高速公路桥梁T梁预制智慧流水生产线分析

劳祺　莫勇

摘要：文章围绕高速公路预制T梁生产方式，介绍了预制T梁智慧流水生产线工艺流程和主要设备，并以巴马至田东高速公路T梁预制厂为例，分析了预制T梁智慧流水生产线的优势，以期为类似工程提供参考。

关键词：高速公路;T梁;预制;智慧流水生产线

中国分类号：U448.21 +2

0引言

当前高速公路工期紧，桥梁工程工艺复杂，施工周期长，往往对高速公路工期有决定性影响。桥梁工程采取下部构造与上部构造同步施工的方式能有效缩短工期，上构T梁采用预制后安装的工艺是实现同步施工的关键。当前T梁预制常规方法已经成熟并运用良好，探索新的T梁预制工艺是工程研究的一个热点方向，而预制T梁智慧流水生产线在一些合适条件下具有良好的经济、时间和社会效益。

1预制T梁智慧流水生产线介绍

1.1简介

预制T梁智慧流水生产线借鉴汽车流水线生产模式，创新采用了“施工工序区域固定、流水线作业”的预制新模式：通过移动式台座将钢筋骨架制作胎架区、制梁区、蒸汽养护区、预应力张拉区有机串联，实现工厂化流水线作业的桥梁预制T梁施工。核心区域为移动台座+固定液压模板+蒸汽养护间，使梁体预制生产中以固有节拍移动，在钢筋加工绑扎区和浇筑区建立车间覆盖，操作工人在固定区域、固定时间进行专业化作业，提升施工专业化、标准化水平。同步建设一套结合工业互联网、物联网、云计算等前沿技术的现代化预制厂智能制造生产管理平台，包括集生产计划、生产调度、生产追踪监控、生产数据统计等生产管理于一体的 MES 系统，现场作业任务执行、生产情况上报等移动端APP 系统，以及现场流水线设备数据采集和控制的智能化物联网平台，以保障制梁生产过程的高效率、高质量、高可控，提高生产自动化、智能化水平，基本达到现代工厂化生产效率。

1.2工艺流程

移动式台座自行移至胎架区，直接吊装预先在胎架绑扎好的钢筋→移动式台座移至制梁区，进行智能液压模板安装，待验收合格后浇筑混凝土→达到拆模条件，拆除智能液压模[KG（0.07mm]板，移动式台座将梁体移至养护室进行蒸汽养生→当梁体达到张拉条件，移至张拉区进行预应力张拉、管道压浆→待外观检测合格后将梁体吊运至存梁区存放→将空闲自行式台座吊运至钢筋胎架区（进行下一轮生产）。

1.3主要技术要求

1.3.1主要设备要求

预制厂建设一套信息管理平台及相关信息化改造升级，每条T梁预制智慧生产线配置4套移动式台座、一套智能液压模板、一套蒸汽养护设施、供台座移动的轨道和相关电力设施。

1.3.2主要设备介绍

（1）管理平台：对移动台车进行自动化定位入位的升级改造，安装定位传感装置，并在各个工序工位安装定位标签，以达到台车自动入位的目的。智慧梁场分析报告同时对接到系统平台，由梁场控制中心进行远程操控。此外，鉴于台车移动时前方存在人员及物体碰撞的安全问题，台车前端安装监测传感设备进行自动避障停车处理，以达到梁场生产流水线自动化、功效高、施工更安全、质量更有保证。各生产区存在独立的设备控制系统，如模板开合模系统、混凝土振捣系统、蒸养温控系统、张拉压浆设备、广播及视频监控设备等。信息化平台将这些分散的子系统及设备串联并统一进行集中监管，在预制厂控制中心进行集中监测及远程控制，同时也达到了生产过程全周期数据的贯通及跟踪追溯的要求，生产过程智能化、自动化且透明可追溯，安全质量有保障。

（2）移动式台座：由底模模板和底模小车组成，由移动台座变频行走控制系统控制移动，由移动台座信息采集系统定位台座，实现台座移动智能化控制。移动台座主要技术参数为：①模板与小车可独立拆开、可实现小车周转使用;②小车宽<1 500 mm;③小车高度为900 mm;④轨距为1 000 mm。移动台座自动行走控制系统同时操作多条生产线的台座，每条生产线能同时移动1个台座，实现速度可调、微动调整，柔性启动和柔性停止，以及定位控制，实现自动避撞。电源通过滑线接入，空间整洁便于管理和维护。

（3）智能液压模板：固定液压模板由模板系统和液压系统组成。单侧模板上部配置脱模油缸，下部配置横移油缸。智能脱模控制系统采用智能控制器、位移传感器、电动执行器，精确控制横移的同步性。脱模时操作人员可直观看到脱模数字量，可实现指定脱模、一键脱模，实现与远端监控系统通信，同时控制多套模板脱、合模。

（4）蒸汽养护设施：蒸养室由轻型钢结构和保温棉组成，室内设置蒸汽发生器、梁温度测试仪、压力表、液压门。通过监控养护室内预制梁的温度，控制蒸汽发生器释放蒸汽的温度，实现有针对性的养护。智能蒸养控制系统采用智能控制器、蒸汽电动执行器、电动水阀、温度传感器、湿度传感器。根据设置的温度和湿度曲线，系统自动计算，实现调节混凝土蒸汽或喷水的量，与远端监控系统通信，传输养护室当前状态，配合中央控制软件，实现在中央室集中控制。

