鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力施工信息化技術(shù)研究

肖祥淋

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力施工信息化技術(shù)研究

肖祥淋

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

針對鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量難以有效控制的現(xiàn)狀，結(jié)合數(shù)據(jù)信息化管理平臺的預(yù)應(yīng)力施工信息化技術(shù)，采用了先進的自動張拉設(shè)備，實現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)的智能化施工、張拉數(shù)據(jù)的信息化管理和張拉質(zhì)量的閉環(huán)管理，顯著提高了鐵路橋梁的生產(chǎn)制作水平。該技術(shù)可為構(gòu)建鐵路施工大數(shù)據(jù)平臺積累數(shù)據(jù)，為BIM技術(shù)的融合和拓展提供支持。

鐵路橋梁；預(yù)應(yīng)力；張拉；信息化；管理

預(yù)應(yīng)力施工是保證橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的關(guān)鍵工序，預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量直接關(guān)系到線路運營的安全。目前，橋梁均采用傳統(tǒng)后張法施工，難以保證預(yù)應(yīng)力的施工質(zhì)量，見圖1。改進施工技術(shù)、提高管理水平是解決橋梁預(yù)應(yīng)力病害最有效的方法。另外，隨著電子計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展以及我國鐵路BIM技術(shù)的日益成熟，施工數(shù)據(jù)自動化采集和信息化管理已成為我國鐵路橋梁現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理的重要組成部分。

圖1　傳統(tǒng)后張法

1　系統(tǒng)研發(fā)

1.1基本要求

針對預(yù)應(yīng)力施工過程中設(shè)備簡陋、人工干預(yù)、信息不對稱等問題，從施工設(shè)備自動化和施工質(zhì)量信息化兩方面進行深入研究。研發(fā)預(yù)應(yīng)力自動張拉設(shè)備并組建張拉信息管理平臺，實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)的自動化施工、張拉數(shù)據(jù)的集成管理、施工質(zhì)量的跟蹤管控，從而提高預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力施工信息化系統(tǒng)研究目的見圖2。

圖2　預(yù)應(yīng)力施工信息化系統(tǒng)研究目的

該信息化技術(shù)應(yīng)具備以下基本要素：

1）張拉施工設(shè)備具備高度自動化、智能化功能，具有優(yōu)良的適用性和安全性；

2）張拉施工數(shù)據(jù)可自動采集、智能分析、無線傳輸，且安全可靠；

3）張拉管理平臺具備數(shù)據(jù)的高效存儲、讀取，統(tǒng)計分析和質(zhì)量判別功能，并考慮與BIM模型拓展模塊間的信息傳遞和共享；

4）提出配套的技術(shù)條件及管理辦法。

1.2基本原理

預(yù)應(yīng)力施工信息化系統(tǒng)的基本原理是通過傳感技術(shù)、計算機技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研制自動化施工設(shè)備和組建數(shù)據(jù)管理平臺，并制定自動化施工設(shè)備與數(shù)據(jù)管理平臺之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。實現(xiàn)張拉施工的全過程智能控制和施工數(shù)據(jù)記錄、傳輸、反饋的信息化管理，最終有效控制預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量。

預(yù)應(yīng)力筋張拉封錨后不具備返工整改條件，具有隱蔽工程的特點，因此要求施工數(shù)據(jù)實時傳遞和分析，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并進行現(xiàn)場處理，預(yù)應(yīng)力施工信息化系統(tǒng)構(gòu)架及協(xié)作關(guān)系如圖3所示。

圖3　預(yù)應(yīng)力施工信息化系統(tǒng)構(gòu)架及協(xié)作關(guān)系

1.3組成及功能

預(yù)應(yīng)力施工信息化系統(tǒng)主要由自動張拉施工設(shè)備和數(shù)據(jù)管理平臺兩部分組成，見圖4。

1）自動張拉設(shè)備

自動張拉設(shè)備的主要功能：①一鍵式全過程自動化張拉控制；②兩端平衡同步張拉，精確調(diào)控張拉力；③張拉力與伸長值的實時監(jiān)測調(diào)控；④數(shù)據(jù)自動采集、圖表分析、張拉結(jié)果自動生成；⑤施工數(shù)據(jù)可遠程無線傳輸，兼容鐵路工程管理平臺；⑥具有荷載復(fù)核、油壓監(jiān)控、油溫控制、故障診斷、斷電恢復(fù)的安全輔助功能。

