高速公路智慧梁場預制梁流水線作業模式研究

陳佳佳，謝波，魯乃唯

（1.中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山528400；2.長沙理工大學 土木工程學院，長沙410114）

1 引言

傳統的臨時梁場具有一次性投入大、建筑垃圾多、資源浪費大、制梁效率低等缺點，已無法滿足當前綠色高效的生產需求。 近年來，隨著建筑裝配體統技術的快速發展，大噸位、大體積預制梁技術不斷成熟， 在智能化技術在工程領域的不斷推進下， 智慧梁場應運而生。 智慧梁場通過流水線方式生產梁體，將傳統預制梁的生產方式轉變為智慧化生產方式。 面對工期緊、任務重等現實情況，并綜合占地面積、生產效率、環境保護及成本等方面因素考慮， 傳統梁片預制生產模式的弊端明顯，而工廠化流水線生產模式占據優勢。 流水線作業模式是影響智慧梁場生產效率的關鍵。

張立志等[1]通過移動底胎座式預制梁廠與傳統梁場的對比研究，提出在智慧梁場移動式鋼制底胎模、蒸氣養護設備的制梁方法。 吳何[2]等針對預制梁場數字化、網絡化和智能化轉型需求，提出了智慧梁場“1+N+1”總體框架，實現了對生產要素的全方位信息化監測和全過程智能化管控。付旭[3]等從真實物理梁場、虛擬梁場、梁場管控系統、梁場孿生數據共4 個方面對數字孿生智慧梁場的功能需求進行全面分析， 提出了數字孿生智慧梁場的系統架構設計。姜坤[4]介紹了移動臺座工廠化流水線施工的施工特點、施工原理、施工技術及工序。 牛彥平[5]應用BIM 技術模擬規劃了山嶺重丘區大坡度地形預制梁場的建設方法， 提出了一種適用于路基上大坡度地形預制梁場的建設新方法。張俊存[6]以京雄城際鐵路固安制梁場作為工程背景，制定了一套鐵路智能梁場建設標準。

本文針對預制梁的高效高質生產、占地少、成本低及環保等方面難題，提出一種移動底臺座式新型預制梁模式，實現制梁從“場”到“廠”的升級轉化，使預制梁可以在室內以工廠化流水線的形式生產，有效地解決了工期短、任務重、場地受限等難題。

2 智慧梁場預制T梁總體設計

2.1 智慧梁場系統

智慧梁場系統總體框架設計既要考慮預制梁場的規模、結構形式、功能定位、管理方式的多樣性，還要考慮新技術、新算法的迭代升級。 因此，智慧梁場總體設計框架應具有開放性和可擴展性。 基于現階段預制梁場典型案例，提出智慧梁場系統框架如圖1 所示。

圖1 智慧梁場系統框架

梁場信息管理平臺是指智慧梁場生產協同管理平臺，以預制梁生產規范和管理細則為基礎，以進度計劃為主線，以任務單為驅動實現生產過程中的計劃、 進度等要素的在線協同管理和數據流通。 梁場智能施工設備是指預制梁場輔助生產和管理的多套智能硬件系統。 智能設備是生產工藝升級的重要依靠，如智能鋼筋加工設備、智能混凝土拌和站、智能模板、智能布料機、智能張拉設備、智能壓漿設備等。

2.2 流水線施工工藝

根據梁場地設置在路基上的情況， 智慧梁場布設了多條自動化生產線，相鄰生產線錯位布置，使其可共同生產，各條生產線間距小，占地更窄，生產線之間采用自制移動式步梯進行行走。 每條自動化生產線配置多個移動底座和智能化液壓式模板，可通過智能化控制實現預制梁流水線生產。

相關施工工藝流程如圖2 所示，主要流程包含：鋼筋和鋼絞線加工安裝及波紋管定位、模板安裝、澆筑混凝土并充分振搗、拆模、蒸汽養護、預應力筋張拉、孔道壓漿、封端養護、將預制梁提放至存梁區。

圖2 預制T梁流水線施工工序

1）智能化鋼筋加工。 鋼筋區采用鋼結構鋼筋棚，分為原材料存放區、加工區、半成品存放區和鋼筋綁扎區。加工區設置1條自動剪切彎曲線、3 臺全自動調直彎箍線、2 臺數控彎曲中心。 鋼筋在加工區集中加工，在綁扎區分腹板、頂部整體綁扎。智能化場區鋼筋綁扎區分別配備3 套腹板綁扎胎架和3 套頂板綁扎胎架， 腹板和頂板鋼筋在胎位架安裝完畢后通過龍門吊吊裝的方式調入到模板區。

2）全自動液壓模板。 智能化預制梁區配置4 條自動化生產線（3 套中梁、1 套邊梁），每條生產線配置3 臺移動臺車保證預制梁循環生產。 預制區采用新型液壓固定模板，可通過智能控制系統實現模板一鍵開合模， 且與傳統人工拆裝式模板相比，效率提高了2 倍。

