京雄城际铁路智能化梁场建设

张俊存

（中交二公局铁路工程有限公司，西安 710065）

京雄城际铁路是支撑国家战略的重要干线，对于促进京津冀协同发展具有重大意义。作为铁路建设大型临时性工程中的重中之重，铁路箱梁预制场临时性投入较大，包含土地、装备等。基于京雄城际铁路建设需求，开展了智能化梁场建设与实践。王永新［1］以太焦铁路太谷制梁场为例，详细解析了梁场选址、各功能区布置以及建设环保型梁场的施工方法。李德行［2］基于熵权法提出了梁场选址评价体系。王海棠［3］对铁路T 梁制梁场选址、工装选型、平面布置和组成等进行研究以求实现更优的建场目标。钱传顶［4］从梁场选址及施工组织方案等方面进行方案的比选研究，指导后续梁场建设。朱智超［5］考虑冻土地区的特殊情况，对冻土低温地区的制梁工艺进行了研究。

智能化梁场建设就通过将人工智能技术和梁场建设工艺深度融合，利用计算机技术、控制技术等高新技术提高梁场装备的自动化和智能化水平，从而提高梁场内施工工艺的智能化水平。

1 梁场选址和规划要求

1.1 选址原则

预制场宜首选既有制梁场；宜选在少占耕地、拆迁量小以及工程完工后复垦量小的场地上，尽可能利用永久用地区域；宜远离居民区，防止噪声、粉尘、污水等污染；宜选择在地质条件好、土石方工程和基础处理较少的平坦地域；预制场建设选址应保证安全、科学，同时考虑防洪、排涝、防凌等要求，宜避开水库、水塘、高压线、危险爆炸物生产区。

1.2 梁场规模确定原则

制（存）梁场应根据建设项目的工期、箱梁数量、存梁时间、架梁计划、线路结构物分布特征等因素综合比选确定梁场占地面积和布设形式。根据占地面积和布置形式，形成了纵列式和横列式2 种梁场布置方式。纵列式平面布置具有场地较为狭长、生产能力较小的特点，可只用一套用于搬梁的龙门吊或提（搬）梁机。横列式平面布置场地较为宽敞，工作范围较大，适用于具有中等和大规模生产能力的制梁场［6-8］。

2 梁场各个区域智能化建设要求

预制梁场主要包含办公生活区、制梁区、钢筋加工区、存梁区、拌和站、试验室等。梁场布局可参照图1布置。根据功能需要，这里只列出3 个区域智能化建设要求。

图1 梁场区域布局

2.1 办公生活区智能化建设要求

为满足梁场信息化管理的要求，梁场需配备“智慧云”信息系统平台，对梁场任意位置、全过程、无死角进行监控，同时监控运梁车、架桥机、箱梁及架设施工人员的位置、状态等，及时对存在危险状态的设备、人员等发出警报。

2.2 制梁区智能化建设要求

箱梁内模应采用整体式液压模板，行走系统、控制系统宜采用机械化、自动化程度高的齿轨行走系统及遥控系统。系统由驱动托架、移动托架、固定支墩、定位滑轮、模内轨道及遥控手柄组成，能够达到安全、高效、省时、省力的目的。

2.3 存梁区智能化建设要求

条件允许情况下，宜选用节能环保及养护效果较好的自动喷淋养护方式。在使用自动喷淋系统养护时，为保证梁体喷淋养生效果，喷头间距应由喷头的辐射喷淋面积确定，要保证梁体表面全覆盖，确保喷淋无盲区。使用固定式自动喷淋养护系统时，应在箱梁两侧、底板、顶板及箱室内布设喷淋管。自动喷淋采用定时系统，时间宜设置为每小时喷淋10 min，夏季炎热干燥可根据天气情况提高喷淋频率或增大每次喷淋时长。

为满足大风等干旱地区冬季养护要求，梁场应设置梁体混凝土养护棚罩。设置数量与日制梁数匹配，养护棚罩应采用耐火材质，为控制棚内温度，棚内应均匀布置测温点。

3 梁场预制成套设备的智能化

3.1 智能化钢筋加工设备

钢筋智能化生产设备可与BIM 模型技术一体连接，可在操作平台上自动完成所有型号钢筋的生产，机器人、光伏运输车的应用，实现钢筋生产、运输、装卸等过程的智能化。与常规加工设备相比，智能加工设备可提高生产效率，减少钢筋加工作业人员数量，加工尺寸更精确。智能钢筋弯箍机器人如图2。智能化钢筋加工设备流水线如图3。

图2 智能钢筋弯箍机器人

图3 智能化钢筋加工设备流水线

以某厂的施工生产计划为例，平均每天完成箱梁预制2.5 榀，需要加工钢筋55 t/榀×2.5 榀=137.5 t。常规设备加工需要50人左右，而钢筋加工流水线仅需23人（双班）。每月可节省人工成本约20万元，钢筋加工人工总成本可节约160万元。

