基于互联网+的连续梁冬期施工智能养生技术

朱树坤

（中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001）

在我国高速铁路施工中，由于对施工工期要求非常严格，越来越多的桥梁工程需要在冬季施工，由于温度较低，且受施工环境、施工技术等因素的影响，很大程度上降低了现浇混凝土结构的安全性、耐久性和适用性。连续梁混凝土冬期施工时，梁段的施工养护对连续梁结构强度的形成起着关键作用，传统的养护方法虽然在一定程度上可以满足要求，但其工艺非常烦琐，各项养护温湿度数据量测并不能及时、有效地反映养护情况，施工质量很难达到预期效果，为后期运营埋下很大的安全质量隐患。

济青高速铁路连续梁冬期施工中为了解决这一问题，研究开发出了一套基于互联网+的连续梁冬期施工自动保温养护及温湿度监测系统，保障梁段保温棚内温度低于设定值后设备自动启动，产生高温蒸汽；可实现管理人员随时随地查看当前及历史混凝土养护温湿度，并形成数据曲线，直观反映养护质量；达到实时信息共享的目的，为后续悬浇箱梁冬期施工的信息化管理提供了科学指导。

1 基于互联网+的连续梁冬期施工智能养护技术方案

基于互联网+的连续梁冬施智能自动保温养护及温湿度监测技术，采用同挂篮一体化移动的暖棚对挂篮进行整体外包封闭，通过安装全自动电蒸汽发生器产生高温蒸汽，布设蒸养管道后将蒸汽传送至梁体各个部位进行蒸养，并通过专用温湿度监测元件和无线传输技术，可实现管理人员随时随地掌握连续梁各节段冬施过程中的温湿度数据，对各部位的养护情况进行实时监测和分析养护效果，有效保证了混凝土强度的增加，通过电子数据监测具有良好的追溯性，原理如图1所示。

2 系统组成

本套自动保温及温湿度监测系统工装设计主要由电蒸汽发生器、温湿度传感器、便携式路由器、智能网关、Aqara智能插座、连续梁新型暖棚组成。

2.1 电蒸汽发生器

电蒸汽发生器是一种自动补水、加热，同时连续地产生低压蒸汽的微型锅炉，小水箱、补水泵、控制操作系统成套一体化，无需复杂的安装，只要接通水源和电源即可。

图1 技术原理示意图

2.2 温湿度传感器

温湿度传感器能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号感应元件，当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化。将其悬挂或埋设在连续梁保温棚内部及各监测点，可以实现实时监测和记录保温棚内温湿度变化情况，当保温棚内温度低于预设定温度时，手机APP会即时收到推送的通知信息，如图2所示，通过手机APP软件可随时随地查看当前保温棚内温湿度数据及历史数据变化曲线，如图3所示，真实、直观地反映每时每刻保温棚内的温湿度数据。

2.3 智能网关

智能网关是整个温湿度监测系统的核心部件，温湿度传感器监测信息通过智能网关，数据实时上传便携式路由器，一个智能网关可连接8个温湿度传感器，传感器可监测梁体内腔室、表面、外模及环境温湿度。

2.4 便携式路由器

给每座连续梁配备WiFi网络，内部安装4G上网流量卡，通过对每座连续梁安装便携式路由器，可使温湿度传感器记录数据通过智能网关上传云端，各级管理人员通过手机APP软件即可随时随地查看当前及历史温湿度数据，了解各连续梁保温棚内混凝土保温养护情况。

2.5 Aqara智能插座

Aqara智能插座是通过红外控制，通过手机APP设置，与智能网关、温湿度传感器共同联动，当监测点温湿度低于设置值，插座通电，电蒸汽发生器启动，产生蒸汽开始养护；当养护温度高于设置值后，自动断电，停止养护，同时，手机APP具有用电量监控功能，可以掌握了解冬施养护的成本费用，具有安全、节能的特点。

图4 全封闭保温暖棚

3 设备安装

3.1 新型养护暖棚搭设

暖棚挂篮外包由底板及立面防护网组成，底板由导链悬挂在挂篮的前托梁及后托梁上，正面防护网悬挂在外滑梁上，侧面防护网悬挂在翼板模板最外侧顺线路方向的槽钢上。底部为防护重点，采用2根I32b工字钢作为托梁，通过导链连接在挂篮的前后托梁上，再将15根I12工字钢置于托梁之上，构成底部防护框架，上面铺设3 mm厚的钢板，在四周焊接φ102*4.5钢管立柱，高1 200 mm，四周底部焊接300 mm高、3 mm厚的钢板，采用满焊的方式，保证水泥浆不流出底板，四周再用900 mm高的彩钢板进行外包。钢板柱之间采用φ16钢筋进行连接。横梁及槽钢上安装φ4.8*3.5钢管，横梁上钢管高3 040 mm，槽钢上钢管高1 425 mm，钢管和工字钢、槽钢固定成整体。外包采用钢丝密目网，骨架由30 mm×30 mm×3 mm的方钢管制成，方钢之间可焊接，也可采用铁丝绑扎，然后再将钢丝密目网固定在方钢管组成的骨架上面，具体如图4所示。

