云南建筑/本期特稿/YUNNAN ARCHITECTURE/SPECIAL ARTICLES 2024.2
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为了总结基于工业化生产的小箱梁智慧梁厂建设技术，以海盐射线1标项目为依托，对基于工业化生产的小箱梁桥智能场建关键技术进行了研究。分析了产能、探讨了生产线布置方法、研究了智能设备配置与智慧管控技术。利用既有厂区建设智慧梁厂，采用了直线型生产线布置方式与存梁区并行的布置方案，提出了直线型生产交错布置方案，解决了生产线小距离布置问题。基于产能分析，配备了小箱梁流水线生产的相关设备。总结了小箱梁工业化生产的智能管控基础，覆盖了钢筋加工、混凝土振捣及蒸汽养生环节，有效提升了产品质量，降低生产能耗，可为类似工程参考。
混凝土小箱梁 预制生产 工业化 场地建设
1 引言
随着技术的不断进步，我国桥梁工业化水平不断发展，装配化桥梁技术也得到了较大进步，桥梁构件的工厂化预制得到了大力发展，并逐步向智能化建造进行发展[1−2] 。有学者针对高速公路小箱梁、T梁桥的生产特点，开展了智慧梁厂的规划及设计相关研究，对智慧梁厂的基本要素和基本组成进行了分析[3−5] 。对BIM技术在混凝土预制智慧梁厂中的应用进行了探讨，利用BIM技术辅助了混凝土梁体的智慧生产[6] 。也有学者对智慧梁厂的生产质量进行智能化检测等技术的研究[7−8] ，以及对智慧工厂的应用效果进行了总结分析[9] 。综合现有研究技术，我国基础设施建设已在自动化、智能化生产方面开展了一定的研究，但是对智能梁厂建造的相关研究则刚刚兴起，仍有待进一步的探索。为了研究城市改扩建项目钢筋混凝土小箱梁智慧梁厂建造技术，本文以海盐射线1标项目为依托，开展小箱梁桥智能场建关键技术研究。2 工程概况
2.1 总体概况与建设条件
海盐射线1标项目是S207秀洲至仙居公路南湖区科技大道至海盐县盐于公路段改建工程一期工程的重要组成部分。主线标准段桥梁上部结构均采用小箱梁，标准跨径采用30m，调节跨径采用25m ，调节跨径上部结构梁高与30m 标准跨梁高保持一致。共有预制小箱梁为2985榀，预制混凝土工程总量为105000m3 。本项目属于既有道路改扩建项目，地区经济发达的浙江省嘉兴市，建设标准高，建设周期短，项目施工挑战巨大。充分分析本项目的结构特点，小箱梁结构梁高相同，只有两种外模型号，一种内部型号，具有高度的标准化特点，适宜采用工业化建造的模式进行预制生产。为了充分发挥工业化智能建造的优势，推进项目又快又好的预制生产，本项目小箱梁生产采用了智能化生产工艺进行预制生产。2.2 场建需求分析
本项目所在区域土地资料较为稀缺，如何环保、低碳的完成智能工程建造是场建需要解决的关键问题之一。智能化快速预制生产工艺是一种需要充分发挥流水线作业优势的新型生产工艺和生产组织模式，这种生产组织模式要求梁场的建设要充分考虑流水线生产的特点。既有研究结果表明，小箱梁的常用流水线布置模式主要分为“O”型、“Z”型、直线型等不同的布置方式，在场地规划中需要结合可用场地的外形进行统筹规划设计。项目在对沿线土地资源进行了系统调研，进行了合理性、经济性及安全性分析比较，最终选定了在线路K12+900右侧700m 处的废旧厂区进行改造使用。该厂区位于标段1/3处，临近既有县道，有原材料运输通道直达场内，整体运输条件较好，可满足梁场建设条件与存梁和运梁条件。3 智慧梁厂总体规划
3.1 功能区域划分
