論智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)原理及預(yù)制梁場(chǎng)智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王激揚(yáng)　臧建新

摘要 現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，建筑領(lǐng)域施工工藝日趨完善。通過(guò)工廠化預(yù)制生產(chǎn)建筑、道路等所需的構(gòu)件，相較傳統(tǒng)工藝施工效率和質(zhì)量有很大優(yōu)勢(shì)，但目前預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)工序還需一步改進(jìn)技術(shù)。文章選擇某高速聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目為研究對(duì)象，通過(guò)研究使用智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。論述混凝土智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)的基本原理，設(shè)計(jì)了預(yù)制梁場(chǎng)智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的方案并總結(jié)了該智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的使用效果。實(shí)踐表明，該智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)運(yùn)用成效明顯，可予以推廣。

關(guān)鍵詞 智能養(yǎng)護(hù);技術(shù)原理;預(yù)制梁;養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

中圖分類號(hào) U216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0109-03

引言

橋梁裂縫對(duì)混凝土橋梁危害大，導(dǎo)致橋梁裂縫病害的原因有多種，其中混凝土施工養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、養(yǎng)護(hù)技術(shù)不足是造成橋梁出現(xiàn)裂縫病害的重要因素[1-2]。傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)形式對(duì)人工依賴較大，養(yǎng)護(hù)技術(shù)的缺陷明顯?；诖?，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)、使用智能養(yǎng)護(hù)混凝土系統(tǒng)，不僅可以有效節(jié)約資金投入，還能提高養(yǎng)護(hù)效率[3]。

1 工程概況

該文選擇某高速聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目為研究對(duì)象，項(xiàng)目全長(zhǎng)11.674 km。部分橋梁構(gòu)件不適合預(yù)制，使用現(xiàn)澆梁，其他小箱梁、T梁、疊合梁均為預(yù)制，其中小箱梁規(guī)格較多，有25 m、30 m、18.5 m三種，該項(xiàng)目需要3 992片各式梁板。

為提高運(yùn)輸效率，預(yù)制廠設(shè)在施工場(chǎng)地周邊，占地120 000 m2，緊挨項(xiàng)目部，設(shè)生產(chǎn)線、制梁區(qū)、存梁區(qū)、鋼筋加工場(chǎng)。預(yù)制廠劃分為兩區(qū)：南區(qū)、北區(qū)，其中北區(qū)設(shè)50個(gè)預(yù)制臺(tái)座，南區(qū)設(shè)90個(gè)預(yù)制臺(tái)座。

2 混凝土智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)的基本原理

該智能化混凝土養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由多個(gè)系統(tǒng)組成：主機(jī)、測(cè)試端、養(yǎng)護(hù)端，其中測(cè)試端主要通過(guò)無(wú)線形式測(cè)試溫度、深度;養(yǎng)護(hù)端主要由噴頭、管路組成;主機(jī)中還有相應(yīng)的硬件設(shè)備并安裝有軟件系統(tǒng)[4-6]。

在即將養(yǎng)護(hù)的混凝土表面明顯位置設(shè)置無(wú)線溫度、濕度傳感器，對(duì)混凝土的溫度、濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)精度須分別達(dá)到0.1 ℃、3.0%。接收終端接收到溫度、濕度數(shù)據(jù)后，向PLC可編程邏輯控制器傳輸，接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后PLC實(shí)時(shí)計(jì)算分析，了解待養(yǎng)護(hù)混凝土是否滿足養(yǎng)護(hù)條件。當(dāng)與養(yǎng)護(hù)條件相符，則自動(dòng)將電磁閥門開(kāi)關(guān)打開(kāi)，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵予以供水，向每座臺(tái)座的運(yùn)輸管道輸送水分，水分經(jīng)由噴頭全面噴淋養(yǎng)護(hù)混凝土。進(jìn)行一次養(yǎng)護(hù)后，對(duì)混凝土的濕度、溫度等進(jìn)行檢測(cè)，然后循環(huán)該過(guò)程。只要確保水、電充足，該智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)可以持續(xù)工作，有針對(duì)性實(shí)施差異化養(yǎng)護(hù)措施。

