淺談智能設(shè)備在高鐵箱梁預(yù)制中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

摘 要：通過(guò)施工中的具體應(yīng)用可知，使用智能設(shè)備可以提高高鐵箱梁的施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全系數(shù)。總結(jié)出智能設(shè)備在高鐵制梁場(chǎng)工廠化施工作業(yè)中充分發(fā)揮了它的性能和優(yōu)勢(shì)，得出箱梁的生產(chǎn)過(guò)程中投入智能設(shè)備，不僅提高了生產(chǎn)速度，還能保證產(chǎn)品質(zhì)量的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：高鐵建設(shè)；質(zhì)量；智能設(shè)備；施工生產(chǎn)；應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.8" " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2023）03-0048-03

0 引言

近年來(lái)，高鐵施工生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和工藝不斷提升，對(duì)箱梁預(yù)制提出了更多新的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。箱梁生產(chǎn)過(guò)程中使用智能設(shè)備，可以避免受施工人員技能、素質(zhì)差距大、人員流動(dòng)頻繁以及氣候、工期的影響，更有效解決了外部環(huán)境因素復(fù)雜多變施工標(biāo)準(zhǔn)難以控制的問(wèn)題，進(jìn)一步減少人為和其他因素對(duì)質(zhì)量的影響。高科技智能設(shè)備全面投入不僅提高了生產(chǎn)速度，而且保證了產(chǎn)品質(zhì)量。本文就智能設(shè)備在預(yù)制箱梁生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了深入分析。

1 智能設(shè)備使用的目的

智能設(shè)備具有精度高、設(shè)置固定、標(biāo)準(zhǔn)操作的優(yōu)勢(shì)，在投入使用過(guò)程中，只需按照技術(shù)要求輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)，就可以按照要求保質(zhì)保量完成作業(yè)任務(wù)。生產(chǎn)過(guò)程中受外界影響因素小，尤其是明顯的減少了人為因素造成的質(zhì)量缺陷，杜絕了因人員技術(shù)水平、工作素質(zhì)、流動(dòng)大等原因帶來(lái)的施工質(zhì)量隱患，同時(shí)也大大的加快了工作效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的要求[1]。

2 箱梁預(yù)制生產(chǎn)中應(yīng)用傳統(tǒng)設(shè)備存在的一些問(wèn)題

2.1 鋼筋加工

采用半自動(dòng)鋼筋加工機(jī)械設(shè)備，鋼筋加工定位不準(zhǔn)確，刀頭工作誤差大，加工出的鋼筋半成品存在尺寸偏差超標(biāo)的問(wèn)題，合格率低等質(zhì)量問(wèn)題，且生產(chǎn)效率低，人工投入多。且機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，防護(hù)系數(shù)低，安全隱患較大。

2.2 內(nèi)模安裝

大部分梁場(chǎng)在拆裝內(nèi)模時(shí)，都采用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行拖拽。安裝過(guò)程中，由于卷?yè)P(yáng)機(jī)固定位置偏移中心線，運(yùn)行速度不可調(diào)控，內(nèi)模在進(jìn)入內(nèi)腔時(shí)難以精準(zhǔn)把控位置，導(dǎo)致支腿受外力發(fā)生傾斜或錯(cuò)位，出現(xiàn)內(nèi)模支撐不到位的現(xiàn)象，使預(yù)制梁體箱內(nèi)變截?cái)辔恢贸霈F(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。拆卸時(shí)由于托拽速度不均勻，易發(fā)生刮蹭出現(xiàn)混凝土掉塊的情況。

2.3 預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)

采用人工手動(dòng)操作液壓閥門(mén)控制的張拉設(shè)備，張拉時(shí)間和荷載都難以嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。純靠施工人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)操作，誤差率很高，工人操作繁瑣，作業(yè)時(shí)要不間斷來(lái)回地看油表和測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)值，工作效率極低。預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量受工人技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)的影響因素大，質(zhì)量控制難度大。

2.4 孔道壓漿

半自動(dòng)壓漿設(shè)備由壓漿攪拌臺(tái)車(chē)、螺桿保壓罐漿機(jī)、真空泵組成，在操作中受到人為因素影響，漿液質(zhì)量、壓漿壓力、保壓時(shí)間以及抽真空都不能受到嚴(yán)格控制，預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量難以得到保障，直接給梁體質(zhì)量帶來(lái)隱患。

