工厂化智能流水作业技术在路桥工程施工中的研究与应用

林 虎 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230011）

1 研究背景

2020年7月3日，住房和城乡建设部等13个部委联合下发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（建市〔2020〕60号文）明确指出“围绕建筑业高质量发展总体目标，以大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，创新突破相关核心技术，加大智能建造在工程建设各环节应用，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系，提升工程质量安全、效益和品质，有效拉动内需，培育国民经济新的增长点，实现建筑业转型升级和持续健康发展”。

2 目前现状及发展方向

公路桥梁建造技术在近年来我国交通基础建设快速时期已取得了长足的进步，然而整体建造过程中，桥涵等装配式结构预制一般以小型、多点、临时建造等情况出现，项目整体装配化程度低，未能形成整体布局。部分项目工程设置了桥涵构件预制标进行装配化布局，施工全过程工艺流程数字化、智能化、自动化和建筑机器人应用水平低，未能形成自动化工艺智能生产流水线和工业化建造智能成套装备，难以满足“安全、高效、优质、智能”发展的要求。

工业化建造方向在提升交通建设工程质量和品质的实践中，如何应用预制混凝土构件智能生产线，实现标准化设计、工业化生产、装配化施工、信息化管理以及智能化应用，真正推动交通建设工程转型升级与可持续发展，是需要进行探索研究和实践应用的方向。

3 工艺原理

“工厂化智能流水作业技术”主要从各生产环节与整体工序流程出发，进行自动化生产流水线施工，形成装配式T梁工厂化智能流水作业的成套技术。该技术主要包括智能机器人钢筋加工技术、混凝土标准线运、浇技术、构件预制流水线自动化技术和智能控制数据化系统四个部分。

①智能机器人钢筋加工技术：采用意大利MEP钢筋设备及龙门式数控焊接机器人，完全自动化的钢筋切割和弯曲操作，构思完整的生产周期实行全自动化。

②混凝土标准线运、浇技术：主要包括鱼雷罐运输混凝土子系统、布料机浇筑混凝土子系统。整条线路进行标准化轨道布设，拌合站完成搅拌混凝土后，以鱼雷罐方式经运输轨道将混凝土运输到预制梁浇筑区上方的布料机中，然后通过布料机对预制构件进行混凝土浇筑。

③构件预制自动化流水线技术：布设多个平行作业线，每个作业线设置多个工作位区，平行移动台车可对移动台座进行平行作业线之间调节。单一作业线技术主要包括移动钢台座、固定位液压钢侧模、混凝土振捣器、恒温蒸养室和自动喷淋养护等技术。钢筋加工完成后，用门式起吊机起吊至停留在1号位的移动钢台座上后，然后钢台座移动至2号位液压钢侧模区域，钢侧模闭合及顶面钢筋完成安装后，由布料机进行混凝土浇筑，浇筑过程中附着于液压钢侧模外侧混凝土振捣器进行振捣，梁板浇筑完成达到规定条件后，开启液压钢侧模，移动钢台座依次移动至3号位恒温蒸养室、4号位提梁横移区，后续完成养护、张拉压浆、存放等工作。

④智能控制数据化系统：主要包括智能控制系统及数据化系统，两个系统指令统一，相互联系。智能控制系统：根据工序流程按指令自动化完成移动钢台座就位、液压模板安拆、移梁蒸养等工作，且过程中鱼雷罐按指令将混凝土运输至布料机，布料机根据设定自动按分层厚度浇筑混凝土，浇筑过程中振捣器同步按次序开始振捣。数据化系统：对混凝土拌合量、施工配合比、运输浇筑时间、振捣频率、蒸养时间、蒸养温度、张拉压浆时间等一系列过程数据上传至系统，对施工中不符合设计参数的数据予以预警，并全过程中与智能控制系统的指令相统一协作。

