机械与智能化施工在桥梁工程中的应用及效果分析

2020-04-22李继伟

建筑机械 2020年3期

李继伟

（中铁十九局集团第六工程有限公司，江苏无锡 21400）

现代化工程建设具有规模大、技术复杂、施工环境恶劣等特点，要保证工程的施工质量需要做好施工过程的管理与控制。自动化、集成化以及智能化机械的发明与运用，使得现代交通桥梁施工也逐渐向机械化、智能化发展。如何以当下新设备、新技术和新工艺为工具，做好桥梁工程的施工管理，对于项目的质量、安全、精度和成本控制均具有重要意义[1-4]。

机械化和智能化的产生与应用在最近几年得到了飞跃式的发展，目前已广泛运用于农业、矿山、民航、建筑等领域，并取得了不错的应用成效[5-8]。自20世纪50年代施工机械化和智能化产生以来共历经了4个阶段：萌芽与准备阶段（1949-1960年）、行业初步形成阶

段（1961-1978年）、行业向市场扩展阶段（1979-1998年）以及国际化快速发展阶段（1998年至今）。如今，我国的桥梁工程建设逐渐向深山峡谷以及岩溶戈壁这些地质、地形和环境恶劣的区域挺进，传统的施工手段已不能满足当代施工质量控制的要求，因此，必须借助于最先进、最安全、最合理的施工组合方式方能达到工程效果[9-10]。

本文对桥梁机械化和智能化施工管理及控制进行了深入分析，并从质量、进度、成本和安全上对比分析了传统方法与机械化和智能化方法的施工效果，总结得到了桥梁机械化与智能化施工的优点，对于桥梁工程的实际施工具有借鉴意义。

1 工程背景

以广济高速公路修建时某项目施工中机械化和智能化控制管理为例，该项目主要负责某组合式应力钢筋混凝土梁桥施工，包括PC连续箱梁、桥面连续小箱梁、柱式墩、板墩、桩基础等工程。建设期间，项目部积极响应国家政府号召，主动推进项目标准化施工建设，以施工机械化、智能化为改进目标，进行了一系列施工改进和技术设备引进。本文着重对机械化与智能化施工管理与控制进行介绍和分析。

2 机械化与智能化施工管理与控制

2.1 组织机构

建立一套高效的机械化、智能化施工管理组织机构对于全面提升施工管理成效具有重要作用。对施工过程中拟采用的施工机械和设备进行选型、做好相应的配套设计并落实组织管理，建立健全岗位责任制，不断加强施工和管理人员的培训和学习，加强对机械、设备的保养和维护，及时改进和优化施工工艺，提高项目部的管理成效。项目机械化和智能化管理控制组织结构见图1。

图1 机械化和智能化管理控制组织结构

图2 机械设备选型及配置原则

图3 机械智能化设备选型

2.2 设备选型

选型步骤：（1）改变守旧的施工观念，对工程类型、规模、工期、地质等条件进行详细分析，对各种先进设备类型、参数、功能、成本等进行计算，为机械设备合理选型做好准备；（2）遵循精度高、效率高、成本低、协调性好、可操作性强、安装维修简便等6项原则（见图2），对机械设备进行选型，尽量采用同厂同型号设备；（3）合理选择机械设备购买与租赁方式，对经济寿命长、操作简易、重复利用价值高、经济性好、回收成本快、安全性高的设备尽量采用购买方式，对于使用周期短、价格高昂、专业性太强且回收利用价值低的设备，尽量采取租赁方式；（4）每项工作开工前须做好机械化施工组织设计，确定在不同工期时间段内最合理的机械设备组合类型。

根据以上选型设计，工程施工过程中按照标准化、精细化和专业化原则引进和采购了一批先进机械化设备：数控钢筋调直切断机、数控弯曲中心、数控弯箍机、全自动钢筋笼滚焊机、钢筋直螺纹连接设备、JS1000型搅拌机、汽车泵、150t/40m双导梁架桥机、三辊轴振动整平机。根据工程特点，避免传统工艺缺陷，在桥梁施工过程中先后采用如下智能化施工工艺：（1）智能张拉施工工艺；（2）智能压浆施工工艺；（3）智能养生施工工艺；（4）智能检测施工工艺。各机械智能化施工设备示意见图3。