2.5 防水涂刷

手工涂刷厚度不易控制，涂層厚度不一且表面容易產(chǎn)生氣孔和“淚滴”，使得防水層出現(xiàn)凹坑和淚痕，既保證不了質(zhì)量要求還影響美觀，作業(yè)時(shí)又常常灑落地面較多涂料造成環(huán)境污染和浪費(fèi)，且作業(yè)及不方便，人員需借助爬梯上下移動(dòng)，效率低下。

2.6 靜載試驗(yàn)

傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)需要10臺(tái)液壓泵站，加載試驗(yàn)時(shí)需要10個(gè)操作手，6個(gè)讀數(shù)人員，1個(gè)指揮人員，2個(gè)記錄人員，需要耗費(fèi)大量的人力資源。而且很難保證10個(gè)千斤頂同時(shí)受力，同步加載，試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在偏差，可能出現(xiàn)由于加載不均衡給梁體帶來(lái)內(nèi)傷。

2.7 噴淋養(yǎng)護(hù)

采用人工噴灑養(yǎng)護(hù)劑或?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)，難以做到全覆蓋、定時(shí)定點(diǎn)全面養(yǎng)護(hù)。因養(yǎng)護(hù)不均勻不及時(shí)，混凝土表面因水分流失過(guò)大而產(chǎn)生裂紋，更嚴(yán)重的會(huì)影響混凝土水化熱反應(yīng)，使梁體混凝土強(qiáng)度受到影響。

3 智能設(shè)備在箱梁預(yù)制中的具體應(yīng)用

在梁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和質(zhì)量不斷提升的要求下，各機(jī)構(gòu)研制出了許多適用于梁場(chǎng)的智能設(shè)備，用智能化的設(shè)備來(lái)控制箱梁預(yù)制中的一些質(zhì)量問(wèn)題。

3.1 數(shù)控鋼筋剪切生產(chǎn)機(jī)器人

數(shù)控鋼筋剪切生產(chǎn)機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是只需在系統(tǒng)里輸入加工參數(shù)，把原材放到指定位置，一鍵啟動(dòng)，設(shè)備就可以按照既定工序流程進(jìn)行切割作業(yè)，并且一次性剪切多根鋼筋。按尺寸切斷的鋼筋不需要人工搬運(yùn)，設(shè)備會(huì)將切好的料自動(dòng)卸到指定地方，即保證了質(zhì)量又節(jié)約了原材料，改變了以往人工送料切斷時(shí)鋼筋尺寸誤差大、效率低、隱形浪費(fèi)原材的問(wèn)題。

3.2 新型鋼筋數(shù)控定位網(wǎng)電阻焊加工系統(tǒng)

新型鋼筋數(shù)控定位網(wǎng)電阻焊加工系統(tǒng)，通過(guò)鋼筋數(shù)控調(diào)直機(jī)設(shè)備完成自動(dòng)切斷、人工喂料、自動(dòng)定位、自動(dòng)焊接等工作。數(shù)控定位焊接加工設(shè)備能夠根據(jù)設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行有序焊接，實(shí)現(xiàn)了定位網(wǎng)片精準(zhǔn)焊接全自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提高了焊接點(diǎn)的質(zhì)量和精準(zhǔn)度。不需人工佩戴防護(hù)眼罩作業(yè)，減小了對(duì)工人眼部的傷害，只需在設(shè)備焊接部位設(shè)置防護(hù)罩，防止焊接強(qiáng)光外射，降低了對(duì)附近工作人員的眼部危害。使用此設(shè)備既提高了焊接質(zhì)量、焊接精度，還減少了操作人員用眼的傷害[2]。

3.3 四軸臥式U型鋼筋彎曲加工中心

四軸臥式U型鋼筋彎曲加工中心應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為箱梁U型鋼筋加工歷來(lái)存在精度差，操作人員多，勞動(dòng)強(qiáng)度大等難題。新型四軸臥式U型鋼筋彎曲加工中心，通過(guò)與電磁數(shù)控吊裝系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了原材料自動(dòng)上料、數(shù)字化下料，傳輸、彎曲成型的自動(dòng)化生產(chǎn)線。省去了大量的人力，增加了作業(yè)空間，提高了作業(yè)的安全性。加工的U型鋼筋半成品精度高，由此提高了后續(xù)鋼筋綁扎的質(zhì)量和效率。