3.2 电蒸汽机及管道布置

连续梁主墩1#块浇筑完毕后，在大小里程侧各摆放一小型集装箱值班室，内放置一台电蒸汽发生器及1 m3储水桶。储水桶出水口与电蒸汽发生器自带水箱通过阀门相通，水箱内水位低于浮漂后及时补充水源。1台电蒸汽发生器底部带有2个出气孔，与内径2.5 cm的蒸汽管道相连接。蒸汽管道通过各节段的泄水孔或后锚预留孔通入内腔室，由于蒸汽发生器正常每小时可产生150 m3以上的高温蒸汽，自带的两条管道出气量不能有效满足现场需求，因此，分别在两条管道尾端增设三通，其中，一条管道的三通管道布设在内腔室，接长的PPR管道长度控制在2.5 m，并在管道每10 cm开直径0.4 cm的出气孔，端头不封闭，管道架设于离底板60 cm、离侧墙80 cm的位置；另外，一条管道养护顶板及外腹板、底板、翼板。蒸汽发生器胶管与三通管件连接，为T形结构。顶板管道垂直于线路方向通长布置，并在两侧翼板位置设90°弯头通下至底板附近位置。同理，PPR管道两端不封闭，每10 cm设0.4 cm的出气孔。顶板位置使用钢筋焊接三角支架，每隔1.2 m进行布置，蒸汽管道置于上方。混凝土浇筑完毕后，与保温棚共同用隔热岩棉被覆盖包裹，边角方木压实。

3.3 温湿度监测元件组合布设

通过手机APP软件将需要观测梁端的各部位温湿度传感器、智能网关、智能插座互联，准确命名后，将各监测温湿度传感器粘贴于塑料板。塑料板宽5 cm、长20 cm，红底白字标注“温湿度监测点”，如图5所示。将塑料板按监测需求置于梁段的内腔室、保温棚架腹板两侧。另外，混凝土芯部温度监测要求分别在顶板混凝土5 cm以下、腹板位置为80 cm以下。

考虑到混凝土凝固过程收缩徐变产生较大的应力，进而造成埋入传感器挤碎失效，因此，将温湿度传感器装入直径5 cm的圆形铁盒内，由铁盒预占一定空间，保证混凝土收缩过程不破坏传感器。

4 应用流程

购买移动、联通或电信流量卡，安装在便携式路由器卡槽内，记录便携式路由器内设的WiFi名称与密码；搜索连接需要安装调试部位存放的便携式路由器，安装APP软件，根据操作提示注册账号和设置登录密码；使智能网关、温湿度传感器、智能插座、管理员手机都同处于随身路由器的WiFi环境下，打开智能APP软件，设置监测点名称；添加子设备，将“温湿度传感器”和“智能插座”连入系统；自定义自动化，设置不同的监测提示和手机信息传送，可达到智能插座通断电的效果；其他管理人员如果想查看监测点的当前和历史的温湿度数据，管理员在手机APP软件连续按压智能网关出现共享的提示后，点击共享，输入对方注册账号，对方打开手机APP软件登陆后，点击“接受设备共享”即可实现管理员的所有设备的共享，可随时随地调阅当前养护节段各监测点的即时或历史养护温湿度数据，分析研判混凝土养护质量。

图5 温湿度监测点

5 应用小结

该套系统在多处特殊孔跨的冬季施工中得到了应用，解决了传统连续梁冬施养护方法中存在的工序复杂、成本投入大、数据监测不及时、养护效果不佳等一系列问题；同时，可实现管理人员随时随地掌握连续梁各节段冬施过程中的温湿度数据，达到了实时信息共享的目的，为后续悬浇箱梁冬期施工的信息化管理提供了科学、有效的指导。通过在济青高铁特殊孔跨冬期施工中的应用，该技术已成熟，可在类似铁路、公路桥梁施工中推广应用，同时，对于拌和站料仓、梁场预制箱梁的温湿度智能监测也有很好的指导作用。

［1］白云.浅议铁路连续梁冬期施工技术［J］.江西建材，2014（07）.

［2］叶坤.高速铁路连续梁冬期施工技术［J］.城市建设理论研究，2015（10）.