厂区选址占地面积137亩，为长方形布局，长约337m ，宽约145m 。根据小箱梁生产工艺的要求和流水线生产的特点，梁厂采用直线型流水线布置方式进行总体布置，见图1。场地的东西两侧设置为存梁区域，存放箱梁成品，在场地中央区域，由南向北布置直线型生产线，场内只设置生产管理与控制办公区域，不设置生活区。
图1 工业化智能梁厂布局
厂区内由南至北依次布置为钢筋加工区、钢筋绑扎区域、混凝土箱梁自动生产车间、蒸汽养生区、张拉与修整区。在两侧存梁区域各配置两台龙门吊完成梁体转运，在张拉区沿着横向布置两台龙门吊，完成梁体下台及箱梁由生产向存梁区域的转移的功能。其中，钢筋加工厂长80m ，宽56m ，另外再设长70m，宽56m的钢筋胎架绑扎区，其中6个顶板钢筋绑扎区、6个底腹板钢筋绑扎区。厂内设置6台10t 桁吊，分为原材料存放区、半成品存放区、钢筋加工区等，钢筋骨架均采用定位胎架进行绑扎，胎架设置有不同钢筋定位装置，用以控制钢筋骨架尺寸、钢筋间距等。钢筋骨架绑扎胎架主要有底腹板钢筋胎架、顶板钢筋胎架，其中底腹板胎架上有定位坐标对波纹管进行定位。钢筋加工厂内设置4m宽，25cm厚C30砼主通道并涂刷绿色地坪漆，两侧设施1.2m高京式护栏，实现人车分离，见图2。图2 钢筋加工区示意图
存梁区按1个月产能存梁配置，预留本个月产能作为备用，共设置52道存梁台座，最大可存梁数量为236片。存梁台座采用0.5× 0.3m C25的钢筋混凝土条形基础。科学的产能分析合理梁厂生产线布置的主要依据，生产线的布置数量可按照以下原则计算确定：1）考虑各种因素影响，智慧梁场一个月的正常生产天数可按28天计算，每天三个工班，有效生产时间按18h 算，时间利用率75%。2） 一条生产线一个移动台座生产一片梁需72/18=4天，一条生产线配4个移动台座循环施工，则每条生产线每日的预制产出为1片。3）总工期要求箱梁的生产周期为18个月，计算所需生产线数量为298/（18× 28）=5.9条。考虑到边梁和中梁构造形式的不同和生产转化的要求，实际布设7条生产线，其中2条生产线制边梁，5条生产线制中梁。共配置28个移动台座，每个月能完成28/4× 28=196片箱梁预制，每天完成7片箱梁预制。本项目在采用直线型生产线布置的基础上，充分考虑场地在扣除存梁区后横向宽度尺寸较小的特点，创新性的采用了平行错位布置的生产线布设方式，见图3。其中1#、3#、5#、7#生产线布置在1#生产车间，处于平行状态进行箱梁成产。2#、4#、6#生产线布置在2#生产车间，1#生产车间和2#生产车间为串联状态，其中2#生产车间的轨道穿过1#生产车间，箱梁由成产位进入养生位时需要先经过1#车间后到达养生位置。采用这种方式布置，可以有效压缩生产线之间的间距，本梁场生产线之间的间距为5m。在生产区域前端布置智能养生区，每天生产线上设置一组养生蒸养棚，每组蒸养棚设置两个串联的蒸养房，可同时满足两片小箱梁单独控制蒸养的要求，蒸养区长度为75.25m。在蒸养区前端设置张拉区，完成箱梁预应力的智能张拉施工，张拉区域的长度为一个梁位长度，总长36.75m。小箱梁在张拉区下台转入存梁区，台车通过转运轨道回到生产位置进行下一片箱梁生产。智能梁厂建成效果见图3。图3 生产线布置示意图
4 设备与资源配置
4.1 钢筋加工设备配置
小箱梁智能生产的钢筋加工设备均采用智能化数控加工机械完成，投入本项目的主要智能加工设备的类型及型号见表1，能较好的满足小箱梁预制生产的钢筋加工要求。![]()
图4 智能梁厂现场图
4.2 混凝土浇筑装备配置
