深中通道數(shù)字建造賦能綠色發(fā)展

劉健 陳瑤 許晴爽 劉迪 黃厚卿 王強(qiáng) 劉學(xué)欣

(1.深中通道管理中心，廣東 中山 528400；2.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029；3.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040；4.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

在全球經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的背景下，數(shù)字化與綠色化成為社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的兩大趨勢(shì)。2021年3月，我國(guó)將打造智能綠色的現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系作為第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)。為進(jìn)一步貫徹落實(shí)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，廣東省交通運(yùn)輸廳于2022年8月印發(fā)了《廣東省“十四五”綠色公路建設(shè)實(shí)施方案》，明確將“重視技術(shù)創(chuàng)新、促進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型”“推進(jìn)數(shù)字公路、實(shí)現(xiàn)智慧升級(jí)”等作為發(fā)展方向，支撐推動(dòng)綠色公路高質(zhì)量發(fā)展。由此可見(jiàn)，數(shù)字化和綠色化協(xié)同發(fā)展是經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需求，同時(shí)也是“十四五”乃至更長(zhǎng)時(shí)期我國(guó)公路建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。

深中通道作為世界級(jí)的“橋、島、隧、地下互通”集群工程，是國(guó)家“十三五”重大工程和《珠三角規(guī)劃綱要》確定建設(shè)的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。與此同時(shí)，深中通道工程建設(shè)在質(zhì)量、精度、防腐、工效、工期控制等方面也面臨著極高的挑戰(zhàn)。深中通道通過(guò)鋼殼智能制造、智能澆筑、智慧梁場(chǎng)、智慧管控等全面提檔升級(jí)，以數(shù)字化賦能超級(jí)工程綠色化建設(shè)，打造交通強(qiáng)國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略下的綠色智能公路標(biāo)桿。

1 深中通道數(shù)字建造技術(shù)及實(shí)施效果

1.1 流水線自動(dòng)化鋼殼制造

深中通道雙向八車(chē)道沉管隧道采用鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)，其建設(shè)規(guī)模和難度均為世界之最。為滿足大規(guī)模、高精度、工期緊等需求，深中通道在港珠澳大橋沉管隧道加工實(shí)現(xiàn)工位自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，研發(fā)了國(guó)內(nèi)首條鋼殼沉管“四線一系統(tǒng)”的流水線自動(dòng)化智能制造技術(shù)，如圖1所示，包括鋼殼板材/型材切割智能生產(chǎn)線、片體智能焊接流水線（如圖2所示）、塊體智能焊接生產(chǎn)線、智能?chē)娡可a(chǎn)線及車(chē)間制造執(zhí)行過(guò)程信息化管控系統(tǒng)，其中塊體智能焊接和智能涂裝技術(shù)為國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展，通過(guò)應(yīng)用焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)片體、塊體自動(dòng)焊接，實(shí)時(shí)糾偏，智能化節(jié)拍控制。采用智能化無(wú)塵拋丸作業(yè)、智能化噴涂、物料自動(dòng)供應(yīng)系統(tǒng)等智能設(shè)備替代人工作業(yè)進(jìn)行小節(jié)段涂裝，可大幅提升鋼殼結(jié)構(gòu)制造品質(zhì)及工效，減少焊接、噴涂損耗量，避免重復(fù)加工、返工等無(wú)效損耗，工人數(shù)量減少50%以上，避免噴涂過(guò)程產(chǎn)生的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）氣體危害工人健康，全鏈條打造經(jīng)濟(jì)高效的鋼殼智能化綠色生產(chǎn)線。