3.4 內(nèi)模自動(dòng)走行系統(tǒng)

在內(nèi)模存放臺(tái)底下安裝2套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)模進(jìn)出時(shí)通過(guò)控制液壓系統(tǒng)帶動(dòng)走行減速機(jī)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪撥動(dòng)內(nèi)模上的齒條，從而使內(nèi)模自動(dòng)沿著走行軌道進(jìn)入制梁臺(tái)座，實(shí)現(xiàn)內(nèi)模的自動(dòng)走行、定位準(zhǔn)確。其具有準(zhǔn)確、勻速、安全、易操作等特點(diǎn)，有利于提高安裝定位精準(zhǔn)度和作業(yè)效率，減少因內(nèi)模安裝偏移或錯(cuò)位在澆筑時(shí)梁體產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，提高了梁體質(zhì)量。

3.5 箱梁模板自動(dòng)打磨噴涂系統(tǒng)

箱梁模板自動(dòng)打磨噴涂系統(tǒng)采用鋼絲滾刷仿型設(shè)計(jì)，集電氣、自動(dòng)與液壓控制于一體，沿著模板凹槽型設(shè)計(jì)一個(gè)U型走行作業(yè)系統(tǒng)，將鋼絲刷固定在凹槽線設(shè)備的下前沿，中間安裝形狀匹配的拋光設(shè)備，在設(shè)備后沿安裝噴涂設(shè)備。模板自動(dòng)打磨噴涂設(shè)備在接到指令后，只需要沿著模板從一個(gè)端頭到另一個(gè)端頭行走一遍，即可在0.5 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)箱梁外模板的打磨、拋光、除塵、噴涂等全流程自動(dòng)化作業(yè)。而且能夠做到全面無(wú)遺漏，能夠真正高效的解決模板清理和噴涂均勻的疑難問(wèn)題，提高了梁體外觀的質(zhì)量[3]。

3.6 智能張拉一體臺(tái)車(chē)

預(yù)應(yīng)力張拉是橋梁施工中的關(guān)鍵工序，其施工質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的耐久性。智能張拉是指不依靠工人手動(dòng)控制，而是利用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，通過(guò)微電腦自動(dòng)操作，完成鋼絞線的張拉施工。智能張拉一體臺(tái)車(chē)精度高穩(wěn)定性強(qiáng)，能完全排除人為因素干擾，有效確保預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量，是目前國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力張拉領(lǐng)域最先進(jìn)的工藝。

技術(shù)人員在系統(tǒng)里輸入固定的張拉參數(shù)，工人無(wú)權(quán)限隨意改動(dòng)，設(shè)備會(huì)嚴(yán)格按照系統(tǒng)流程進(jìn)行作業(yè)，杜絕了工人為了省時(shí)省力隨意改變張拉參數(shù)的現(xiàn)象，大大提高了張拉質(zhì)量。張拉系統(tǒng)通過(guò)位移和受力自動(dòng)分析和控制張拉的拉力和鋼絞線的伸長(zhǎng)量，并且可以同步保存每一孔梁的張拉時(shí)間、張拉參數(shù)等數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的作業(yè)人員姓名，達(dá)到追本溯源的目的。使用此設(shè)備不僅能夠嚴(yán)格控制箱梁的張拉質(zhì)量，并且能夠在后期準(zhǔn)確有效的原因追溯。

3.7 智能壓漿一體臺(tái)車(chē)

智能壓漿一體臺(tái)車(chē)集水泥和壓漿劑倉(cāng)儲(chǔ)、配料攪拌、自動(dòng)壓漿、計(jì)量、語(yǔ)音提示、數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)清洗等功能于一體的車(chē)載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了制漿、真空輔助壓漿兩大關(guān)鍵工序自動(dòng)化協(xié)同控制，消除了人工制漿出現(xiàn)的稠度不穩(wěn)定、用量不穩(wěn)定以及抽真空不連續(xù)、壓漿不飽滿、保壓時(shí)間斷等帶來(lái)的質(zhì)量缺陷，大大提高了壓漿質(zhì)量的穩(wěn)定性以及施工質(zhì)量與效率。同時(shí)還具有保存數(shù)據(jù)、追本溯源的功能，并減少了人工倒料時(shí)的肺部污染，對(duì)工人的健康也起到了很好的保護(hù)作用。