3 預(yù)制梁場(chǎng)智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）了解養(yǎng)護(hù)需求，通過(guò)水池蓄水，同時(shí)須科學(xué)計(jì)算運(yùn)輸長(zhǎng)度，主水管建議使用PPR110管。

（2）蓄水池接PPR110管1根，使用立式多級(jí)泵進(jìn)行恒壓供水，該泵流量為90 m3/h（額定），揚(yáng)程為60 m，恒定壓力介于0.30～0.40 MPa之間。

（3）在主機(jī)位置設(shè)置閥門并加設(shè)平閥，于指定區(qū)域設(shè)閥門取水，進(jìn)行清洗和壓漿。

（4）于臺(tái)座兩側(cè)開(kāi)挖排水溝，縱向布置，便于養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的多余水分及時(shí)外排。

3.2 臺(tái)座內(nèi)噴淋管路與噴頭設(shè)計(jì)

用PPR40管充作臺(tái)座輸水管，臺(tái)座為鋼梁，為保護(hù)鋼梁結(jié)構(gòu)，不對(duì)其造成破壞，在排水溝內(nèi)布置輸水管，間隔3.4～5.1 m設(shè)置伸縮噴頭一對(duì)（見(jiàn)圖1）。

噴頭使用時(shí)伸縮頭伸縮，不使用則內(nèi)縮，其后端面與鋼梁臺(tái)座側(cè)面平齊。根據(jù)實(shí)際需求，間隔10～12 m于梁頂面設(shè)擺臂式噴頭一個(gè)，經(jīng)由接頭與臺(tái)座下出水口連接（見(jiàn)圖2）。

3.3 設(shè)備配置

項(xiàng)目預(yù)制廠將9臺(tái)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)設(shè)于南區(qū)，5臺(tái)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)設(shè)于北區(qū)。每臺(tái)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)通道8個(gè)，供應(yīng)10臺(tái)臺(tái)座，同時(shí)每個(gè)臺(tái)座需設(shè)溫度、濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)射終端1套（見(jiàn)表1）。

3.4 智能控制流程

（1）控制溫度、濕度：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度同時(shí)還須對(duì)混凝土表面溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)溫度小于5 ℃，則系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為靜止?fàn)顟B(tài)。在該狀態(tài)下，養(yǎng)護(hù)噴淋系統(tǒng)休眠，不進(jìn)行任何操作，以免溫度過(guò)低對(duì)混凝土造成影響，表面出現(xiàn)結(jié)冰情況。當(dāng)混凝土表面溫度超過(guò)42 ℃，且連續(xù)超過(guò)15 min，系統(tǒng)則被喚醒，開(kāi)始相應(yīng)的操作，實(shí)施降溫、保溫養(yǎng)護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到為陰雨天氣或者環(huán)境濕度大于90%時(shí)，則系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，不進(jìn)行任何操作，以免養(yǎng)護(hù)過(guò)度對(duì)混凝土造成不利影響。系統(tǒng)不啟動(dòng)期間，電能消耗極低，水資源幾乎不消耗，便于節(jié)能減排[7]。

（2）控制水化熱：混凝土澆筑后會(huì)發(fā)生水熱化，釋放熱量，釋放速度與澆筑時(shí)間存在關(guān)聯(lián)，釋放速度分為5個(gè)階段，圖3所示為5個(gè)階段的具體情況。因此，智能噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)需要根據(jù)該階段水化熱放熱情況并與現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度相結(jié)合，科學(xué)確定該階段間隔噴淋養(yǎng)護(hù)時(shí)間。比如水化熱在加速階段，反應(yīng)相對(duì)劇烈，熱量釋放較多，需要將噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間予以縮短。在衰退期由于水化熱速度較小，釋放熱量不足，則可以適當(dāng)延長(zhǎng)智能噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)間。PLC內(nèi)部設(shè)有電池，即使出現(xiàn)停電也能保障設(shè)備正常運(yùn)行，不影響正常養(yǎng)護(hù)施工。當(dāng)采用人工養(yǎng)護(hù)方案時(shí)，在重新啟動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)后，自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)停止、啟動(dòng)所花費(fèi)的時(shí)間，計(jì)算進(jìn)養(yǎng)護(hù)間隔，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫間隔養(yǎng)護(hù)[8]。