3）混凝土智能生產與振搗。 預制梁混凝土澆筑采用龍門吊吊裝料斗布料的方式進行，一套預制梁模板配置56 個附著式振搗器，每個振點的振搗延續時間為20～30 s，附著式振搗器可通過智慧梁場控制系統實現每一個振搗器的啟停及時間控制，可對梁片振搗部位、時間、次數等進行智能調控。 澆筑完成后，及時進行二次收面工作，并在收漿完成后對預制梁頂面予以土工布覆蓋并灑水保濕養護。

4）智能養護。 梁場采用蒸汽養護的方式進行預制梁養護，養護室內設置蒸汽發生器、溫度表，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， 實現針對性的養護。 智能蒸養系統根據設置的溫度曲線，自動調節溫濕度，保持恒溫恒濕。 使梁片蒸養26 h 內強度、 彈模即可滿足設計要求，極大地提升了制梁效率。

5）智能張拉、壓漿。 預制梁在蒸養室完成降溫階段后由移動臺車移至張拉壓漿區， 在該區域對梁片進行4～6 h 灑水養護，降低預制梁表面及芯部溫度，提高混凝土強度，張拉前使用自動鋼絞線穿束機進行鋼絞線穿束， 通過控制中心智能化系統可實現張拉、壓漿數據的實時監測。

3 智慧梁場流水線模式關鍵技術協同創新

3.1 關鍵技術創新點

預制梁場的制梁效率是能影響工程進度的關鍵因素，如何進行智能梁場信息化建設是關鍵。 本文打造了高速公路智慧梁場一體化解決方案，其中，智能化關鍵技術如圖3 所示。

圖3 智能化關鍵技術

智慧梁場流水線作業模式關鍵技術創新如下。

1）軸線滑塊定位裝置。 傳統腹板鋼筋定位裝置采用空心鋼管組合套管形成鋼筋胎架的橫向水平筋控制， 鋼筋間距不能得到有效保證。 流水線梁場采用小型獨立直線軸承滑塊，實心圓鋼滑桿定位裝置，該裝置結構簡單，使用快捷。

2）鑿毛限位護角裝置。 預制梁橫隔板鑿毛傳統做法為通過彈墨線預留邊角， 但工人操作過程中難以保證鑿毛頭不超出墨線范圍，或是造成橫隔板邊角破損。 流水線梁場設計一套由三角鐵、活動螺栓組成的橫隔板鑿毛限位護角裝置，該裝置結構簡單，便于操作。

3）T 梁支撐裝置。 T 梁預制完成后，存放在臺座上使用方木對梁片四周進行支撐， 但該方法不便捷且安全施工無法保證。 流水線梁場采用50 型高強度鋼管與40 型高強度螺栓、地面支撐臺座3 部分組成，在場地硬化時預埋支撐臺座插銷孔，后期使用時螺栓與臺座使用高強度插銷拴住。

4）新型槽口裝置。 普通模板根據鋼束數量設置圓形槽口，增加了混凝土量，并且在后續進行端頭封錨時，封錨外形不美觀，封錨質量不能保證。 根據實際現場反映，生產過程中產生的難點，流水線梁場設計一套端頭新型模板。 解決了老式工藝的煩瑣、缺邊掉角、后續封錨漏漿嚴重、端頭形狀不美觀等問題。 新型模板槽口線型美觀，整體性保存完整，封錨效果平整。

3.2 模式創新的優勢

軸線滑塊定位裝置： 鋼筋安裝中， 普通定位裝置不易滑動，增加施工難度，新型定位裝置，使用快捷，該裝置使用過程中，鋼筋間距保證98%以上合格率，推拉快捷。

鑿毛限位護角裝置：在橫隔板鑿毛前，人工安裝限位裝置后，即可鑿毛。 該裝置減少了工人標線工序，有效防止棱角破損的同時最大限度加大鑿毛面積， 增強新舊混凝土結合后整體混凝土抗剪能力。

T 梁支撐裝置：在梁片拆模后，使用該支撐裝置，梁片不存在偏斜和傾倒的危險。且不影響其他臺座繼續施工。該裝置大大提高了安全文明施工，既能保證場地整潔，又是一種隨時拆卸和安裝的裝置，加快了施工進度，降低了施工風險。

新型槽口裝置：應用新型模板后，端頭整體線型比老式模板更美觀，缺邊掉角問題得到有效的控制。 在后續對端頭進行封錨時，更快速便捷、整體封錨效果更好、更平整、封錨質量得到保證。

4 結語

本文針對預制梁的高效高質生產、占地少、成本低及環保等方面難題， 提出一種移動底臺座式新型預制梁廠的設計思路，并付諸實踐，實現制梁從“場”到“廠”的升級轉化，使預制梁可以在室內以工廠化流水線的形式生產， 有效地解決了工期短、任務重、場地受限等難題。 通過智能控制系統實現場區作業標準化施工，生產過程智能化、自動化且透明可追溯。 做到生產有計劃、作業有依據、安全質量有保障，全面提升生產管理水平，在預制產能、質量管控、安全作業、節約用地、環境保護等方面具有先進性。