機(jī)械與智能化施工在橋梁工程中的應(yīng)用及效果分析

李繼偉

（中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司，江蘇 無(wú)錫 21400）

現(xiàn)代化工程建設(shè)具有規(guī)模大、技術(shù)復(fù)雜、施工環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，要保證工程的施工質(zhì)量需要做好施工過(guò)程的管理與控制。自動(dòng)化、集成化以及智能化機(jī)械的發(fā)明與運(yùn)用，使得現(xiàn)代交通橋梁施工也逐漸向機(jī)械化、智能化發(fā)展。如何以當(dāng)下新設(shè)備、新技術(shù)和新工藝為工具，做好橋梁工程的施工管理，對(duì)于項(xiàng)目的質(zhì)量、安全、精度和成本控制均具有重要意義[1-4]。

機(jī)械化和智能化的產(chǎn)生與應(yīng)用在最近幾年得到了飛躍式的發(fā)展，目前已廣泛運(yùn)用于農(nóng)業(yè)、礦山、民航、建筑等領(lǐng)域，并取得了不錯(cuò)的應(yīng)用成效[5-8]。自20世紀(jì)50年代施工機(jī)械化和智能化產(chǎn)生以來(lái)共歷經(jīng)了4個(gè)階段：萌芽與準(zhǔn)備階段（1949-1960年）、行業(yè)初步形成階

段（1961-1978年）、行業(yè)向市場(chǎng)擴(kuò)展階段（1979-1998年）以及國(guó)際化快速發(fā)展階段（1998年至今）。如今，我國(guó)的橋梁工程建設(shè)逐漸向深山峽谷以及巖溶戈壁這些地質(zhì)、地形和環(huán)境惡劣的區(qū)域挺進(jìn)，傳統(tǒng)的施工手段已不能滿足當(dāng)代施工質(zhì)量控制的要求，因此，必須借助于最先進(jìn)、最安全、最合理的施工組合方式方能達(dá)到工程效果[9-10]。

本文對(duì)橋梁機(jī)械化和智能化施工管理及控制進(jìn)行了深入分析，并從質(zhì)量、進(jìn)度、成本和安全上對(duì)比分析了傳統(tǒng)方法與機(jī)械化和智能化方法的施工效果，總結(jié)得到了橋梁機(jī)械化與智能化施工的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于橋梁工程的實(shí)際施工具有借鑒意義。

1 工程背景

以廣濟(jì)高速公路修建時(shí)某項(xiàng)目施工中機(jī)械化和智能化控制管理為例，該項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)某組合式應(yīng)力鋼筋混凝土梁橋施工，包括PC連續(xù)箱梁、橋面連續(xù)小箱梁、柱式墩、板墩、樁基礎(chǔ)等工程。建設(shè)期間，項(xiàng)目部積極響應(yīng)國(guó)家政府號(hào)召，主動(dòng)推進(jìn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化施工建設(shè)，以施工機(jī)械化、智能化為改進(jìn)目標(biāo)，進(jìn)行了一系列施工改進(jìn)和技術(shù)設(shè)備引進(jìn)。本文著重對(duì)機(jī)械化與智能化施工管理與控制進(jìn)行介紹和分析。

2 機(jī)械化與智能化施工管理與控制

2.1 組織機(jī)構(gòu)

建立一套高效的機(jī)械化、智能化施工管理組織機(jī)構(gòu)對(duì)于全面提升施工管理成效具有重要作用。對(duì)施工過(guò)程中擬采用的施工機(jī)械和設(shè)備進(jìn)行選型、做好相應(yīng)的配套設(shè)計(jì)并落實(shí)組織管理，建立健全崗位責(zé)任制，不斷加強(qiáng)施工和管理人員的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械、設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)，及時(shí)改進(jìn)和優(yōu)化施工工藝，提高項(xiàng)目部的管理成效。項(xiàng)目機(jī)械化和智能化管理控制組織結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)械化和智能化管理控制組織結(jié)構(gòu)

