深中通道智能建造

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“大灣區(qū)核心戰(zhàn)略通道”“珠江兩岸‘A’型骨架最重要一橫”深中通道項(xiàng)目被賦予了多重重要意義。大量智能化的應(yīng)用，標(biāo)志著它并不是傳統(tǒng)意義上的土木工程，新技術(shù)、新裝備、新的信息化管理手段同步落地，推動(dòng)項(xiàng)目逐步完成。深中通道正在打造一個(gè)智能建造的樣板工程。

深中通道地理位置圖

廣東深圳至中山跨江通道（簡(jiǎn)稱“深中通道”）位于粵港澳大灣區(qū)的核心區(qū)，是“深莞穗”與“珠中江”之間唯一的直連通道，也是國(guó)高網(wǎng)G2518跨珠江口的關(guān)鍵性控制工程，具有沿海大通道的功能。作為國(guó)家“十三五”重點(diǎn)項(xiàng)目，總投資金額達(dá)447億元。

深中通道的建設(shè)目標(biāo)分為3個(gè)層面，工程目標(biāo)是建造一流可持續(xù)化工程，創(chuàng)珠江口百年工程；行業(yè)目標(biāo)是攻克行業(yè)的技術(shù)難題，促進(jìn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)；國(guó)家目標(biāo)是服務(wù)“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略，推動(dòng)粵港澳大灣區(qū)建設(shè)，提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力，形成中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。

深中通道的挑戰(zhàn)

德國(guó)在2013年提出了“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”，美國(guó)在2014年提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，中國(guó)在2015年提出了“中國(guó)制造2025”，表明重大工程還是要服務(wù)于國(guó)家戰(zhàn)略，為建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)和質(zhì)量強(qiáng)國(guó)服務(wù)。因此，深中通道項(xiàng)目制訂了詳細(xì)的規(guī)劃，思路是要通過(guò)建造手段實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展，并以工業(yè)化和信息化融合為手段，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造目標(biāo)，達(dá)到提質(zhì)、增效、降本、溯源的目的。

深中通道的建設(shè)異常復(fù)雜，它是一個(gè)橋島隧互通工程，其中難度最高的部分是沉管隧道。沉管隧道具有超大跨度、深埋特長(zhǎng)等特點(diǎn)，此次也是第一次應(yīng)用在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目中，日本曾用過(guò)斷面較小且里程較短的沉管。深中通道項(xiàng)目建成通車后，日均車流量預(yù)計(jì)將達(dá)10萬(wàn)車次，所以采用八車道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，體量之大為世界首例。

整個(gè)沉管在預(yù)制廠完成澆筑，再將設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)至海上安裝，如此一來(lái)，長(zhǎng)距離運(yùn)輸成了最大的問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)研發(fā)了運(yùn)安一體船，其優(yōu)點(diǎn)包括航速快，可達(dá)每小時(shí)5節(jié)；可實(shí)現(xiàn)原地360°回轉(zhuǎn)，隨時(shí)轉(zhuǎn)向掉頭；橫向8×3000匹，抗1.6節(jié)橫流；減少大量國(guó)際航道通行量，約1500萬(wàn)立方米等，造價(jià)高達(dá)5億元。運(yùn)安一體船的建造提高了沉管運(yùn)安的效率，降低了沉管運(yùn)安風(fēng)險(xiǎn)，屬世界首例。

新的結(jié)構(gòu)必然會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題。深中通道的海上橋梁鋼橋比例較大，有近60萬(wàn)噸。如何保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，從施工到檢測(cè)都是新的挑戰(zhàn)，常規(guī)方式很難保證施工結(jié)果，因此智能建造的工程量不容小覷。

鋼殼智能制造

深中通道施工現(xiàn)場(chǎng)