3.8 錨穴自動(dòng)化鑿毛切割機(jī)器人

錨穴自動(dòng)化鑿毛切割機(jī)器人以多功能運(yùn)輸?shù)妆P(pán)為載體，搭載智能化機(jī)械手臂，集成激光發(fā)射器、迎角感應(yīng)器、電驅(qū)動(dòng)鑿毛、切割刀頭于一體，實(shí)現(xiàn)了鑿毛、切割兩大關(guān)鍵工序自動(dòng)化協(xié)同作業(yè)。通過(guò)3D掃描自動(dòng)找尋錨穴位置，實(shí)現(xiàn)了錨穴鑿毛精準(zhǔn)定位，被鑿毛部位深度一致、全覆蓋，還具有全自動(dòng)切割鋼絞線的功能。使用錨穴自動(dòng)化鑿毛切割機(jī)器人不但能提高工作效率，還避免了以往鑿毛作業(yè)中錨穴混凝土掉塊引起的封錨不牢靠等質(zhì)量問(wèn)題，減少了鑿毛和切割產(chǎn)生的粉塵給工人帶來(lái)的肺部污染。

3.9 梁端智能?chē)娡繖C(jī)器人

梁端智能?chē)娡繖C(jī)器人以多功能運(yùn)輸?shù)妆P(pán)為載體，搭載的智能化機(jī)械手臂上安裝混合噴涂裝置，在智能系統(tǒng)的控制下，驅(qū)動(dòng)雙組分噴槍?zhuān)瑢?shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量，自動(dòng)混合涂料，按照預(yù)設(shè)軌跡自動(dòng)行走定位。通過(guò)智能系統(tǒng)的控制，可以減少因人為拌料時(shí)配比不穩(wěn)定出現(xiàn)的防水涂料性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象。智能?chē)娡坎僮飨到y(tǒng)結(jié)合3D打印技術(shù)進(jìn)行循環(huán)噴涂作業(yè)，能夠快速高效均勻地噴涂防水涂料，不會(huì)再出現(xiàn)人工涂刷時(shí)的淚痕、不平整以及污染梁體等現(xiàn)象，也能夠輕易實(shí)現(xiàn)多次噴涂達(dá)到厚度要求。

3.10 智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)系統(tǒng)指通過(guò)一鍵啟動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)全周期全方位全覆蓋自動(dòng)養(yǎng)護(hù)。智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由手機(jī)APP遠(yuǎn)程對(duì)主機(jī)進(jìn)行控制，主機(jī)對(duì)每路噴淋管道和旋轉(zhuǎn)噴頭等進(jìn)行操控。整個(gè)體統(tǒng)采用增壓泵提供壓力，將循環(huán)水配送至每個(gè)噴淋養(yǎng)護(hù)區(qū)域。養(yǎng)護(hù)噴頭在水壓的作用下，按照預(yù)設(shè)的角度進(jìn)行往復(fù)噴淋作業(yè)。每個(gè)分路都通過(guò)電子閥與主機(jī)電腦系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)分區(qū)同時(shí)噴淋養(yǎng)護(hù)。智能化養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)操作，省時(shí)省力，極大的提高了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和效率。

4 智能設(shè)備的成本優(yōu)勢(shì)

智能設(shè)備雖在初期要投入較大的費(fèi)用，但在投入使用過(guò)程中，它可以保證安全、提高質(zhì)量、節(jié)省人力、節(jié)約時(shí)間，大大減少因?yàn)橘|(zhì)量問(wèn)題而產(chǎn)生的返工費(fèi)用，能夠改善施工工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量，避免發(fā)生不可逆的質(zhì)量問(wèn)題，特別是能有效的控制隱蔽工程的施工質(zhì)量。在提高效率的基礎(chǔ)上還能減少安全事故的發(fā)生，避免了因工人勞累，操作水平差，引起的安全事故。從全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，智能設(shè)備能減少人力物力的投入，降低安全事故的發(fā)生，避免質(zhì)量缺陷的發(fā)生，在降低施工成本方面發(fā)揮了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

5 智能設(shè)備在箱梁預(yù)制中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

5.1 智能設(shè)備的工期優(yōu)勢(shì)

