城市橋梁智能施工與施工過(guò)程監(jiān)控的創(chuàng)新技術(shù)探索

白毅飛

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司）

1 引言

受制于傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)備的限制，城市橋梁工程施工存在一定的不確定性，受人為因素的影響較大，在數(shù)字化、集成化、自動(dòng)化技術(shù)的支持下，橋梁工程施工也正朝著智能化的方向發(fā)展，必須加強(qiáng)智能施工技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用探索，加快施工技術(shù)更新?lián)Q代速度，同時(shí)注重施工過(guò)程的智能監(jiān)控，提高精細(xì)化管理水平，維護(hù)各項(xiàng)施工目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

2 城市橋梁智能施工創(chuàng)新技術(shù)探索

2.1 智能張拉技術(shù)

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)主要由千斤頂、高精度位移傳感器、高精度壓力傳感器、電動(dòng)液壓站、控制器、變頻器等部分組成，通過(guò)遙控器發(fā)出指令，操作兩臺(tái)控制主機(jī)同步開(kāi)展張拉作業(yè)，控制主機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)程序控制每個(gè)設(shè)備的張拉動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到控制張拉力時(shí)自動(dòng)停止，并對(duì)伸長(zhǎng)量是否滿(mǎn)足規(guī)范要求進(jìn)行判斷，通過(guò)張拉力和伸長(zhǎng)量的雙控精準(zhǔn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)智能化張拉施工效果。遙控器控制箱能夠與控制主機(jī)智能通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，與電腦連接后可自由調(diào)取、打印張拉數(shù)據(jù)，傳感器可以采集到設(shè)備工作壓力、鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)量等相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后調(diào)整變頻電機(jī)工作參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)張拉施工實(shí)時(shí)精準(zhǔn)控制的目的。在智能張拉施工過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常情況，必須立即停止張拉工作，查找問(wèn)題產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)處理措施。

2.2 智能壓漿技術(shù)

城市橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工完成后需要進(jìn)行壓漿作業(yè)，提升錨固的可靠性，保證橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂能力，如果出現(xiàn)內(nèi)部孔隙過(guò)大、壓漿密實(shí)度不夠等問(wèn)題，會(huì)對(duì)橋梁耐久性和使用壽命產(chǎn)生較大影響，常規(guī)的判斷檢測(cè)方法存在較大誤差，不能全面反映管道壓漿情況。智能壓漿系統(tǒng)主要包括主控機(jī)、出漿口測(cè)控箱、進(jìn)漿口測(cè)控箱等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)壓漿密度、壓力、流量等參數(shù)，通過(guò)控制模型計(jì)算分析，可以精確控制閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)智能化的保壓、壓漿工作。在預(yù)應(yīng)力管道的出漿口和進(jìn)漿口安裝傳感器，實(shí)時(shí)采集壓漿流量、管道壓力、水膠比等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)中，通過(guò)判斷分析控制相關(guān)設(shè)備和參數(shù)，及時(shí)補(bǔ)充管道壓力損失，滿(mǎn)足規(guī)范要求的最低壓力值，在穩(wěn)壓期間持續(xù)補(bǔ)充漿液，等到壓力差穩(wěn)定后判斷管道充盈情況，完成智能壓漿過(guò)程。在施工過(guò)程中，首先要計(jì)算出壓漿料和水的需求量，采用二次加水拌制的方式充分?jǐn)嚢瑁軌蚓邆漭^好的流動(dòng)性，然后啟動(dòng)智能壓漿系統(tǒng)，保證施工過(guò)程的順暢性和連續(xù)性，采用智能壓漿技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理的效果，有效降低人為控制誤差，保證施工質(zhì)量[1]。

2.3 智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)

采用智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵全周期自動(dòng)養(yǎng)護(hù)，系統(tǒng)主要包括智能養(yǎng)護(hù)儀主機(jī)、養(yǎng)護(hù)終端、無(wú)線(xiàn)測(cè)溫測(cè)濕終端以及相關(guān)配件，集成了變頻控制技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)，通過(guò)溫度傳感器、濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，傳輸?shù)娇刂浦行模治鲳B(yǎng)護(hù)環(huán)境，自動(dòng)判斷是否需要開(kāi)啟恒壓噴淋控制、噴淋持續(xù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)智能養(yǎng)護(hù)施工的效果。不同配合比混凝土的水化過(guò)程不同，采用智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)能夠根據(jù)養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)需求采取針對(duì)性養(yǎng)護(hù)措施，保證水化熱的平穩(wěn)釋放，有利于規(guī)范養(yǎng)護(hù)過(guò)程，降低人為因素產(chǎn)生的干擾，便于開(kāi)展質(zhì)量追溯管理。

2.4 智能檢測(cè)技術(shù)

