铁路桥梁预应力施工信息化技术研究

肖祥淋

（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081）

铁路桥梁预应力施工信息化技术研究

肖祥淋

（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081）

针对铁路桥梁预应力张拉质量难以有效控制的现状，结合数据信息化管理平台的预应力施工信息化技术，采用了先进的自动张拉设备，实现了预应力张拉环节的智能化施工、张拉数据的信息化管理和张拉质量的闭环管理，显著提高了铁路桥梁的生产制作水平。该技术可为构建铁路施工大数据平台积累数据，为BIM技术的融合和拓展提供支持。

铁路桥梁；预应力；张拉；信息化；管理

预应力施工是保证桥梁结构安全性和耐久性的关键工序，预应力施工质量直接关系到线路运营的安全。目前，桥梁均采用传统后张法施工，难以保证预应力的施工质量，见图1。改进施工技术、提高管理水平是解决桥梁预应力病害最有效的方法。另外，随着电子计算机技术、互联网技术的迅速发展以及我国铁路BIM技术的日益成熟，施工数据自动化采集和信息化管理已成为我国铁路桥梁现代化生产和管理的重要组成部分。

图1　传统后张法

1　系统研发

1.1基本要求

针对预应力施工过程中设备简陋、人工干预、信息不对称等问题，从施工设备自动化和施工质量信息化两方面进行深入研究。研发预应力自动张拉设备并组建张拉信息管理平台，实现预应力张拉环节的自动化施工、张拉数据的集成管理、施工质量的跟踪管控，从而提高预应力施工质量。预应力施工信息化系统研究目的见图2。

图2　预应力施工信息化系统研究目的

该信息化技术应具备以下基本要素：

1）张拉施工设备具备高度自动化、智能化功能，具有优良的适用性和安全性；

2）张拉施工数据可自动采集、智能分析、无线传输，且安全可靠；

3）张拉管理平台具备数据的高效存储、读取，统计分析和质量判别功能，并考虑与BIM模型拓展模块间的信息传递和共享；

4）提出配套的技术条件及管理办法。

1.2基本原理

预应力施工信息化系统的基本原理是通过传感技术、计算机技术以及互联网技术，研制自动化施工设备和组建数据管理平台，并制定自动化施工设备与数据管理平台之间的数据传输协议。实现张拉施工的全过程智能控制和施工数据记录、传输、反馈的信息化管理，最终有效控制预应力张拉质量。

预应力筋张拉封锚后不具备返工整改条件，具有隐蔽工程的特点，因此要求施工数据实时传递和分析，及时发现异常情况并进行现场处理，预应力施工信息化系统构架及协作关系如图3所示。

图3　预应力施工信息化系统构架及协作关系

1.3组成及功能

预应力施工信息化系统主要由自动张拉施工设备和数据管理平台两部分组成，见图4。

1）自动张拉设备

自动张拉设备的主要功能：①一键式全过程自动化张拉控制；②两端平衡同步张拉，精确调控张拉力；③张拉力与伸长值的实时监测调控；④数据自动采集、图表分析、张拉结果自动生成；⑤施工数据可远程无线传输，兼容铁路工程管理平台；⑥具有荷载复核、油压监控、油温控制、故障诊断、断电恢复的安全辅助功能。

关键技术：①通过多流量组合控制和变频技术，实现高压动力的平稳输出。②采用穿心轮辐式测力传感器和拉线式位移传感器，分别用于测试张拉力和伸长值。测力传感器具有大孔径、低高度、抗偏载、精度高的特点，位移传感器及配套工装能够解决千斤顶内外缸相对旋转引起测试误差的问题。③控制系统可智能控制张拉阶段，并提供动态判别、荷载校验、安全监测等辅助措施。④采用数据库的形式对数据进行高效管理，可自动生成结果报表，且施工结果不可更改；通过无线传输技术，实现数据的实时远程传输。

自动张拉系统关键技术见图5。

图4　预应力施工信息化系统

图5　自动张拉系统关键技术

主要技术参数：①预施张拉力偏差＜1%；②张拉力与伸长值动态校准调控；③两端不平衡力＜20kN；④动力系统额定油压为70MPa；⑤测力传感器、位移传感器的精度分别为0.3级、0.25级。

2）张拉管理平台

张拉管理平台的主要功能：①数据的集成管理，具体为存储和传递共享；②张拉质量关键参数的统计分析；③施工数据可视化展示；④按权限分级制信息管理；⑤施工进度和质量的动态跟踪；⑥管理信息的推送服务。

关键技术：①标准化的数据传输协议，规范预应力张拉的工程、设备、结果，以及附属信息的交互内容、代码定义和传输条件；②具备数据传输和存储的可靠性、安全性保障机制；③确定基于铁路建设系统的标段、工点及梁体的编码规则；④管理平台软件具备层次性、可视化的友好交互界面。

