城市橋梁智能施工與施工過程監控的創新技術探索

白毅飛

（中鐵建設集團有限公司）

1 引言

受制于傳統技術設備的限制，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，在數字化、集成化、自動化技術的支持下，橋梁工程施工也正朝著智能化的方向發展，必須加強智能施工技術的創新應用探索，加快施工技術更新換代速度，同時注重施工過程的智能監控，提高精細化管理水平，維護各項施工目標的順利實現。

2 城市橋梁智能施工創新技術探索

2.1 智能張拉技術

預應力智能張拉系統主要由千斤頂、高精度位移傳感器、高精度壓力傳感器、電動液壓站、控制器、變頻器等部分組成，通過遙控器發出指令，操作兩臺控制主機同步開展張拉作業，控制主機根據預設程序控制每個設備的張拉動作，當達到控制張拉力時自動停止，并對伸長量是否滿足規范要求進行判斷，通過張拉力和伸長量的雙控精準作業，實現智能化張拉施工效果。遙控器控制箱能夠與控制主機智能通訊，實現人機交互，與電腦連接后可自由調取、打印張拉數據，傳感器可以采集到設備工作壓力、鋼絞線伸長量等相關數據，實時傳輸到系統主機，經過數據分析后調整變頻電機工作參數，從而實現張拉施工實時精準控制的目的。在智能張拉施工過程中，如果出現異常情況，必須立即停止張拉工作，查找問題產生的原因，采取相應處理措施。

2.2 智能壓漿技術

城市橋梁工程預應力施工完成后需要進行壓漿作業，提升錨固的可靠性，保證橋梁結構的承載能力和抗裂能力，如果出現內部孔隙過大、壓漿密實度不夠等問題，會對橋梁耐久性和使用壽命產生較大影響，常規的判斷檢測方法存在較大誤差，不能全面反映管道壓漿情況。智能壓漿系統主要包括主控機、出漿口測控箱、進漿口測控箱等，能夠實時監測壓漿密度、壓力、流量等參數，通過控制模型計算分析，可以精確控制閥門關閉時間，實現智能化的保壓、壓漿工作。在預應力管道的出漿口和進漿口安裝傳感器，實時采集壓漿流量、管道壓力、水膠比等數據，并將數據發送到主機中，通過判斷分析控制相關設備和參數，及時補充管道壓力損失，滿足規范要求的最低壓力值，在穩壓期間持續補充漿液，等到壓力差穩定后判斷管道充盈情況，完成智能壓漿過程。在施工過程中，首先要計算出壓漿料和水的需求量，采用二次加水拌制的方式充分攪拌，能夠具備較好的流動性，然后啟動智能壓漿系統，保證施工過程的順暢性和連續性，采用智能壓漿技術能夠實現遠程監測管理的效果，有效降低人為控制誤差，保證施工質量[1]。

2.3 智能養護技術

采用智能養護技術能夠實現一鍵全周期自動養護，系統主要包括智能養護儀主機、養護終端、無線測溫測濕終端以及相關配件，集成了變頻控制技術、無線傳感技術等先進信息技術，通過溫度傳感器、濕度傳感器采集數據，傳輸到控制中心，分析養護環境，自動判斷是否需要開啟恒壓噴淋控制、噴淋持續時間，實現智能養護施工的效果。不同配合比混凝土的水化過程不同，采用智能養護技術能夠根據養護周期內不同時間節點需求采取針對性養護措施，保證水化熱的平穩釋放，有利于規范養護過程，降低人為因素產生的干擾，便于開展質量追溯管理。

2.4 智能檢測技術

質量檢測是城市橋梁工程施工的重要環節，無損檢測、智能檢測是主要的發展方向，能夠在不產生破壞的情況下掌握施工質量情況。鋼筋保護層測定儀主要由測定儀主機、測定探頭、信號電纜等部分組成，可以對鋼筋保護層厚度、鋼筋位置、布筋情況等方面進行檢測，減少施工質量隱患。手持激光紅外線測距儀的測量精度能夠達到兩毫米左右，不但能夠測量距離，而且可以計算體積，利用該設備進行結構物尺寸、跨徑、柱間距等方面測量，具有效率高、精度好的優勢。智能反拉法預應力檢測儀采用了彈模效應與最小應力跟蹤原理，將壓力傳感器和位移傳感器采集到的數據進行分析，在預應力張拉施工完成未壓漿的情況下，能夠精確測出有效預應力值，判斷施工偏差是否滿足規范標準。

2.5 智能定位技術

裝配式橋梁施工對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主要由自動云臺、采集數據裝置、信息傳輸裝置、數據解算裝置、固定三維激光測距裝置等部分組成，能夠用于快速精準地定位墩柱安裝位置，減少定位誤差，結合GPS衛星定位技術，為野外作業提供了便利，能夠解決網絡通訊不暢的問題，但是，GPS定位系統會隨著定位次數累計系統誤差，所以不適合長距離、長時間的定位施工。除了智能化水平定位技術的應用，垂直定位技術的研究也十分關鍵，可伸縮垂直定位導向系統適用于所有結構形式的預制墩柱，主要由激光調垂傳感器、自動控制裝置、光靶等部分組成，具有實時監測、自動化調垂的作用，根據傾斜度、偏移比值等相關數據，快速調整預制墩柱垂直度，發揮垂直精準定位導向功能[2]。

