高速公路橋梁T梁預制智慧流水生產線分析

勞祺　莫勇

摘要：文章圍繞高速公路預制T梁生產方式，介紹了預制T梁智慧流水生產線工藝流程和主要設備，并以巴馬至田東高速公路T梁預制廠為例，分析了預制T梁智慧流水生產線的優勢，以期為類似工程提供參考。

關鍵詞：高速公路;T梁;預制;智慧流水生產線

中國分類號：U448.21 +2

0引言

當前高速公路工期緊，橋梁工程工藝復雜，施工周期長，往往對高速公路工期有決定性影響。橋梁工程采取下部構造與上部構造同步施工的方式能有效縮短工期，上構T梁采用預制后安裝的工藝是實現同步施工的關鍵。當前T梁預制常規方法已經成熟并運用良好，探索新的T梁預制工藝是工程研究的一個熱點方向，而預制T梁智慧流水生產線在一些合適條件下具有良好的經濟、時間和社會效益。

1預制T梁智慧流水生產線介紹

1.1簡介

預制T梁智慧流水生產線借鑒汽車流水線生產模式，創新采用了“施工工序區域固定、流水線作業”的預制新模式：通過移動式臺座將鋼筋骨架制作胎架區、制梁區、蒸汽養護區、預應力張拉區有機串聯，實現工廠化流水線作業的橋梁預制T梁施工。核心區域為移動臺座+固定液壓模板+蒸汽養護間，使梁體預制生產中以固有節拍移動，在鋼筋加工綁扎區和澆筑區建立車間覆蓋，操作工人在固定區域、固定時間進行專業化作業，提升施工專業化、標準化水平。同步建設一套結合工業互聯網、物聯網、云計算等前沿技術的現代化預制廠智能制造生產管理平臺，包括集生產計劃、生產調度、生產追蹤監控、生產數據統計等生產管理于一體的 MES 系統，現場作業任務執行、生產情況上報等移動端APP 系統，以及現場流水線設備數據采集和控制的智能化物聯網平臺，以保障制梁生產過程的高效率、高質量、高可控，提高生產自動化、智能化水平，基本達到現代工廠化生產效率。

1.2工藝流程

移動式臺座自行移至胎架區，直接吊裝預先在胎架綁扎好的鋼筋→移動式臺座移至制梁區，進行智能液壓模板安裝，待驗收合格后澆筑混凝土→達到拆模條件，拆除智能液壓模[KG（0.07mm]板，移動式臺座將梁體移至養護室進行蒸汽養生→當梁體達到張拉條件，移至張拉區進行預應力張拉、管道壓漿→待外觀檢測合格后將梁體吊運至存梁區存放→將空閑自行式臺座吊運至鋼筋胎架區（進行下一輪生產）。

1.3主要技術要求

1.3.1主要設備要求

預制廠建設一套信息管理平臺及相關信息化改造升級，每條T梁預制智慧生產線配置4套移動式臺座、一套智能液壓模板、一套蒸汽養護設施、供臺座移動的軌道和相關電力設施。

1.3.2主要設備介紹

（1）管理平臺：對移動臺車進行自動化定位入位的升級改造，安裝定位傳感裝置，并在各個工序工位安裝定位標簽，以達到臺車自動入位的目的。智慧梁場分析報告同時對接到系統平臺，由梁場控制中心進行遠程操控。此外，鑒于臺車移動時前方存在人員及物體碰撞的安全問題，臺車前端安裝監測傳感設備進行自動避障停車處理，以達到梁場生產流水線自動化、功效高、施工更安全、質量更有保證。各生產區存在獨立的設備控制系統，如模板開合模系統、混凝土振搗系統、蒸養溫控系統、張拉壓漿設備、廣播及視頻監控設備等。信息化平臺將這些分散的子系統及設備串聯并統一進行集中監管，在預制廠控制中心進行集中監測及遠程控制，同時也達到了生產過程全周期數據的貫通及跟蹤追溯的要求，生產過程智能化、自動化且透明可追溯，安全質量有保障。