（3）時(shí)鐘控制：未在梁板相應(yīng)位置放置無(wú)線溫、濕度發(fā)射終端，或者無(wú)線溫度發(fā)射終端出現(xiàn)故障，可以通過(guò)時(shí)鐘控制。當(dāng)白天齡期1 d、2～3 d、4～7 d設(shè)置時(shí)間分別為60 min、90 min、120 min;當(dāng)夜間齡期1 d、2～3 d、4～7 d設(shè)置時(shí)間分別為120 min、180 min、2 40 min;當(dāng)沒(méi)有噴淋養(yǎng)護(hù)對(duì)應(yīng)臺(tái)座，則通過(guò)上述設(shè)定的時(shí)間強(qiáng)制啟動(dòng)智能噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)[9]。

（4）自動(dòng)排隊(duì)控制：考慮系統(tǒng)資金投入，減少購(gòu)買的硬件設(shè)施，該系統(tǒng)由1臺(tái)主機(jī)供水系統(tǒng)供應(yīng)10個(gè)臺(tái)座使用，當(dāng)單獨(dú)對(duì)每臺(tái)臺(tái)座設(shè)置獨(dú)立的供水系統(tǒng)，則需要購(gòu)買較多的主機(jī)，成本較高，每個(gè)臺(tái)座根據(jù)相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行排隊(duì)，實(shí)施先后養(yǎng)護(hù)。啟動(dòng)每個(gè)臺(tái)座噴淋養(yǎng)護(hù)終端的條件如下：1）通過(guò)遠(yuǎn)程啟動(dòng)或者手動(dòng)按鈕強(qiáng)制啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)的效果，完成某片梁板噴淋養(yǎng)護(hù)后，立刻啟動(dòng)下一臺(tái)座養(yǎng)護(hù)終端，確保養(yǎng)護(hù)不間斷;2）溫度超過(guò)連續(xù)15 min超過(guò)42 ℃;3）水熱化控制至噴淋臨界點(diǎn);4）時(shí)鐘控制下，達(dá)到噴淋臨界點(diǎn)。一旦觸發(fā)上述條件，各系統(tǒng)進(jìn)入排隊(duì)，按照觸發(fā)條件的先后順序，分別排隊(duì)等待實(shí)施養(yǎng)護(hù)，每個(gè)臺(tái)座設(shè)計(jì)噴淋養(yǎng)護(hù)時(shí)間為90～120 s。E8CA4763-A450-46D6-B2B4-672D86B98DDA

（5）遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制：系統(tǒng)內(nèi)布設(shè)GPRS數(shù)傳模塊，通過(guò)485接口連接LC可編輯邏輯控制器與GPRS數(shù)傳模塊，以便于向云服務(wù)器傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，手機(jī)App終端通過(guò)云服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)的相關(guān)數(shù)據(jù)。在上述操作過(guò)程中，可借助手機(jī)App操作實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、關(guān)閉等指令的下達(dá)，確保遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)。另可在養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置LED電子顯示屏，對(duì)各個(gè)養(yǎng)護(hù)臺(tái)實(shí)時(shí)的濕度、溫度等進(jìn)行顯示，提醒當(dāng)前養(yǎng)護(hù)實(shí)際情況。

4 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)在選定研究項(xiàng)目中實(shí)施，調(diào)試后統(tǒng)計(jì)養(yǎng)護(hù)保濕覆蓋情況，最終得出平均保濕覆蓋面積為95.7%，最低為92.1%，基本實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)全覆蓋、無(wú)死角[10]。圖4所示為現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)效果圖。