深中通道效果圖

智能化打通深中通道的任督二脈

鋼殼制造的智能化

傳統(tǒng)模式難以滿足深中通道大規(guī)模、高工效、高質(zhì)量的建造要求。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，海底隧道總長(zhǎng)6845米，其中沉管段長(zhǎng)5053米，共有32個(gè)管節(jié)，每個(gè)管節(jié)的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)是165米，重7.6萬(wàn)噸。其次，隧道體量龐大，在實(shí)際的施工過(guò)程中要先做鋼殼，再做混凝土澆筑，鋼殼的制作難度很大，一個(gè)單節(jié)約1.1萬(wàn)噸，排水量相當(dāng)于中型航空母艦。另外，隧道構(gòu)造復(fù)雜，有2500個(gè)隔倉(cāng)，縱橫隔板連接件非常多，預(yù)埋件3萬(wàn)多個(gè)，焊接縫長(zhǎng)度22.7萬(wàn)延米，精度要求高，正負(fù)15毫米，厚板焊接厚度可達(dá)40毫米，焊接難度大。

鋼結(jié)構(gòu)在早期項(xiàng)目中采用人工制作，到虎門二橋?qū)崿F(xiàn)了板單元工位自動(dòng)化，而深中通道項(xiàng)目試圖打造一條流水線，實(shí)現(xiàn)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的提升。其通過(guò)BIM系統(tǒng)生產(chǎn)，智能制造系統(tǒng)推進(jìn)，打造了一個(gè)智能制造車間，實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)。最早的設(shè)計(jì)采用BIM模型設(shè)計(jì)，主要是為了解決中間管廊和其他管道的搭建問(wèn)題。如果不采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，難以解決施工過(guò)程中的碰撞問(wèn)題。

整個(gè)鋼殼制造的流水，從材料的限料到小節(jié)段制作，小節(jié)段涂裝，再到澆筑，直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，最核心的是從小節(jié)段智能化制造到中節(jié)段場(chǎng)地?cái)?shù)字化搭載和大階段船塢自動(dòng)化總組的重復(fù)。制作在車間全部完成后，通過(guò)機(jī)器人完成焊接和涂裝是非常大的突破，以往都是采用人工作業(yè)。機(jī)器人涂裝的應(yīng)用，一方面可以提高效率，另一方面可以減少工人的職業(yè)病害。

澆筑智能化

鋼殼制造完成后需立即灌入2.8萬(wàn)平方米混凝土，這是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。組合結(jié)構(gòu)和鋼管拱橋的混凝土澆筑拖工問(wèn)題嚴(yán)重，因此要開(kāi)展技術(shù)研發(fā)。在這個(gè)過(guò)程中，鋼殼完成后填充混凝土，混凝土跟面板的距離要小于5毫米。

澆筑完成后，依然有諸多方面需要注意。首先，混凝土的工作性要非常穩(wěn)健，拓展度要控制在650毫米左右，上下浮動(dòng)不超過(guò)59毫米。其次，澆筑的過(guò)程要嚴(yán)格把控，否則空氣排出將造成缺陷。而且，智能化澆筑設(shè)備的設(shè)計(jì)要合理，如開(kāi)發(fā)一套質(zhì)量控制、智能交互的裝備，還有一個(gè)管理平臺(tái)，通過(guò)控制精細(xì)化過(guò)程提高質(zhì)量。

另外，還有質(zhì)量驗(yàn)收的問(wèn)題。混凝土澆完后隔倉(cāng)是密閉的，內(nèi)部是否脫空未可知，因此難以檢測(cè)到問(wèn)題。2500個(gè)隔倉(cāng)是主要施工組織對(duì)象，調(diào)度人員很難把控，60分鐘之內(nèi)完不成澆筑，混凝土?xí)驗(yàn)槟潭速M(fèi)，所以要保證材料調(diào)度的精細(xì)化和智能化。澆筑管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)澆筑全過(guò)程在線監(jiān)控，實(shí)時(shí)反饋澆筑質(zhì)量、效率，降低廢棄率。通過(guò)智能化的澆筑裝備實(shí)現(xiàn)精確的質(zhì)量控制，可減少人為施工誤差。

運(yùn)安一體船智能安裝現(xiàn)場(chǎng)

智慧預(yù)制梁場(chǎng)智能化

數(shù)控自動(dòng)化加工采用液壓模板，張拉、自動(dòng)噴淋集中在梁場(chǎng)制作，目標(biāo)是打造智能化預(yù)應(yīng)力混凝土梁場(chǎng)。數(shù)字自動(dòng)化，其實(shí)是在BIM建模完成后，生成交互代碼后導(dǎo)入加工設(shè)備，完成自動(dòng)加工。