（2）移動式臺座：由底模模板和底模小車組成，由移動臺座變頻行走控制系統控制移動，由移動臺座信息采集系統定位臺座，實現臺座移動智能化控制。移動臺座主要技術參數為：①模板與小車可獨立拆開、可實現小車周轉使用;②小車寬<1 500 mm;③小車高度為900 mm;④軌距為1 000 mm。移動臺座自動行走控制系統同時操作多條生產線的臺座，每條生產線能同時移動1個臺座，實現速度可調、微動調整，柔性啟動和柔性停止，以及定位控制，實現自動避撞。電源通過滑線接入，空間整潔便于管理和維護。

（3）智能液壓模板：固定液壓模板由模板系統和液壓系統組成。單側模板上部配置脫模油缸，下部配置橫移油缸。智能脫模控制系統采用智能控制器、位移傳感器、電動執行器，精確控制橫移的同步性。脫模時操作人員可直觀看到脫模數字量，可實現指定脫模、一鍵脫模，實現與遠端監控系統通信，同時控制多套模板脫、合模。

（4）蒸汽養護設施：蒸養室由輕型鋼結構和保溫棉組成，室內設置蒸汽發生器、梁溫度測試儀、壓力表、液壓門。通過監控養護室內預制梁的溫度，控制蒸汽發生器釋放蒸汽的溫度，實現有針對性的養護。智能蒸養控制系統采用智能控制器、蒸汽電動執行器、電動水閥、溫度傳感器、濕度傳感器。根據設置的溫度和濕度曲線，系統自動計算，實現調節混凝土蒸汽或噴水的量，與遠端監控系統通信，傳輸養護室當前狀態，配合中央控制軟件，實現在中央室集中控制。

（5）其他：包括軌道和供電系統。

2巴田路NO.2合同段T梁預制廠分析

2.1項目背景

巴馬至田東高速公路NO.2合同段T梁預制廠，位于 K41+109～K41+600 主線路基上，占地面積約14 000 m 2，長度為490 m，寬度為32 m。梁場計劃生產1 090 片30 m預制 T 梁，用于 K37+580～K45+400段落 12 座橋梁上構。預制廠建設周期為35 d，于2021-06-15建成投入生產，日計劃產量為5片。

2.2預制廠建設情況

預制廠采用全封閉工廠化施工，配置先進的自動化生產線，包括智造控制中心、智能蒸養控制系統、廠區廣播系統、廠區視頻監控系統、生產線自動化定位與控制系統、模板定位與監測系統、智能制造MES和現場作業APP。廠區設置1個集中控制中心，5個功能區：鋼筋制作加工、綁扎區;T梁預制區;全自動溫控蒸養區;數控張拉壓漿區;存梁區。鋼筋區長80 m并設原材料堆放區、制作加工區、半成品堆放區 、綁扎區制作加工區設置一條自動剪切彎曲生產線、一臺全自動調直彎箍生產線;綁扎區設3個腹板臺架、3個頂板臺架、1個底腹板和頂板整體臺架;預制區長70 m，設5條生產線，按3+2品字形布置，投入20個移動臺座，3套中梁模板，2套邊梁模板;蒸養區長65 m，設5條獨立隔熱全封閉棚，每個棚長65 m×高3.5 m×寬3 m，可同時存放10片梁進行養護;張拉區長度為65 m，可以存放10片梁等待穿索張拉;存梁區長130 m，設5排存梁臺座，每排存放2層20片T梁，共存梁100片。

2.3預制T梁智慧流水生產線效益分析

2.3.1施工成本分析

智慧流水生產線預制廠施工成本主要包括鋼筋棚建設費用、鋼筋加工設備費用、廠站建設費用、液壓模板費用、移動臺座費用、蒸汽設備費用、蒸養費用、梁場制造平臺費用、生產線自動化升級費用及其他費用，具體如下頁表1所示。