2.3 人员培训及维修管理

机械设备最终由人来操作，加强人员管理与培训是关键。“设备管理员、操作员、调度员以及维修员”作为机械化、智能化施工中的四大人员，项目部必须做好上述相关人员的技术业务培训计划，定期开展轮训、新训和技能考核，不断更新知识和管理思路、吸收行业最新理论和工艺技术，扩展技能储备。平时做好机械设备的维修保养，制定预防维修保养制、定期维修保养制以及日常保养制度，降低事故风险率。

3 应用效果分析

从质量、进度、成本、安全4个方面对传统工艺和采用机械化、智能化施工前后的效果进行了对比分析。

3.1 质量效果

钢筋制安质量效果对比：传统钢筋制安方法箍筋末端弯钩加工不标准、钢筋间距不均匀、梁腹板箍筋制安质量差；采取胎架法和卡槽定位安装工艺后，钢筋制安得到了明显改善，保护层的合格率均大于85%，较传统工艺有较大提高，见图4a。

梁智能养护质量对比：传统人工养护下，梁翼缘板养护不到位，表面分布较多气泡，并时有错台出现；采取机械化、智能化养护施工之后，梁的安装线性整体改善，表面平整、美观，各部位强度均匀，极大避免了干缩裂纹的产生，见图4b。

压浆质量对比：传统压浆施工法出浆口压力和浆液质量主要靠人为经验判断，可靠性较差，质量追溯性差；智能压浆设备自动调整平衡各项系数，且能通过PC端口实时查看压浆参数的变化过程，数据可靠性较高，质量追溯性好。

3.2 进度效果

对比不同施工项目采取传统施工方法与机械智能化施工控制方法时的工期见图5。从图中可以看到：传统施工管理控制法预制256片小箱梁需要10个月，而采用机械智能化后仅需6.5个月，较前者节约工期3.5个月；传统施工法下安装256片小箱梁的工期为4.5个月，采取机械智能化控制后仅需2.5个月，较前者提前工期2个月；大跨径连续现浇梁在两种施工控制法下的工期分别为2.5和2个月，而桥面施工则分别为4.5和2.5个月，机械智能化施工控制法均较传统控制法的施工工期有所提前。可见，机械智能化施工具有良好的施工效率。

图4 传统与机械智能施工法质量效果对比

3.3 成本效果

传统与机械、智能施工法的项目费用组成情况见图6。从图6中可以对比看到：采取机械智能化施工控制后，项目的机械使用费从42%上升至45%，但节约了人工（较传统法降低4%）和材料（较传统法降低2%），使得项目的整体利润从2%提升至5%；机械智能化施工管理降低了总体的施工成本，不仅促进了项目管理水平的提升，也使项目的利润提升了150%。

图5 两种方法进度分析对比

图6 两种方法项目成本对比

表1 两种方法安全性能对比

3.4 安全效果

对比分析了传统施工法与机械智能化施工控制法的安全性，见表1。从表中可以看到：引进新型先进设备和工艺、采取机械智能化施工代替传统的手工作业，能在一定程度上提高设备及工程的安全性，保障了施工作业人员的安全，能够很好地控制和降低项目的质量安全事故率。

3.5 优点

从上文两种方法的应用效果对比可以看到，机械智能化施工具有如下优点：（1）可以提升施工质量，改善工程外观；（2）有利于降低施工成本，提升工程利润；（3）有利于缩短工程施工工期，提升项目效益；（4）有利于人力资源的优化并节约劳动力；（5）有利于提升施工项目的管理能力；（6）有利于改善工程的可操作性、可实现性以及可控性，对于扩展项目设计空间具有一定帮助。