圖1 沉管鋼殼“四線一系統(tǒng)”生產(chǎn)線

圖2 沉管鋼殼片體智能焊接生產(chǎn)線

1.2 高流動(dòng)自密實(shí)混凝土鋼殼智能化澆筑

深中通道在國(guó)際上首次研發(fā)了基于BIM、智能傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼殼混凝土智能澆筑系統(tǒng)，如圖3所示，通過(guò)計(jì)算末端管與混凝土漿面的距離，自動(dòng)控制末端管，根據(jù)澆筑參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整泵速，提高自密實(shí)混凝土澆筑質(zhì)量和效率；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化有序多倉(cāng)格同時(shí)澆筑，保證倉(cāng)格澆筑無(wú)遺漏，有效減少返工，縮短工期；實(shí)現(xiàn)智能化精準(zhǔn)尋孔、智能行走和越障及自動(dòng)停止倉(cāng)管澆筑，避免因混凝土溢出而造成混凝土浪費(fèi)或產(chǎn)品作廢，自密實(shí)混凝土智能澆筑臺(tái)車(chē)如圖4所示；通過(guò)研發(fā)應(yīng)用陣列式智能沖擊映像設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鋼殼混凝土缺陷脫空位置、脫空面積、脫空高度的精準(zhǔn)高效檢測(cè)；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑全過(guò)程智能化精細(xì)化信息管理和全過(guò)程監(jiān)控。與傳統(tǒng)澆筑工藝相比，每條生產(chǎn)線可節(jié)省人力700人，沉管預(yù)制工期有效縮短至30天/節(jié)，澆筑單個(gè)艙格減少混凝土浪費(fèi)0.2m3，具有效率高、風(fēng)險(xiǎn)低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 自密實(shí)混凝土澆筑智能控制系統(tǒng)

圖4 自密實(shí)混凝土智能澆筑臺(tái)車(chē)

1.3 全方位智慧化預(yù)制梁場(chǎng)

深中通道智慧梁場(chǎng)，如圖5 所示，包括鋼筋自動(dòng)加工系統(tǒng)、混凝土智能控制系統(tǒng)、監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和管理平臺(tái)；采用數(shù)字化加工制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼筋生產(chǎn)全過(guò)程自動(dòng)化、智能化管理；通過(guò)控制液壓系統(tǒng)及走行電機(jī)，實(shí)現(xiàn)外模自動(dòng)走行定位，自動(dòng)整體抬升、平移等功能；采用液壓系統(tǒng)和走行臺(tái)車(chē)，實(shí)現(xiàn)混凝土箱梁自動(dòng)脫模。智能化混凝土輸送中心集約攪拌生產(chǎn)系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、車(chē)輛管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全程智能化管理；拌和站通過(guò)BIM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程操控；料倉(cāng)內(nèi)設(shè)自動(dòng)噴霧系統(tǒng)降塵。實(shí)施智慧梁場(chǎng)后，實(shí)體鋼筋保護(hù)層厚度合格率及實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)合格率達(dá)100%，鋼筋加工效率提高40%，生產(chǎn)全過(guò)程效率提高25%，材料損耗率降低30%，勞務(wù)人員投入減少28%，作業(yè)工時(shí)平均降低40%，實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁安全、高品質(zhì)、高工效生產(chǎn)。

圖5 智慧梁場(chǎng)生產(chǎn)線布局

1.4 全壽命周期BIM智慧管控

深中通道探索“互聯(lián)網(wǎng)＋BIM＋現(xiàn)代工程管理”發(fā)展新思路，全過(guò)程應(yīng)用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全生命周期數(shù)字化管理，打造交通領(lǐng)域樣板工程。在設(shè)計(jì)階段，針對(duì)沉管鋼殼和東、西人工島等特殊構(gòu)筑物，采用全線三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)與交付，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化正向設(shè)計(jì)、自動(dòng)算量及自動(dòng)出圖，通過(guò)精細(xì)化、智能化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率，降低工程造價(jià)。在施工階段，創(chuàng)建工程場(chǎng)地等模型，開(kāi)展場(chǎng)地規(guī)劃與布置工作，優(yōu)化場(chǎng)地空間利用；打通模型與設(shè)備間的通道，實(shí)現(xiàn)鋼殼、鋼箱梁智能制造；構(gòu)建集工程信息化、數(shù)字簽名與電子檔案于一體的協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程全壽命周期關(guān)鍵信息互聯(lián)共享，促進(jìn)參建各方工作協(xié)同，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理無(wú)紙化。在運(yùn)維階段，開(kāi)展數(shù)字化模型深化和建養(yǎng)數(shù)據(jù)銜接工作，實(shí)現(xiàn)基于BIM的可視化管養(yǎng)、資產(chǎn)管理、健康監(jiān)測(cè)、機(jī)電協(xié)同和應(yīng)急管理。