研發(fā)模板自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC控制模塊，通過(guò)液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)和紅外測(cè)溫測(cè)距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在混凝土澆筑過(guò)程中外模自動(dòng)橫移和縱移，內(nèi)模自動(dòng)支拆模。BIM建模之后可以自動(dòng)卸料和彎折，集成混凝土ERP系統(tǒng)、攪拌站生產(chǎn)系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、車輛管理等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)集中控制，拌和樓無(wú)人值守。在整個(gè)拌和過(guò)程中，若產(chǎn)生任何偏差，控制系統(tǒng)會(huì)及時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

橋、島、隧、水下樞紐互通工程鳥瞰

智慧工地的深中樣板

因?yàn)橐蛟炀饭こ?、樣板工程，交通運(yùn)輸部對(duì)深中通道項(xiàng)目要求比較高，所以把BIM研發(fā)中心設(shè)置在項(xiàng)目基地。

深中通道項(xiàng)目的協(xié)同管理平臺(tái)會(huì)將質(zhì)量管理、安全管理、檔案管理等主要功能都集中起來(lái)，管理者可以在施工現(xiàn)場(chǎng)用手機(jī)或者其他電子設(shè)備進(jìn)行操控。同時(shí)，作為國(guó)家電子檔案單套制試點(diǎn)項(xiàng)目，電子簽名也在逐步落實(shí)。

項(xiàng)目的復(fù)雜性還體現(xiàn)在海上施工，整個(gè)水面寬度是20公里，并和一些航道項(xiàng)目相互交叉，航路非常繁忙。根據(jù)調(diào)整，每天大概有4000艘船經(jīng)過(guò)施工水域，施工安全非常嚴(yán)峻，施工資源和信息需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)匯集到一個(gè)平臺(tái)上，可視可控。工人全部實(shí)名制，進(jìn)場(chǎng)發(fā)卡通過(guò)門禁，開(kāi)卡之后可以實(shí)現(xiàn)工地定位。在任何位置都可以監(jiān)控到深中通道項(xiàng)目的工人進(jìn)場(chǎng)情況。設(shè)備也是一機(jī)一碼、一船一碼，設(shè)備定位的軌跡可以跟蹤，像鉚釘這樣的關(guān)鍵特種設(shè)備，通過(guò)上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以進(jìn)入監(jiān)測(cè)平臺(tái)。整個(gè)項(xiàng)目的主要施工資源，包括人、機(jī)、料、結(jié)構(gòu)，都可以通過(guò)監(jiān)控一目了然，一旦發(fā)生問(wèn)題可以及時(shí)采取措施。

深中通道項(xiàng)目還有應(yīng)急指揮系統(tǒng)，集成視頻監(jiān)控和信息共享平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合海事局一起完成，保障施工安全。該系統(tǒng)的存在，對(duì)設(shè)備和社會(huì)來(lái)往的船只起到了聯(lián)系和調(diào)度的作用。同時(shí)，保障了全體工作人員，乃至整個(gè)項(xiàng)目工程的安全。

工地安全方面，努力打造工地互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的精細(xì)化管控。協(xié)同管理的目標(biāo)是最終實(shí)現(xiàn)管理物資化。事實(shí)上，項(xiàng)目在施工進(jìn)場(chǎng)后就開(kāi)始編碼分解，拆分分步工程，目前國(guó)內(nèi)的很多項(xiàng)目還做不到，但是深中通道項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了這項(xiàng)技術(shù)。整個(gè)項(xiàng)目管理最基礎(chǔ)的東西，就是把質(zhì)量管理、計(jì)量支付、檔案全部融合到一起。一個(gè)工程結(jié)束了，數(shù)據(jù)會(huì)傳到計(jì)量支付系統(tǒng)并形成計(jì)量支付，檔案隨即形成，這也是項(xiàng)目特點(diǎn)之一。

（本文根據(jù)作者在2019世界交通運(yùn)輸大會(huì)上所作報(bào)告整理，有刪減，題目為編者所加。）