圖2 機(jī)械設(shè)備選型及配置原則

圖3 機(jī)械智能化設(shè)備選型

2.2 設(shè)備選型

選型步驟：（1）改變守舊的施工觀念，對(duì)工程類(lèi)型、規(guī)模、工期、地質(zhì)等條件進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)各種先進(jìn)設(shè)備類(lèi)型、參數(shù)、功能、成本等進(jìn)行計(jì)算，為機(jī)械設(shè)備合理選型做好準(zhǔn)備；（2）遵循精度高、效率高、成本低、協(xié)調(diào)性好、可操作性強(qiáng)、安裝維修簡(jiǎn)便等6項(xiàng)原則（見(jiàn)圖2），對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行選型，盡量采用同廠同型號(hào)設(shè)備；（3）合理選擇機(jī)械設(shè)備購(gòu)買(mǎi)與租賃方式，對(duì)經(jīng)濟(jì)壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)易、重復(fù)利用價(jià)值高、經(jīng)濟(jì)性好、回收成本快、安全性高的設(shè)備盡量采用購(gòu)買(mǎi)方式，對(duì)于使用周期短、價(jià)格高昂、專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng)且回收利用價(jià)值低的設(shè)備，盡量采取租賃方式；（4）每項(xiàng)工作開(kāi)工前須做好機(jī)械化施工組織設(shè)計(jì)，確定在不同工期時(shí)間段內(nèi)最合理的機(jī)械設(shè)備組合類(lèi)型。

根據(jù)以上選型設(shè)計(jì)，工程施工過(guò)程中按照標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化和專(zhuān)業(yè)化原則引進(jìn)和采購(gòu)了一批先進(jìn)機(jī)械化設(shè)備：數(shù)控鋼筋調(diào)直切斷機(jī)、數(shù)控彎曲中心、數(shù)控彎箍機(jī)、全自動(dòng)鋼筋籠滾焊機(jī)、鋼筋直螺紋連接設(shè)備、JS1000型攪拌機(jī)、汽車(chē)泵、150t/40m雙導(dǎo)梁架橋機(jī)、三輥軸振動(dòng)整平機(jī)。根據(jù)工程特點(diǎn)，避免傳統(tǒng)工藝缺陷，在橋梁施工過(guò)程中先后采用如下智能化施工工藝：（1）智能張拉施工工藝；（2）智能壓漿施工工藝；（3）智能養(yǎng)生施工工藝；（4）智能檢測(cè)施工工藝。各機(jī)械智能化施工設(shè)備示意見(jiàn)圖3。

2.3 人員培訓(xùn)及維修管理

機(jī)械設(shè)備最終由人來(lái)操作，加強(qiáng)人員管理與培訓(xùn)是關(guān)鍵?！霸O(shè)備管理員、操作員、調(diào)度員以及維修員”作為機(jī)械化、智能化施工中的四大人員，項(xiàng)目部必須做好上述相關(guān)人員的技術(shù)業(yè)務(wù)培訓(xùn)計(jì)劃，定期開(kāi)展輪訓(xùn)、新訓(xùn)和技能考核，不斷更新知識(shí)和管理思路、吸收行業(yè)最新理論和工藝技術(shù)，擴(kuò)展技能儲(chǔ)備。平時(shí)做好機(jī)械設(shè)備的維修保養(yǎng)，制定預(yù)防維修保養(yǎng)制、定期維修保養(yǎng)制以及日常保養(yǎng)制度，降低事故風(fēng)險(xiǎn)率。

3 應(yīng)用效果分析

從質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全4個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)工藝和采用機(jī)械化、智能化施工前后的效果進(jìn)行了對(duì)比分析。

3.1 質(zhì)量效果

鋼筋制安質(zhì)量效果對(duì)比：傳統(tǒng)鋼筋制安方法箍筋末端彎鉤加工不標(biāo)準(zhǔn)、鋼筋間距不均勻、梁腹板箍筋制安質(zhì)量差；采取胎架法和卡槽定位安裝工藝后，鋼筋制安得到了明顯改善，保護(hù)層的合格率均大于85%，較傳統(tǒng)工藝有較大提高，見(jiàn)圖4a。

梁智能養(yǎng)護(hù)質(zhì)量對(duì)比：傳統(tǒng)人工養(yǎng)護(hù)下，梁翼緣板養(yǎng)護(hù)不到位，表面分布較多氣泡，并時(shí)有錯(cuò)臺(tái)出現(xiàn)；采取機(jī)械化、智能化養(yǎng)護(hù)施工之后，梁的安裝線性整體改善，表面平整、美觀，各部位強(qiáng)度均勻，極大避免了干縮裂紋的產(chǎn)生，見(jiàn)圖4b。

