIM研發中心設置在項目基地。

深中通道項目的協同管理平臺會將質量管理、安全管理、檔案管理等主要功能都集中起來，管理者可以在施工現場用手機或者其他電子設備進行操控。同時，作為國家電子檔案單套制試點項目，電子簽名也在逐步落實。

項目的復雜性還體現在海上施工，整個水面寬度是20公里，并和一些航道項目相互交叉，航路非常繁忙。根據調整，每天大概有4000艘船經過施工水域，施工安全非常嚴峻，施工資源和信息需要通過物聯網匯集到一個平臺上，可視可控。工人全部實名制，進場發卡通過門禁，開卡之后可以實現工地定位。在任何位置都可以監控到深中通道項目的工人進場情況。設備也是一機一碼、一船一碼，設備定位的軌跡可以跟蹤，像鉚釘這樣的關鍵特種設備，通過上傳監控數據可以進入監測平臺。整個項目的主要施工資源，包括人、機、料、結構，都可以通過監控一目了然，一旦發生問題可以及時采取措施。

深中通道項目還有應急指揮系統，集成視頻監控和信息共享平臺。整個系統聯合海事局一起完成，保障施工安全。該系統的存在，對設備和社會來往的船只起到了聯系和調度的作用。同時，保障了全體工作人員，乃至整個項目工程的安全。

工地安全方面，努力打造工地互聯網，實現安全生產的精細化管控。協同管理的目標是最終實現管理物資化。事實上，項目在施工進場后就開始編碼分解，拆分分步工程，目前國內的很多項目還做不到，但是深中通道項目實現了這項技術。整個項目管理最基礎的東西，就是把質量管理、計量支付、檔案全部融合到一起。一個工程結束了，數據會傳到計量支付系統并形成計量支付，檔案隨即形成，這也是項目特點之一。

（本文根據作者在2019世界交通運輸大會上所作報告整理，有刪減，題目為編者所加。）