深中通道采用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享，使溝通更為便捷、成本更為低廉、協(xié)作更為緊密、管理更為高效，助力智能制造、智慧工地建設(shè)，工程質(zhì)量和進(jìn)度顯著提高，全生命周期資源能源利用統(tǒng)籌更加合理，是數(shù)字建造賦能深中通道綠色建設(shè)的最佳詮釋。

2 思考與建議

2.1 加強(qiáng)以工程建設(shè)全生命周期降碳為導(dǎo)向的數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新

深中通道全方位實(shí)施數(shù)字化建造技術(shù)及數(shù)字化管控平臺(tái)，在施工安全性、高效性、綠色化、高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性方面發(fā)揮了顯著作用，為交通行業(yè)跨海工程建設(shè)提供了示范性技術(shù)參考。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面推進(jìn)的當(dāng)下，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是推動(dòng)綠色轉(zhuǎn)型、助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要手段和途徑。工程建設(shè)過(guò)程中的碳排放已成為交通工程全生命周期不可忽視的環(huán)節(jié)，將碳排放核算納入設(shè)計(jì)，以降碳為導(dǎo)向進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)研發(fā)與模擬，有助于降低制造與運(yùn)行能耗，促進(jìn)節(jié)能減排，提升資源利用效率。

2.2 構(gòu)建完整的數(shù)字化“雙碳”監(jiān)管體系，深化綠色施工

深中通道鋼殼智能制造、澆筑、混凝土生產(chǎn)、隧道疏浚等各環(huán)節(jié)應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，采用BIM技術(shù)對(duì)全線進(jìn)行視頻在線監(jiān)控，有效保證了施工進(jìn)度、質(zhì)量及施工人員安全，實(shí)現(xiàn)施工數(shù)字化高效管理。施工過(guò)程碳排放監(jiān)管對(duì)調(diào)整作業(yè)方式、促進(jìn)綠色發(fā)展具有重要意義，然而本項(xiàng)目在施工過(guò)程中的碳排放實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力相對(duì)薄弱，宜通過(guò)數(shù)字化技術(shù)如衛(wèi)星遙感、環(huán)境監(jiān)控等實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)全覆蓋，增強(qiáng)節(jié)碳減排意識(shí)，同時(shí)構(gòu)建完整的數(shù)字化“雙碳”監(jiān)管體系，嚴(yán)格監(jiān)管高耗能、高排放施工環(huán)節(jié)，引導(dǎo)數(shù)字化施工綠色發(fā)展。

2.3 加快構(gòu)建完善的廢棄數(shù)字設(shè)備循環(huán)利用體系

深中通道通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)建全生命周期數(shù)字化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化管理，充分踐行了資源節(jié)約施工理念。而施工驗(yàn)收后的數(shù)字設(shè)備回收同樣值得關(guān)注，數(shù)字設(shè)備回收有利于循環(huán)利用資源，緩解數(shù)字設(shè)備原材料的供應(yīng)壓力，具有巨大的市場(chǎng)潛力，需加快構(gòu)建完善的廢棄數(shù)字設(shè)備循環(huán)利用體系，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作共建綠色回收渠道，降低電子垃圾處理的能耗與污染。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)超級(jí)工程深中通道施工特點(diǎn)，聚焦鋼殼智能制造、智能澆筑、智慧梁場(chǎng)、智慧管控等代表性數(shù)字化技術(shù)，總結(jié)分析了其對(duì)推動(dòng)綠色化轉(zhuǎn)型的成效，為未來(lái)伶仃洋通道、渤海海峽跨海通道等重點(diǎn)項(xiàng)目的數(shù)字化、綠色化建設(shè)提供借鑒參考，對(duì)推動(dòng)數(shù)字建造賦能綠色發(fā)展具有重要意義。