關(guān)鍵技術(shù)：①通過多流量組合控制和變頻技術(shù)，實現(xiàn)高壓動力的平穩(wěn)輸出。②采用穿心輪輻式測力傳感器和拉線式位移傳感器，分別用于測試張拉力和伸長值。測力傳感器具有大孔徑、低高度、抗偏載、精度高的特點，位移傳感器及配套工裝能夠解決千斤頂內(nèi)外缸相對旋轉(zhuǎn)引起測試誤差的問題。③控制系統(tǒng)可智能控制張拉階段，并提供動態(tài)判別、荷載校驗、安全監(jiān)測等輔助措施。④采用數(shù)據(jù)庫的形式對數(shù)據(jù)進行高效管理，可自動生成結(jié)果報表，且施工結(jié)果不可更改；通過無線傳輸技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時遠程傳輸。

自動張拉系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)見圖5。

圖4　預(yù)應(yīng)力施工信息化系統(tǒng)

圖5　自動張拉系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

主要技術(shù)參數(shù)：①預(yù)施張拉力偏差＜1%；②張拉力與伸長值動態(tài)校準調(diào)控；③兩端不平衡力＜20kN；④動力系統(tǒng)額定油壓為70MPa；⑤測力傳感器、位移傳感器的精度分別為0.3級、0.25級。

2）張拉管理平臺

張拉管理平臺的主要功能：①數(shù)據(jù)的集成管理，具體為存儲和傳遞共享；②張拉質(zhì)量關(guān)鍵參數(shù)的統(tǒng)計分析；③施工數(shù)據(jù)可視化展示；④按權(quán)限分級制信息管理；⑤施工進度和質(zhì)量的動態(tài)跟蹤；⑥管理信息的推送服務(wù)。

關(guān)鍵技術(shù)：①標準化的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，規(guī)范預(yù)應(yīng)力張拉的工程、設(shè)備、結(jié)果，以及附屬信息的交互內(nèi)容、代碼定義和傳輸條件；②具備數(shù)據(jù)傳輸和存儲的可靠性、安全性保障機制；③確定基于鐵路建設(shè)系統(tǒng)的標段、工點及梁體的編碼規(guī)則；④管理平臺軟件具備層次性、可視化的友好交互界面。

2　試驗驗證

預(yù)應(yīng)力自動張拉及信息化系統(tǒng)在鄭徐客專、京沈客專、石濟客專的多個預(yù)制梁場進行了現(xiàn)場試驗，對該系統(tǒng)的現(xiàn)場適用性和功能進行了充分驗證。

現(xiàn)場試驗實測結(jié)果如圖6所示，張拉管理平臺功能如圖7所示。試驗結(jié)果表明：①自動張拉系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，預(yù)施應(yīng)力準確、可靠。②張拉、持荷、錨固階段全過程自動化控制，數(shù)據(jù)可自動采集、智能分析。③張拉力控制精度在1.0%以內(nèi)，預(yù)施應(yīng)力精準。④兩端不平衡力＜10kN，自動平衡張拉。⑤數(shù)據(jù)無線遠程傳輸，管理平臺可進行數(shù)據(jù)存儲、查詢追溯、統(tǒng)計分析、可視化展示、質(zhì)量預(yù)警，實現(xiàn)張拉質(zhì)量信息的動態(tài)管理。⑥技術(shù)經(jīng)濟性方面，新型工裝可減少單根鋼絞線下料長度0.7m；減少4名工人，節(jié)約人力成本50%；關(guān)鍵部件校準頻次降低6倍，大幅減少了校準工作；不間斷的自動連續(xù)操控，提高了作業(yè)效率；施工數(shù)據(jù)的信息化管理，降低了管理成本。

圖6　現(xiàn)場實測結(jié)果

圖7　張拉管理平臺功能

3　配套條件

預(yù)應(yīng)力自動張拉信息化系統(tǒng)屬新技術(shù)、新產(chǎn)品，在鐵路行業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用時，為保證預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量得到有效管控，除必要的張拉設(shè)備和管理平臺外，尚需建立和完善其配套的標準體系和管理機制，主要包括：

1）設(shè)備有效性控制

市場上鐵路施工用的自動張拉設(shè)備種類繁多、性能差異大、質(zhì)量參差不齊，因此，用于鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力施工的自動張拉設(shè)備應(yīng)取得相關(guān)法定部門或指定機構(gòu)的認證認可。在設(shè)備使用過程中對主要部件進行定期校驗，以確保設(shè)備的可靠性和合法性，以及施工數(shù)據(jù)的真實性和可傳遞性，從而保證質(zhì)量管控的有效實施和大數(shù)據(jù)積累。