在生產(chǎn)過(guò)程中投入智能設(shè)備，可促使整個(gè)生產(chǎn)流程合理化合規(guī)化進(jìn)行，各工序的生產(chǎn)效率得到提高。在“數(shù)智化指揮中心”的統(tǒng)一管理下，通過(guò)計(jì)劃、生產(chǎn)、提運(yùn)架等全環(huán)節(jié)智能指揮調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了梁場(chǎng)各工序的緊密銜接和設(shè)備工機(jī)具的有效流轉(zhuǎn)利用。并可對(duì)全工序安全質(zhì)量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集、實(shí)時(shí)匯總、自動(dòng)判別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)定位、動(dòng)態(tài)提醒、快速反饋，從而達(dá)到閉環(huán)管理的目的，在安全質(zhì)量可控的情況下加快了箱梁預(yù)制的生產(chǎn)周期。

5.2 智能設(shè)備的安全優(yōu)勢(shì)

從人的角度出發(fā)，智能設(shè)備的使用，減少了人員的投入，避免了工人直接操作，從一定程度上規(guī)避了因人員交叉作業(yè)、不負(fù)責(zé)、過(guò)度勞累、技能水平、身體素質(zhì)等因素帶來(lái)的安全隱患。

從設(shè)備的角度出發(fā)，智能設(shè)備安裝有各類(lèi)安全防護(hù)裝置，杜絕了違規(guī)操作、不合理使用等帶來(lái)的機(jī)械傷害。而且智能設(shè)備都采用弱電控制，操作人員接觸不到動(dòng)力電源，減少了觸電傷害的發(fā)生。

智能設(shè)備通過(guò)微電腦程序控制，工作流程按擬定好的程序進(jìn)行。在研發(fā)過(guò)程中加入各類(lèi)傳感器，全面考慮到安全防護(hù)性能，減少了人員受傷等安全事故的發(fā)生。

6 智能設(shè)備使用注意事項(xiàng)

智能設(shè)備屬于高科技信息化產(chǎn)品，對(duì)于電源的穩(wěn)定性要求比較高，要盡可能避免智能機(jī)在使用過(guò)程中發(fā)生突然斷電的現(xiàn)象，尤其是在系統(tǒng)使用過(guò)程中，如果經(jīng)常突然斷電，勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)損壞，所以要確保電源穩(wěn)定供電，這樣才能有效的保護(hù)智能設(shè)備。

智能設(shè)備屬于比較敏感的感應(yīng)類(lèi)設(shè)備，所以在使用過(guò)程中要采取定人定機(jī)管理制度。具體有以下4點(diǎn)：①使用前，要組織使用人員接受操作培訓(xùn)，工程技術(shù)部和設(shè)備部部負(fù)責(zé)安排技術(shù)人員講解。②操作人員要清楚所使用設(shè)備的日常保養(yǎng)知識(shí)和安全操作規(guī)程，熟悉設(shè)備性能。③使用人員要嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)，經(jīng)常性地檢查設(shè)備情況。④注意使用環(huán)境，對(duì)溫度、濕度、防塵、防震等要求高的設(shè)備，工作條件要嚴(yán)格控制，為設(shè)備創(chuàng)造適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件。

7 結(jié)語(yǔ)

高速鐵路建設(shè)正在飛速發(fā)展，對(duì)箱梁預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和質(zhì)量的控制也提出了更高的要求。在以后的高鐵建設(shè)中，智能設(shè)備將會(huì)快速升級(jí)，設(shè)計(jì)得更加人性、實(shí)用。智能設(shè)備也將會(huì)逐步全面投入到施工建設(shè)當(dāng)中，做到解放人類(lèi)的雙手，減輕人類(lèi)勞作負(fù)擔(dān)，提高施工質(zhì)量和效率。智能設(shè)備會(huì)以它獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)會(huì)被人們推廣使用，為施工行業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓曉強(qiáng)，劉文薦.鐵路智能化預(yù)制梁場(chǎng)實(shí)踐[J].中國(guó)鐵路，2021 （9）：73-78.

[2] 張東青.信息化與智能化在高鐵預(yù)制梁場(chǎng)中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].山西建筑，2018，44（2）：130-131.

[3] 李巍.智能化施工技術(shù)在鐵路預(yù)制梁場(chǎng)的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（4）：114-115.