質(zhì)量檢測(cè)是城市橋梁工程施工的重要環(huán)節(jié)，無(wú)損檢測(cè)、智能檢測(cè)是主要的發(fā)展方向，能夠在不產(chǎn)生破壞的情況下掌握施工質(zhì)量情況。鋼筋保護(hù)層測(cè)定儀主要由測(cè)定儀主機(jī)、測(cè)定探頭、信號(hào)電纜等部分組成，可以對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋位置、布筋情況等方面進(jìn)行檢測(cè)，減少施工質(zhì)量隱患。手持激光紅外線(xiàn)測(cè)距儀的測(cè)量精度能夠達(dá)到兩毫米左右，不但能夠測(cè)量距離，而且可以計(jì)算體積，利用該設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)物尺寸、跨徑、柱間距等方面測(cè)量，具有效率高、精度好的優(yōu)勢(shì)。智能反拉法預(yù)應(yīng)力檢測(cè)儀采用了彈模效應(yīng)與最小應(yīng)力跟蹤原理，將壓力傳感器和位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在預(yù)應(yīng)力張拉施工完成未壓漿的情況下，能夠精確測(cè)出有效預(yù)應(yīng)力值，判斷施工偏差是否滿(mǎn)足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 智能定位技術(shù)

裝配式橋梁施工對(duì)定位精度要求非常高，基于靶向的三維激光精確水平定位系統(tǒng)主要由自動(dòng)云臺(tái)、采集數(shù)據(jù)裝置、信息傳輸裝置、數(shù)據(jù)解算裝置、固定三維激光測(cè)距裝置等部分組成，能夠用于快速精準(zhǔn)地定位墩柱安裝位置，減少定位誤差，結(jié)合GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，為野外作業(yè)提供了便利，能夠解決網(wǎng)絡(luò)通訊不暢的問(wèn)題，但是，GPS定位系統(tǒng)會(huì)隨著定位次數(shù)累計(jì)系統(tǒng)誤差，所以不適合長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間的定位施工。除了智能化水平定位技術(shù)的應(yīng)用，垂直定位技術(shù)的研究也十分關(guān)鍵，可伸縮垂直定位導(dǎo)向系統(tǒng)適用于所有結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制墩柱，主要由激光調(diào)垂傳感器、自動(dòng)控制裝置、光靶等部分組成，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化調(diào)垂的作用，根據(jù)傾斜度、偏移比值等相關(guān)數(shù)據(jù)，快速調(diào)整預(yù)制墩柱垂直度，發(fā)揮垂直精準(zhǔn)定位導(dǎo)向功能[2]。

3 城市橋梁智能施工過(guò)程監(jiān)控技術(shù)探索

3.1 質(zhì)量智能監(jiān)控

傳統(tǒng)的施工質(zhì)量管理過(guò)于注重結(jié)果檢測(cè)，對(duì)施工過(guò)程監(jiān)控缺乏有效手段，結(jié)合質(zhì)量管理系統(tǒng)、智能巡查系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)、可視化技術(shù)交底，能夠加強(qiáng)施工過(guò)程的質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管控。引入施工質(zhì)量管理系統(tǒng)，落實(shí)相關(guān)責(zé)任人，明確質(zhì)量監(jiān)測(cè)流程，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展具體工作，利用自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)，智能化監(jiān)控混凝土溫度，利用智能巡檢及協(xié)同處理系統(tǒng)，能夠?qū)⑹┕み^(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題拍攝上傳，第一時(shí)間反饋處理，相關(guān)人員可以通過(guò)質(zhì)量管理APP 查看問(wèn)題、接收指令。智能巡查眼鏡可以實(shí)現(xiàn)可視通話(huà)和遠(yuǎn)程直播，以第一視角展示現(xiàn)場(chǎng)情況，拍攝違規(guī)作業(yè)證據(jù)，無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝巡檢和遠(yuǎn)距離巡檢，在5 公里范圍內(nèi)都可以拍攝到施工質(zhì)量缺陷。利用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，能夠直觀(guān)查看施工方案，在施工動(dòng)畫(huà)模擬的輔助下，可以更加高效生動(dòng)地表達(dá)施工過(guò)程，理解設(shè)計(jì)意圖，結(jié)合二維碼技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)查看、共享相關(guān)施工方案，為施工過(guò)程開(kāi)展提供指導(dǎo)。