4 技术特点

①自动化控制程度高。根据工序流程，自动化控制完成移动钢台座就位、液压模板安拆、移梁蒸养、鱼雷罐运输、布料机浇筑、智能振捣器振动等混凝土构件预制生产施工周期。无需投入混凝土罐车、泵车设备，无需起重吊进行模板安拆。

②全程数据信息化智慧管控。对混凝土拌合量、施工配合比、运输浇筑时间、振捣频率、蒸养时间、蒸养温度、张拉压浆时间等一系列过程数据上传至系统，施工中不符合设计参数的数据予以预警。操作人员及管理人员可通过智能控制系统、视频监控和数据信息化系统进行施工过程管控。

③技术先进，可复制、易推广。改变了罐车浇筑混凝土、固定台座上预制梁板、龙门吊起吊安拆模板等传统施工设备和预制工艺，形成自动化智能控制流水生产线，整体质量安全易管控。

④整个生产过程“流水化作业、智能化控制、装配化施工”，满足“安全、高效、优质、智能”管控目标和未来行业发展需要，推广应用价值极大，适应性范围广，尤其适合大规模生产的装配式建筑产业基地和园区，社会效益明显。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

场站布设→钢筋加工、绑扎及吊装（移动钢台座就位1号位）→钢侧模及顶面钢筋安装（移动钢台座就位2号位）→（移动钢台座持续2号位）混凝土拌合、运输、浇筑→（移动钢台座就位2号位）混凝土振捣→预制构件蒸汽养护（移动钢台座就位3号位）→（移动钢台座就位4号位）张拉压浆→（移动钢台座返回1号位）预制构件提梁横移、喷淋养护、存梁。

5.2 操作要点

5.2.1 场站布设

施工开工前，在后场分别布设拌合站、钢筋加工区、构件预制区及存梁区。拌合站出料口与构件预制区鱼雷罐轨道相连，钢筋加工区与构件预制区采用钢轨道布设以及钢筋半成品。构件预制区内分设钢筋绑扎区、混凝土浇筑区、蒸汽养护区及张拉压浆区。采用流水线施工布局，分设多条生产线，中间根据情况设置闭合循环回路，每条生产线配置4个钢台座，台座长度根据预制构件梁板长度设定，制动采用电机制动，每条生产线基础上设置钢轨道供台座移动。

5.2.2 钢筋加工、绑扎及吊装

①钢筋按照施工图设计对各编号钢筋采用智能数控机器人下料和加工，并充分考虑钢筋的搭接方式和搭接长度。

②钢筋胎模制作，分为肋板、翼板、波纹管、吊装支架。肋板部分分为肋板部支架、水平纵向分布支架。按照箍筋设置间距设置卡槽口，在角钢上设置明显记号，标示波纹管定位钢筋的位置。水平纵向钢筋支架的制作，采用角钢制作，高度为梁高。

③钢筋安装分为肋板和翼板两个部分。按照波纹管定位钢筋→纵向水平筋→马蹄筋→梁馁箍筋→底部纵向主钢筋→横隔板钢筋→穿入固定波纹管→翼板水平横向筋→翼板纵向钢筋→预埋钢筋。按照梅花形布置C50混凝土保护层垫块。

④移动钢台座就位1号位钢筋施工区域。半成品钢筋通过电动平车运输至钢筋绑扎胎具处进行绑扎，安装预应力管道、各类预埋件。钢筋骨架绑扎完成后，由龙门吊吊装专用吊具，将T梁钢筋骨架吊装至台座上。

5.2.3 钢侧模及顶面钢筋安装

①钢侧模采用液压模板，自动化控制。主要包括侧板及翼缘底板，侧模附着在支架上，支架起到稳定侧模和加劲侧模的作用。侧模先编号，再试拼，后使用，侧模按照不同长度标准节组成。