本預制廠計劃生產1 090片30 m T 梁，混凝土共計為3.5 萬 m 3，梁場總投入1 845萬元，按照 80%不等攤銷，攤銷費用合計1 585萬元，分攤到混凝土成本約453元/m 3，另外蒸汽養生燃料費按20元/m 3計，合計473元/m 3，直接成本較常規預制廠有所提高。但若考慮到需求、質量效益和時間效益，其綜合成本方面仍具有一定優勢。

建設同等日產量T梁預制廠，預計需要場地長度超過600 m，需要更多的基礎建設費用;若考慮建設為全覆蓋（生產區）、全天候施工的預制廠，還需搭設更大的蓋棚，預計增加搭設長度300 m;同時考慮養護、運輸等方面因素，需建設更多的噴淋養護設施和軌道設施。綜合考慮智慧流水生產線設備先進，自動化、智能化水平較以往預制廠有顯著提高，對預制梁實體質量、外觀水平和施工現場“7S”管理有非常大的幫助，既貼合當前的品質工程建設要求，又是梁板預制的一個發展方向，具有較好的推廣價值。

2.3.2施工效率分析

制約生產效率的主要原因是混凝土的早期強度問題，占用澆筑區時間的長短直接決定生產效率。目前在南方環境溫度較高和混凝土早期強度能得到提高的情況下，生產線上的移動臺座可做到24 h向前移動一個工位，即每24 h生產1片梁。生產線質量功效分析如表2所示。

2.3.3優勢分析

智慧梁場硬件方面包括網絡部署、物聯通信、生產線改造、智能設備等。軟件方面包括生產統籌調度的 MES 平臺，以及現場作業應用的 APP 系統。做到生產有計劃、作業有依據、安全質量有保障，生產過程智能化、自動化且透明可追溯，全面提升生產管理水平。其主要優勢如下：

（1）工廠化作業，流水線生產，在固定的時間、固定的地點、固定的人、做固定的事，降低勞動強度，提高預制梁的生產功效，有效地提高預制梁的質量。

（2）減少拆裝、倒運模板，減少人員和龍門吊的投入。降低脫模過程中的安全風險，減少龍門吊機之間的相互干涉。

（3）施工過程采用液壓整體性拆、裝模板，減少二次拆除螺栓和二次安裝產生的錯臺，提高混凝土外觀質量。保持現場整潔，方便現場文明施工和 7S 管理。

（4）采用生產線廠房覆蓋澆筑工位，不論冬季、雨季和白天、晚上均不影響施工，加快預制梁的生產施工進度。

（5）固定蒸養室，更容易做到密閉，熱量損失小，成本更容易控制;同時采用智能蒸養控制系統，減少人為影響，有效控制預制梁的蒸養溫度、濕度，減少養護時間，保證混凝土養護質量。

（6）對預制梁流水線進行自動化升級，使用可移動臺車進行鋼筋綁扎、預制梁、蒸養、張拉壓漿 4 個工序加工區的作業自動化流轉，初步實現了梁場流水線自動生產。

（7）對預制梁每個施工環節的數據采集，做到了過程數據全周期的貫通及跟蹤追溯。

（8）智能化軟硬件集成的 T 梁預制生產管理系統平臺，實現了生產任務管理、制造過程跟蹤和智能作業監控。

3結語

綜上所述，橋梁上構預制速度是影響橋梁工程工期的重要因素，實際工程建設中，必須通過有效的途徑提高預制廠的設備、材料周轉率來提高預制速度。巴馬至田東高速公路NO.2合同段T梁預制廠采用移動預制臺座將預制梁送至不同專業工作區域的智慧流水線預制模式，基本能全天候預制生產，與工廠化生產深度切合，能有效提高預制效率和工程實體質量。在預制梁為同一結構形式，梁數量達到一定規模，場地受限的情況下，適合優先選擇建設預制梁智慧流水生產線。

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