3.2 智能化箱梁液压内模

液压内模自动走行系统（图4）通过内模底部滑道，由驱动系统（电机）将内模送入或退出箱梁内部。

图4 液压内模自动走行系统

内模纵移前，将液压内模自动走行系统吊装至工作位置，调节支架底部螺杆，提升或降低支架高度，使驱动轮与主梁底部的自动走行轨道吻合。锁定地面连接件，完成支架的安装，启动电机，内模即实现自动走行。箱梁内模自动行走，改变了传统卷扬机拖拽内模的方式，方便安装和拆除施工。采用液压内模自动走行系统，不仅缩短了内模安装及拆除时间，还可减少工作人员投入，由常规安拆内模所需要的8 个人减少至仅需4 人。此外，安拆内模时可减少龙门吊长时间占用，提高施工速度。

3.3 智能化预应力张拉设备

智能张拉即利用计算机智能控制技术，通过仪器自动操作完成箱梁钢绞线的张拉施工［9］。通过箱梁预应力张拉的智能化控制设备（图5），可实现施工数据与铁路建设管理平台的实时链接，进而达到远程监控的目的。

图5 智能化张拉设备

3.4 智能化静载试验系统

研发出一种免开孔反力式铁路桥梁静载试验台（图6），避免了以往自平衡式桥梁静载试验台在双线箱梁静载试验时必须在桥面开孔的弊端。其基本原理是利用桥梁自重和一定的底面反力实现双线箱梁静载试验时无需开孔，保证梁体完好的同时极大地降低了劳动强度。产品重量更轻，装卸更为简单快捷。

图6 智能化静载试验系统

通过在箱梁底板设置传感器，通过无线网络，将静载试验数据实时传输至控制平台，由控制平台对数据进行分析处理，最终得出静载试验结论。静载试验减少了大量操作工人和静载试验数据收集人员，与常规静载试验相比，可节省操作人员20人。在试验过程中实现自动加载、精确计算、无线传输，避免了人为读数误差，确保了静载试验检测数据的准确性。

3.5 智能化梁体养生系统

自动喷淋系统采用高压水泵从蓄水池抽水，在存梁区预埋养护管道，设置喷淋装置并通过手机APP 无线网络连接操作控制平台，可控制喷淋养护时间［10］。将喷淋养护喷头调整固定好，由专人通过手机APP 连接喷淋养护系统（图7），定时开启自动喷淋，对箱梁箱内、顶板、腹板全覆盖进行喷淋养护。其喷出的水雾覆盖面较广，并且养护时间可以通过手机APP 控制，从而达到全覆盖和全湿润的养护要求。自动喷淋系统与常规洒水覆盖养护相比，可减少洒水养护人员投入，由原来的2 人减少至1 人，并且能够保证箱梁混凝土长期处于湿润状态，达到更好的养护效果。

图7 梁体自动喷淋养护系统

特殊施工环境下，梁体可选择在棚内养护。养护棚可平移收缩，采用多个钢管骨架等杆件组装而成，钢管架顶面覆盖粘接式篷布，钢骨架底部设置滑轮，分体式设计，可自由伸缩。箱梁混凝土浇筑结束后，将可移收缩式保温棚用龙门吊吊装至制梁台座模板顶部，对已浇筑混凝土进行覆盖养护。养护棚（图8）具有锁水保湿作用，能够有效保证梁端混凝土养护质量。与常规梁端养生相比，可以减少定时定点洒水养护人工的投入，可由原来的4人减少至2人。

图8 智能化养护棚

在相关研究课题支持下，采用可重复利用的保温保湿养护材料对梁面进行覆盖，进一步节约了养护水量并提升了保温养护效果［11］。

4 梁场安全管理智能化

4.1 视频监控系统

运用视频监控系统辅助施工现场管理，对主要作业面工序和施工质量进行全方位跟踪监控，并通过网络将视频信号传输至项目部，便于实时监督。

4.2 智能多媒体安全培训工具箱

采用多媒体安全培训工具箱，用于项目员工及劳务队的实名安全教育、考试和技术交底，并将数据备案。

4.3 实名制二维码管理

通过多媒体安全培训工具箱，生成个人唯一二维码，附着在安全帽上，包含人员身份信息、职务信息、工种信息、入场教育记录完成情况等，随扫随看，方便人员信息查询管控。

4.4 智能安全VR体验教育中心

通过设置智能安全体验教育中心，可以模拟出多项VR 安全教育应用场景，让施工人员亲身感受违规操作带来的危害。这样不但能够强化现场人员的安全防范意识，而且使之更快地熟练掌握安全操作技能［12］。

5 结束语

京雄城际铁路智能梁场建设标准作为铁路项目首个编制的智能化梁场建设标准，规范了梁场建设的标准，为后期箱梁预制场建设标准化、智能化、数字化提供了科学、合理、有效的理论依据，促进了“机械化换人，智能化减人”理念的落实，推动了铁路建设项目标准化建设向更高层次发展。