2　试验验证

预应力自动张拉及信息化系统在郑徐客专、京沈客专、石济客专的多个预制梁场进行了现场试验，对该系统的现场适用性和功能进行了充分验证。

现场试验实测结果如图6所示，张拉管理平台功能如图7所示。试验结果表明：①自动张拉系统工作性能稳定，预施应力准确、可靠。②张拉、持荷、锚固阶段全过程自动化控制，数据可自动采集、智能分析。③张拉力控制精度在1.0%以内，预施应力精准。④两端不平衡力＜10kN，自动平衡张拉。⑤数据无线远程传输，管理平台可进行数据存储、查询追溯、统计分析、可视化展示、质量预警，实现张拉质量信息的动态管理。⑥技术经济性方面，新型工装可减少单根钢绞线下料长度0.7m；减少4名工人，节约人力成本50%；关键部件校准频次降低6倍，大幅减少了校准工作；不间断的自动连续操控，提高了作业效率；施工数据的信息化管理，降低了管理成本。

图6　现场实测结果

图7　张拉管理平台功能

3　配套条件

预应力自动张拉信息化系统属新技术、新产品，在铁路行业规模化应用时，为保证预应力张拉环节的施工质量得到有效管控，除必要的张拉设备和管理平台外，尚需建立和完善其配套的标准体系和管理机制，主要包括：

1）设备有效性控制

市场上铁路施工用的自动张拉设备种类繁多、性能差异大、质量参差不齐，因此，用于铁路桥梁预应力施工的自动张拉设备应取得相关法定部门或指定机构的认证认可。在设备使用过程中对主要部件进行定期校验，以确保设备的可靠性和合法性，以及施工数据的真实性和可传递性，从而保证质量管控的有效实施和大数据积累。

2）专业技术培训

管理单位组织相关的专业技术培训，主要包括自动张拉设备的实际操控、数据分析、应急处理、设备养护，以及张拉管理平台的用户申请、信息录入、数据查询等内容。对培训合格人员发放施工作业合格证。

3）安全性措施

施工现场方面，注重施工和设备的安全性。张拉前确保设备联接正确、排除隐患，张拉时设置必要的现场安全防护装置；制定应急预案并模拟演练。数据传输方面，施工现场及时备份施工数据，数据传输环节采用先进的加密技术，对整个数据传输链路进行加密，确保信息在网络传输过程中的完整性和保密性。数据管理方面，对于管理平台的访问体系，采用安全认证的方式，按照不同权限分级控制，并考虑管理平台数据库的运行稳定性、安全防护和数据恢复能力。

4）管理规程

发布相关的执行标准和管理办法，使预应力自动张拉信息化技术的推广应用具备实际的执行标准和可操作性。明确建设、监理、施工等各职能部门的监管机制和相应职责，制定管理细则，包括张拉设备的管控和维护、施工人员的技术培训和定期考核、施工作业的规范流程和专职专责、张拉数据的存储及传输、异常情况的处理及反馈、执行情况的奖惩方式等。

4　结语

结合了先进的施工设备和管理手段的预应力施工信息化技术，通过试验研究表明，自动张拉设备具有性能可靠、功能齐全、数据可信的特点，解决了人为不利因素的影响，保证了预应力张拉质量，适用于预制桥梁的预应力张拉施工。该设备明显降低了材料成本、人力成本及设备管理成本，提高了劳动效率。张拉管理平台可进行张拉数据的集成管理，对质量隐患的情况发出预警，实现了张拉施工信息的闭环管理。施工数据信息化管理为将来大数据的深入分析积累了原始数据，为BIM建筑信息模型技术的拓展和应用提供支持。

［1］肖祥淋，马林，朱希同，等.铁路箱梁预应力自动张拉技术研究［J］.铁道建筑，2015（5）：15-17.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10203—2002铁路桥涵施工规范［S］.北京：中国铁道出版社，2002.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10002.3—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，2005.

［4］钱厚亮，贾艳敏，林锦国，等.新型智能预应力张拉设备的研制［J］.自动化仪表，2009，30（12）：49-51.

［5］朱新实，刘效尧.预应力技术及材料设备［M］.3版.北京：人民交通出版社，2012.

［6］王昳.大数据时代的挑战与商机［J］.宏观经济，2014（9）：1.

［7］王长伍.公路桥梁养护管理系统初探［J］.沿海企业与科技，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

（责任审编郑冰）

2015-12-18；

2016-01-20

中国铁路总公司科技研究开发计划（2014G004-G）

肖祥淋（1981—），男，助理研究员。