壓漿質(zhì)量對(duì)比：傳統(tǒng)壓漿施工法出漿口壓力和漿液質(zhì)量主要靠人為經(jīng)驗(yàn)判斷，可靠性較差，質(zhì)量追溯性差；智能壓漿設(shè)備自動(dòng)調(diào)整平衡各項(xiàng)系數(shù)，且能通過(guò)PC端口實(shí)時(shí)查看壓漿參數(shù)的變化過(guò)程，數(shù)據(jù)可靠性較高，質(zhì)量追溯性好。

3.2 進(jìn)度效果

對(duì)比不同施工項(xiàng)目采取傳統(tǒng)施工方法與機(jī)械智能化施工控制方法時(shí)的工期見(jiàn)圖5。從圖中可以看到：傳統(tǒng)施工管理控制法預(yù)制256片小箱梁需要10個(gè)月，而采用機(jī)械智能化后僅需6.5個(gè)月，較前者節(jié)約工期3.5個(gè)月；傳統(tǒng)施工法下安裝256片小箱梁的工期為4.5個(gè)月，采取機(jī)械智能化控制后僅需2.5個(gè)月，較前者提前工期2個(gè)月；大跨徑連續(xù)現(xiàn)澆梁在兩種施工控制法下的工期分別為2.5和2個(gè)月，而橋面施工則分別為4.5和2.5個(gè)月，機(jī)械智能化施工控制法均較傳統(tǒng)控制法的施工工期有所提前?？梢?jiàn)，機(jī)械智能化施工具有良好的施工效率。

圖4 傳統(tǒng)與機(jī)械智能施工法質(zhì)量效果對(duì)比

3.3 成本效果

傳統(tǒng)與機(jī)械、智能施工法的項(xiàng)目費(fèi)用組成情況見(jiàn)圖6。從圖6中可以對(duì)比看到：采取機(jī)械智能化施工控制后，項(xiàng)目的機(jī)械使用費(fèi)從42%上升至45%，但節(jié)約了人工（較傳統(tǒng)法降低4%）和材料（較傳統(tǒng)法降低2%），使得項(xiàng)目的整體利潤(rùn)從2%提升至5%；機(jī)械智能化施工管理降低了總體的施工成本，不僅促進(jìn)了項(xiàng)目管理水平的提升，也使項(xiàng)目的利潤(rùn)提升了150%。

圖5 兩種方法進(jìn)度分析對(duì)比

圖6 兩種方法項(xiàng)目成本對(duì)比

表1 兩種方法安全性能對(duì)比

3.4 安全效果

對(duì)比分析了傳統(tǒng)施工法與機(jī)械智能化施工控制法的安全性，見(jiàn)表1。從表中可以看到：引進(jìn)新型先進(jìn)設(shè)備和工藝、采取機(jī)械智能化施工代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工作業(yè)，能在一定程度上提高設(shè)備及工程的安全性，保障了施工作業(yè)人員的安全，能夠很好地控制和降低項(xiàng)目的質(zhì)量安全事故率。

3.5 優(yōu)點(diǎn)

從上文兩種方法的應(yīng)用效果對(duì)比可以看到，機(jī)械智能化施工具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以提升施工質(zhì)量，改善工程外觀；（2）有利于降低施工成本，提升工程利潤(rùn)；（3）有利于縮短工程施工工期，提升項(xiàng)目效益；（4）有利于人力資源的優(yōu)化并節(jié)約勞動(dòng)力；（5）有利于提升施工項(xiàng)目的管理能力；（6）有利于改善工程的可操作性、可實(shí)現(xiàn)性以及可控性，對(duì)于擴(kuò)展項(xiàng)目設(shè)計(jì)空間具有一定幫助。

4 結(jié)束語(yǔ)

專(zhuān)業(yè)化、機(jī)械化以及智能化的發(fā)展是當(dāng)前工程建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于工程質(zhì)量、進(jìn)度、成本和安全的提升和改善具有積極作用，并能夠提升工程的穩(wěn)定性和耐久性，因此做好機(jī)械化、智能化施工管理與控制對(duì)于生產(chǎn)建設(shè)具有重要意義。