2）專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)

管理單位組織相關(guān)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，主要包括自動張拉設(shè)備的實際操控、數(shù)據(jù)分析、應(yīng)急處理、設(shè)備養(yǎng)護，以及張拉管理平臺的用戶申請、信息錄入、數(shù)據(jù)查詢等內(nèi)容。對培訓(xùn)合格人員發(fā)放施工作業(yè)合格證。

3）安全性措施

施工現(xiàn)場方面，注重施工和設(shè)備的安全性。張拉前確保設(shè)備聯(lián)接正確、排除隱患，張拉時設(shè)置必要的現(xiàn)場安全防護裝置；制定應(yīng)急預(yù)案并模擬演練。數(shù)據(jù)傳輸方面，施工現(xiàn)場及時備份施工數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)采用先進的加密技術(shù)，對整個數(shù)據(jù)傳輸鏈路進行加密，確保信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的完整性和保密性。數(shù)據(jù)管理方面，對于管理平臺的訪問體系，采用安全認證的方式，按照不同權(quán)限分級控制，并考慮管理平臺數(shù)據(jù)庫的運行穩(wěn)定性、安全防護和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。

4）管理規(guī)程

發(fā)布相關(guān)的執(zhí)行標準和管理辦法，使預(yù)應(yīng)力自動張拉信息化技術(shù)的推廣應(yīng)用具備實際的執(zhí)行標準和可操作性。明確建設(shè)、監(jiān)理、施工等各職能部門的監(jiān)管機制和相應(yīng)職責(zé)，制定管理細則，包括張拉設(shè)備的管控和維護、施工人員的技術(shù)培訓(xùn)和定期考核、施工作業(yè)的規(guī)范流程和專職專責(zé)、張拉數(shù)據(jù)的存儲及傳輸、異常情況的處理及反饋、執(zhí)行情況的獎懲方式等。

4　結(jié)語

結(jié)合了先進的施工設(shè)備和管理手段的預(yù)應(yīng)力施工信息化技術(shù)，通過試驗研究表明，自動張拉設(shè)備具有性能可靠、功能齊全、數(shù)據(jù)可信的特點，解決了人為不利因素的影響，保證了預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量，適用于預(yù)制橋梁的預(yù)應(yīng)力張拉施工。該設(shè)備明顯降低了材料成本、人力成本及設(shè)備管理成本，提高了勞動效率。張拉管理平臺可進行張拉數(shù)據(jù)的集成管理，對質(zhì)量隱患的情況發(fā)出預(yù)警，實現(xiàn)了張拉施工信息的閉環(huán)管理。施工數(shù)據(jù)信息化管理為將來大數(shù)據(jù)的深入分析積累了原始數(shù)據(jù)，為BIM建筑信息模型技術(shù)的拓展和應(yīng)用提供支持。

［1］肖祥淋，馬林，朱希同，等.鐵路箱梁預(yù)應(yīng)力自動張拉技術(shù)研究［J］.鐵道建筑，2015（5）：15-17.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10203—2002鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［4］錢厚亮，賈艷敏，林錦國，等.新型智能預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備的研制［J］.自動化儀表，2009，30（12）：49-51.

［5］朱新實，劉效堯.預(yù)應(yīng)力技術(shù)及材料設(shè)備［M］.3版.北京：人民交通出版社，2012.

［6］王昳.大數(shù)據(jù)時代的挑戰(zhàn)與商機［J］.宏觀經(jīng)濟，2014（9）：1.

［7］王長伍.公路橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)初探［J］.沿海企業(yè)與科技，2009（4）：137-139.

AbstractAccording to the situation that there is no effective method to control the prestress quality in railway bridge construction，prestress construction information technology was used，which combined advanced automatic prestress equipment with data information management platform.It is able to achieve intelligent construction in prestress period，information management of prestress data and closed loop management of prestress quality，which highly improve the construction levels of railway bridge building.T he technology can be collected data for building railway construction big data platform，and provided integration and development for BIM（Building Information M odeling）technology.

Research on Information Technology in Railway Bridge Prestress Construction

XIAO Xianglin
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Railway bridge；Prestress；T ension；Iformatization；Management

U448.13；U448.35

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.02

1003-1995（2016）04-0005-04

（責(zé)任審編鄭冰）

2015-12-18；

2016-01-20

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃（2014G004-G）

肖祥淋（1981—），男，助理研究員。