5 結(jié)論

該項(xiàng)目實(shí)施上述智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)，養(yǎng)護(hù)多達(dá)124片預(yù)制小箱梁，經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測(cè)，滿足技術(shù)規(guī)范要求：1）124片小箱梁混凝土強(qiáng)度質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定合格;2）平均保濕覆蓋面積為95.7%，最低為92.1%;3）有12片混凝土表面出現(xiàn)色差，表現(xiàn)出淡綠色，經(jīng)仔細(xì)研究分析，排除井水水質(zhì)所致;4）該項(xiàng)目所養(yǎng)護(hù)的所有梁板，在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中均未出現(xiàn)裂紋，取得較好的養(yǎng)護(hù)效果。通過(guò)該項(xiàng)目具體實(shí)施，表明混凝土智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護(hù)。該養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)全程無(wú)須人為干預(yù)，均由系統(tǒng)自動(dòng)控制完成，養(yǎng)護(hù)時(shí)能夠監(jiān)測(cè)多項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括混凝土齡期、混凝土濕度、混凝土溫度、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫度和濕度等;養(yǎng)護(hù)針對(duì)性較強(qiáng)，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)、梁板等實(shí)際情況進(jìn)行差異化養(yǎng)護(hù)，提升了養(yǎng)護(hù)的效果[11]。

（2）取得較好的養(yǎng)護(hù)效果。該智能化噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)95%以上的濕潤(rùn)率，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)全覆蓋、無(wú)死角[12]。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中根據(jù)混凝土表面水分流失情況，進(jìn)行循環(huán)保濕，確保濕潤(rùn)效果更佳，在整個(gè)養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)，濕度均超過(guò)90%。

（3）能夠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控整個(gè)預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)情況，同時(shí)還可以連接手機(jī)App，實(shí)時(shí)了解養(yǎng)護(hù)情況。

參考文獻(xiàn)

[1]丁辰. 智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)在鐵路預(yù)制梁場(chǎng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)， 2020（3）： 109-110.

[2]柯文柱. 鐵路簡(jiǎn)支箱梁新型智能養(yǎng)護(hù)在工程中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)， 2019（11）： 114-115.

[3]孫豐華， 徐有為. 地噴式智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)在預(yù)制梁場(chǎng)中的應(yīng)用研究[J]. 中外建筑， 2018（3）： 166-167.

[4]秦方. 基于智能化養(yǎng)護(hù)的鐵路預(yù)制梁場(chǎng)節(jié)能減排分析研究[J]. 中外建筑， 2016（11）： 141-143.

[5]趙建祥. 貴州山區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的冬夏季智能養(yǎng)護(hù)[J]. 山西建筑， 2016（14）： 140-141.

[6]陳興軍. 智能自動(dòng)化保濕養(yǎng)護(hù)技術(shù)在腰口泵站流道混凝土施工中的應(yīng)用[J]. 水利建設(shè)與管理， 2021（5）： 67-72.

[7]蔡偉. 大型沉箱預(yù)制場(chǎng)智能噴淋養(yǎng)護(hù)工藝[J]. 珠江水運(yùn)， 2021（9）： 3-4.

[8]呂新建， 孫超， 竇文彬. 人工智能在高速公路養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)應(yīng)用中的研究[A]. 中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì). 中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]. 中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)： 中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)， 2021： 4.

[9]王火明， 翁士曉， 閆兆柏， 等. 瀝青路面智能養(yǎng)護(hù)決策系統(tǒng)架構(gòu)研究[C]//. 2020年5月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集， 2020： 16-17.

[10]姚志杰， 門光譽(yù)， 冀衛(wèi)東. 淺談開(kāi)普封層在瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[C]//. 中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集， 2020： 185-190.

[11]薛鵬濤. 基于智能手機(jī)的干線公路養(yǎng)護(hù)巡查系統(tǒng)[C]//. 養(yǎng)護(hù)與管理， 2016（5）： 33-37.

[12]李宇軒， 張艷紅， 董元帥. 基于黑龍江省養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)的公路精細(xì)化養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)研究[C]//. 中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集， 2021： 69-73.

收稿日期：2022-03-18

作者簡(jiǎn)介：王激揚(yáng)（1995—），男，本科，助理工程師，研究方向：路橋工程。E8CA4763-A450-46D6-B2B4-672D86B98DDA