本项目小箱梁设置7条生产线，每条生产线配置1套固定工位模版系统，侧模采用固定式液压模板装置，数控模版安装与拆卸。每条生产线配置4台移动式底膜台车，见图5，底膜台车可在运输轨道上各生产环节循环移动。每条生产线配备1套附着式振捣设备，1套振捣棒振捣装置，一套智能控制附着式振捣系统由56台振捣器组成，均匀布置在侧模上，通过智能控制系统进行联动控制。每两条生产线上配置1套浇筑设备，通过节拍调节控制，满足两条生产线共用要求。图5 移动底模台车
4.3 养生系统配置
养生系统的效率是影响混凝土强度发展的关键，也是小箱梁桥流水线生产的关键控制因素之一。本项目采用智能控制蒸汽养生系统，共配置7条14个独立控制养生棚，配备2套智能控制系统，5台LSS0.8-0.7-S型生物质锅炉集中蒸汽供应。通过主管、支管输送至每个蒸养房内，并通过电磁球阀控制送往各蒸养房的蒸汽量，配合温度传感监测，实现对养生房内温度的智能监测与调控。在每个蒸养房设置左侧设置3个温度传感器，右侧设置3个温湿度传感器；传感器设置在距蒸养房两端门口5m处及蒸养房中间。同时，每个蒸养房设置温度计、湿度计与温度传感器、湿度传感器形成温湿度对比。5 智能化管控
智能化控制是基于检测、监测数据，通过学习掌握规律，并通过主动控制、持续反馈与修正，实现高度自我运行的模式。在小箱梁智能生产全过程智能化技术的应用主要包含了钢筋下料与加工控制、混凝土振捣控制、混凝土养生控制几个环节。1）钢筋生产的智能化技术应用贯穿了钢筋细化设计、下料、加工过程。先利用BIM模型进行小箱梁的钢筋模拟绑扎，细化绑扎工序的同时对每根钢筋的尺寸进行精细化设计。完成小箱梁普通钢筋的大样放样，并生成相应的数据文体，将生产的数据文件与钢筋长度模数进行匹配后形成下料数据导入数控设备，实现自动下料与生产。2）混凝土浇筑振动的自动控制重点在振捣器启动时间与混凝土浇筑方量之间建立自动控制函数关系。并通过不断自动学习与修正，持续优化，最终形成智能控制程序，控制振动器的启动与关闭。3）智能养生控制通过前期的蒸养试验，建立最优的升温、恒温、降温控制程序，在实施过程中通过系统自动采集养生棚内温度、环境温度，并自动调整蒸汽供给，实现对养生房内温度的自动调控，见图6。同时结合季节变化、环境改变实现程序自动迭代，保证混凝土强度发展稳定。图6 智能养生控制系统界面
6 结束语
本位以S207秀洲至仙居公路南湖区科技大道至海盐县盐于公路段改建工程海盐射线1标项目为提托，对预应力混凝土小箱梁智慧梁厂建设技术进行了研究，得到以下结论：1）结合生产需求，形成了利用既有厂区建设智慧梁厂的总体规划方案，采用了直线型生产线布置方式与存梁区并行布置。2）提出了直线型生产交错布置方案，以两个生产车间配合交错布置生产线，解决了生产线小距离布置问题，最小生产线间距布置为5m。3）对智能生产线的产能进行分析，并根据产能匹配原则，配备了小箱梁流水线生产的相关设备，满足了小箱梁的智能生产需求。4）结合现场实施情况总结了小箱梁工业化生产的智能管控基础，覆盖了钢筋加工、混凝土振捣及蒸汽养生环节，有效提升了产品质量。5）形成的预应力混凝土小箱梁智慧梁厂建设技术，能够有效的提升混凝土小箱梁的生产效率，改进质量，降低生产能耗，可为类似工程参考。
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【作者信息】
贺高峰，中铁二十一局集团第三工程有限公司，高级工程师
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