②移动钢台座就位2号位。钢筋工程结束后，启动台座移至液压模板区域。模板液压闭合。固定后，采用门吊安装加工成型的顶面钢筋骨架。

5.2.4 混凝土拌合、运输、浇筑、振捣

①混凝土拌和在标准配合比完成批复的基础上，每批次混凝土拌和前测定集料含水量等指标，确定本批次混凝土施工配合比，设定系统并严格按照施工配合比实施。

②采用标准化轨道布设，混凝土从拌合站出料口直接出料至鱼雷罐，运输至每条生产线上方布料器。

③布料器沿预制梁板长度方向布设轨道，根据每次浇筑量设定相关参数，以控制布料器行走速度、来回频率完成分层分段浇筑目的。自动化分层浇筑，每层浇筑厚度不大于30cm，在倒角和配筋较密处（特别是在侧板的侧墙和底座交界处）为方便引气分两层浇筑，连续浇筑。如因故中断，间隔时间不得大于150min。

5.2.5 混凝土振捣

①混凝土采用附着式振捣器为主，其他振捣为辅，振捣器按照一字形上下布置两层，腹板及马蹄处各布置一排，纵向间距1.5m。混凝土在马蹄处气体不易排出，要分层浇筑，并及时振捣。

②混凝土浇筑完成后收浆前，应对外露面混凝土进行收光或拉毛。凿毛面采用水冲洗法凿毛，混凝土拆模后，立即组织凿毛。

5.2.6 预制构件养护

①混凝土强度达到一定强度后，开启液压模板脱模，将移动钢台座移至3号位，并做好密封措施，利用恒温恒湿的蒸汽养生设备对梁体进行蒸汽养生，直至达到设计强度90%。

②棚内预先布设管道和接口以及温度计，到达指定养生构件处与预先埋设接口连接，逐步加温，升温速率保持在10℃/h，最高温度不得大于80℃，恒温养生2h～6h，然后逐步降温，降温速率保持在5℃/h，同时做好混凝土构件养生温度记录30min/次。蒸汽养护监控数据及时上传至数据化系统中，以便监控。

5.2.7 预制构件张拉、压浆

①预制构件达到强度90%后，移动钢台座移至4号位张拉压浆台位。

②预应力张拉采用智能设备张拉，严格按照施工设计图的要求，按编号和桥轴线对称张拉。钢绞线在控制张拉应力达到稳定后进行锚固。

③预应力筋张拉结束并经检查合格后，在48h内完成真空智能压浆。孔道压浆采用普通硅酸盐水泥，掺入复合压浆剂，采用洁净的饮用水，水泥浆强度不低于50MPa，水泥浆的水灰比控制在0.26-0.28，泌水率在 2%以内，拌和后3h泌水率不得超过0%，泌水应在24h内全部被浆吸回。水泥浆稠度宜控制在14s～18s之间，拌和时间在2min以上。

④张拉压浆完成后及时封锚，然后移至横向移梁区，通过门吊移至喷淋区，喷淋频率及时间由智能控制系统指令下达。空台座通过生产线之间设置的循环闭合回路回到初始位置。

5.2.8 喷淋养护、存梁

构件吊装至临时存放区，继续保持养生，在构件存放区布设旋转式喷淋管道和喷头，每个排构件上部边侧和底部中侧各布一道，做到无死角养生；待混凝土强度达到设计强度100%后，吊装至梁板固定存放区。

6 结论

工厂化智能流水作业技术在路桥工程施工中的研究成功及应用，改变了罐车浇筑混凝土、固定台座上预制梁板、龙门吊起吊安拆模板等传统施工设备和预制工艺，解决了传统工艺施工过程人工投入大、施工效率慢、质量安全管控难度大等问题，该技术在整个生产过程“流水化作业、智能化控制、装配化施工”，满足“安全、高效、优质、智能”管控目标和未来行业发展需要，推广应用价值极大，适应性范围广，尤其适合大规模生产的装配式建筑产业基地和园区，经济及社会效益明显。