3 城市橋梁智能施工過程監控技術探索

3.1 質量智能監控

傳統的施工質量管理過于注重結果檢測，對施工過程監控缺乏有效手段，結合質量管理系統、智能巡查系統、無人機巡檢系統、可視化技術交底，能夠加強施工過程的質量實時監測管控。引入施工質量管理系統，落實相關責任人，明確質量監測流程，根據相關規范標準開展具體工作，利用自動測溫系統，智能化監控混凝土溫度，利用智能巡檢及協同處理系統，能夠將施工過程中的質量問題拍攝上傳，第一時間反饋處理，相關人員可以通過質量管理APP 查看問題、接收指令。智能巡查眼鏡可以實現可視通話和遠程直播，以第一視角展示現場情況，拍攝違規作業證據，無人機巡檢系統能夠實現拍攝巡檢和遠距離巡檢，在5 公里范圍內都可以拍攝到施工質量缺陷。利用BIM 技術進行三維可視化技術交底，能夠直觀查看施工方案，在施工動畫模擬的輔助下，可以更加高效生動地表達施工過程，理解設計意圖，結合二維碼技術的應用，可以實時查看、共享相關施工方案，為施工過程開展提供指導。

3.2 進度智能監控

基于BIM技術結合Navisworks的運用，在3D模型的基礎上添加施工進度信息，能夠實現基于4D BIM 模型的施工進度智能監控，在數據集成平臺可以顯示施工進度與施工時間的關系，管理人員以此為依據把控施工進度，調整施工時間。在城市橋梁工程施工中，由于現場條件的限制，預制梁結構的應用比較多，利用BIM 技術、物聯網技術，構建智慧梁場，開展智能化進度管理，能夠精準控制從鋼筋綁扎到混凝土澆筑以及養護、存儲、搭設等所有施工過程，有效消除了信息孤島、溝通不暢等問題，提高生產與施工銜接效率，一旦出現問題能夠提前預警，采取合適的處理措施。施工過程進度監控的影響因素較多，為了保證智能監控效果，必須科學制定施工方案，合理編制施工進度計劃，優化調整施工組織架構，積極調配施工資源[3]。

3.3 安全智能監控

利用智能巡檢系統可以識別人員身份，通過與鷹眼監控的有效聯動，能夠及時發現施工現場的違規操作行為，按相關標準進行人員管理，減少施工安全隱患。數字平臺結合定位芯片能夠實時顯示人員軌跡，如果在某個施工區域長時間處于靜止狀態，就會觸發報警功能。橋梁工程施工現場危險控制點比較多，通過安全眼、智能語音提醒、聲光報警系統等技術應用，能夠實現事前安全控制的效果，給予現場作業人員足夠的提醒。施工機械設備的安全管理也十分重要，城市橋梁工程的起重吊裝作業工程量較大，施工現場的塔吊、龍門架等吊裝設備都應該安裝智能監測系統，實施可視化管理，實時監測運行狀態數據以及周邊環境數據，并將采集到的信息錄入到集成平臺中，一旦出現異常及時預警，限制起吊作業，減少因超載、碰撞、監測盲區等因素產生的安全事故，實現施工安全智能識別和動態監控。

3.4 成本智能監控

資源管理是施工成本監控的重要組成部分，在城市橋梁工程中，鋼筋工程施工對于成本影響較大，傳統的施工圖紙在復雜節點的表達上存在缺陷，利用BIM 技術搭建三維配筋模型，能夠以可視化的方式對復雜結構施工、重難點進行直觀表達，及時發現施工圖紙中存在的錯漏問題，保證鋼筋消耗量計算的準確性，結合鋼筋明細表，詳細說明異形多角度鋼筋的具體參數，指導鋼筋加工作業，減少鋼筋損耗，實現精準備料、下料。同時，利用BIM技術進行鋼筋碰撞檢測，能夠全面反映鋼筋與鋼筋之間、鋼筋與其他構件之間的碰撞情況，根據碰撞檢測報告調整碰撞位置，減少返工、誤工。土方工程量計算存在一定難度，容易產生經濟糾紛，結合BIM技術和傾斜攝影技術，能夠更加精確地測算土方量，減少不必要的成本支出。建立基于BIM5D 模型的施工成本監控管理系統，能夠根據目標成本層層約束各種施工活動，保證合同簽訂的合理性，隨著施工作業的開展，將動態成本信息采集錄入到系統中，能夠自動計算對應計量周期內的所有成本費用，并將實際成本與合同金額對比分析，形成施工動態成本管理臺賬，有利于全過程整體把控施工成本，針對超支結余情況查找原因、追究責任、采取措施，實現施工成本智能監控的效果[4]。

4 結語

綜上所述，橋梁工程施工必須滿足交通通行需求，達到強度、剛度、穩定性規范標準，隨著橋梁結構形式和功能的不斷豐富，對施工技術的要求也越來越高，根據工程特點推動施工技術和管理創新，充分利用現代信息技術，對施工過程進行自動化、數字化監控，實現精細化、智能化管理效果。