3.2 進(jìn)度智能監(jiān)控

基于BIM技術(shù)結(jié)合Navisworks的運(yùn)用，在3D模型的基礎(chǔ)上添加施工進(jìn)度信息，能夠?qū)崿F(xiàn)基于4D BIM 模型的施工進(jìn)度智能監(jiān)控，在數(shù)據(jù)集成平臺(tái)可以顯示施工進(jìn)度與施工時(shí)間的關(guān)系，管理人員以此為依據(jù)把控施工進(jìn)度，調(diào)整施工時(shí)間。在城市橋梁工程施工中，由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，預(yù)制梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比較多，利用BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建智慧梁場(chǎng)，開(kāi)展智能化進(jìn)度管理，能夠精準(zhǔn)控制從鋼筋綁扎到混凝土澆筑以及養(yǎng)護(hù)、存儲(chǔ)、搭設(shè)等所有施工過(guò)程，有效消除了信息孤島、溝通不暢等問(wèn)題，提高生產(chǎn)與施工銜接效率，一旦出現(xiàn)問(wèn)題能夠提前預(yù)警，采取合適的處理措施。施工過(guò)程進(jìn)度監(jiān)控的影響因素較多，為了保證智能監(jiān)控效果，必須科學(xué)制定施工方案，合理編制施工進(jìn)度計(jì)劃，優(yōu)化調(diào)整施工組織架構(gòu)，積極調(diào)配施工資源[3]。

3.3 安全智能監(jiān)控

利用智能巡檢系統(tǒng)可以識(shí)別人員身份，通過(guò)與鷹眼監(jiān)控的有效聯(lián)動(dòng)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的違規(guī)操作行為，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行人員管理，減少施工安全隱患。數(shù)字平臺(tái)結(jié)合定位芯片能夠?qū)崟r(shí)顯示人員軌跡，如果在某個(gè)施工區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警功能。橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)控制點(diǎn)比較多，通過(guò)安全眼、智能語(yǔ)音提醒、聲光報(bào)警系統(tǒng)等技術(shù)應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)事前安全控制的效果，給予現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員足夠的提醒。施工機(jī)械設(shè)備的安全管理也十分重要，城市橋梁工程的起重吊裝作業(yè)工程量較大，施工現(xiàn)場(chǎng)的塔吊、龍門(mén)架等吊裝設(shè)備都應(yīng)該安裝智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施可視化管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，并將采集到的信息錄入到集成平臺(tái)中，一旦出現(xiàn)異常及時(shí)預(yù)警，限制起吊作業(yè)，減少因超載、碰撞、監(jiān)測(cè)盲區(qū)等因素產(chǎn)生的安全事故，實(shí)現(xiàn)施工安全智能識(shí)別和動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

3.4 成本智能監(jiān)控

資源管理是施工成本監(jiān)控的重要組成部分，在城市橋梁工程中，鋼筋工程施工對(duì)于成本影響較大，傳統(tǒng)的施工圖紙?jiān)趶?fù)雜節(jié)點(diǎn)的表達(dá)上存在缺陷，利用BIM 技術(shù)搭建三維配筋模型，能夠以可視化的方式對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工、重難點(diǎn)進(jìn)行直觀(guān)表達(dá)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工圖紙中存在的錯(cuò)漏問(wèn)題，保證鋼筋消耗量計(jì)算的準(zhǔn)確性，結(jié)合鋼筋明細(xì)表，詳細(xì)說(shuō)明異形多角度鋼筋的具體參數(shù)，指導(dǎo)鋼筋加工作業(yè)，減少鋼筋損耗，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)備料、下料。同時(shí)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼筋碰撞檢測(cè)，能夠全面反映鋼筋與鋼筋之間、鋼筋與其他構(gòu)件之間的碰撞情況，根據(jù)碰撞檢測(cè)報(bào)告調(diào)整碰撞位置，減少返工、誤工。土方工程量計(jì)算存在一定難度，容易產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)糾紛，結(jié)合BIM技術(shù)和傾斜攝影技術(shù)，能夠更加精確地測(cè)算土方量，減少不必要的成本支出。建立基于BIM5D 模型的施工成本監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠根據(jù)目標(biāo)成本層層約束各種施工活動(dòng)，保證合同簽訂的合理性，隨著施工作業(yè)的開(kāi)展，將動(dòng)態(tài)成本信息采集錄入到系統(tǒng)中，能夠自動(dòng)計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)量周期內(nèi)的所有成本費(fèi)用，并將實(shí)際成本與合同金額對(duì)比分析，形成施工動(dòng)態(tài)成本管理臺(tái)賬，有利于全過(guò)程整體把控施工成本，針對(duì)超支結(jié)余情況查找原因、追究責(zé)任、采取措施，實(shí)現(xiàn)施工成本智能監(jiān)控的效果[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁工程施工必須滿(mǎn)足交通通行需求，達(dá)到強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，隨著橋梁結(jié)構(gòu)形式和功能的不斷豐富，對(duì)施工技術(shù)的要求也越來(lái)越高，根據(jù)工程特點(diǎn)推動(dòng)施工技術(shù)和管理創(chuàng)新，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化、數(shù)字化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、智能化管理效果。