（5）其他：包括轨道和供电系统。

2巴田路NO.2合同段T梁预制厂分析

2.1项目背景

巴马至田东高速公路NO.2合同段T梁预制厂，位于 K41+109～K41+600 主线路基上，占地面积约14 000 m 2，长度为490 m，宽度为32 m。梁场计划生产1 090 片30 m预制 T 梁，用于 K37+580～K45+400段落 12 座桥梁上构。预制厂建设周期为35 d，于2021-06-15建成投入生产，日计划产量为5片。

2.2预制厂建设情况

预制厂采用全封闭工厂化施工，配置先进的自动化生产线，包括智造控制中心、智能蒸养控制系统、厂区广播系统、厂区视频监控系统、生产线自动化定位与控制系统、模板定位与监测系统、智能制造MES和现场作业APP。厂区设置1个集中控制中心，5个功能区：钢筋制作加工、绑扎区;T梁预制区;全自動温控蒸养区;数控张拉压浆区;存梁区。钢筋区长80 m并设原材料堆放区、制作加工区、半成品堆放区 、绑扎区制作加工区设置一条自动剪切弯曲生产线、一台全自动调直弯箍生产线;绑扎区设3个腹板台架、3个顶板台架、1个底腹板和顶板整体台架;预制区长70 m，设5条生产线，按3+2品字形布置，投入20个移动台座，3套中梁模板，2套边梁模板;蒸养区长65 m，设5条独立隔热全封闭棚，每个棚长65 m×高3.5 m×宽3 m，可同时存放10片梁进行养护;张拉区长度为65 m，可以存放10片梁等待穿索张拉;存梁区长130 m，设5排存梁台座，每排存放2层20片T梁，共存梁100片。

2.3预制T梁智慧流水生产线效益分析

2.3.1施工成本分析

智慧流水生产线预制厂施工成本主要包括钢筋棚建设费用、钢筋加工设备费用、厂站建设费用、液压模板费用、移动台座费用、蒸汽设备费用、蒸养费用、梁场制造平台费用、生产线自动化升级费用及其他费用，具体如下页表1所示。

本预制厂计划生产1 090片30 m T 梁，混凝土共计为3.5 万 m 3，梁场总投入1 845万元，按照 80%不等摊销，摊销费用合计1 585万元，分摊到混凝土成本约453元/m 3，另外蒸汽养生燃料费按20元/m 3计，合计473元/m 3，直接成本较常规预制厂有所提高。但若考虑到需求、质量效益和时间效益，其综合成本方面仍具有一定优势。

建设同等日产量T梁预制厂，预计需要场地长度超过600 m，需要更多的基础建设费用;若考虑建设为全覆盖（生产区）、全天候施工的预制厂，还需搭设更大的盖棚，预计增加搭设长度300 m;同时考虑养护、运输等方面因素，需建设更多的喷淋养护设施和轨道设施。综合考虑智慧流水生产线设备先进，自动化、智能化水平较以往预制厂有显著提高，对预制梁实体质量、外观水平和施工现场“7S”管理有非常大的帮助，既贴合当前的品质工程建设要求，又是梁板预制的一个发展方向，具有较好的推广价值。

2.3.2施工效率分析

制约生产效率的主要原因是混凝土的早期强度问题，占用浇筑区时间的长短直接决定生产效率。目前在南方环境温度较高和混凝土早期强度能得到提高的情况下，生产线上的移动台座可做到24 h向前移动一个工位，即每24 h生产1片梁。生产线质量功效分析如表2所示。

2.3.3优势分析

智慧梁场硬件方面包括网络部署、物联通信、生产线改造、智能设备等。软件方面包括生产统筹调度的 MES 平台，以及现场作业应用的 APP 系统。做到生产有计划、作业有依据、安全质量有保障，生产过程智能化、自动化且透明可追溯，全面提升生产管理水平。其主要优势如下：

（1）工厂化作业，流水线生产，在固定的时间、固定的地点、固定的人、做固定的事，降低劳动强度，提高预制梁的生产功效，有效地提高预制梁的质量。

（2）减少拆装、倒运模板，减少人员和龙门吊的投入。降低脱模过程中的安全风险，减少龙门吊机之间的相互干涉。

（3）施工过程采用液压整体性拆、装模板，减少二次拆除螺栓和二次安装产生的错台，提高混凝土外观质量。保持现场整洁，方便现场文明施工和 7S 管理。

（4）采用生产线厂房覆盖浇筑工位，不论冬季、雨季和白天、晚上均不影响施工，加快预制梁的生产施工进度。

（5）固定蒸养室，更容易做到密闭，热量损失小，成本更容易控制;同时采用智能蒸养控制系统，减少人为影响，有效控制预制梁的蒸养温度、湿度，减少养护时间，保证混凝土养护质量。

（6）对预制梁流水线进行自动化升级，使用可移动台车进行钢筋绑扎、预制梁、蒸养、张拉压浆 4 个工序加工区的作业自动化流转，初步实现了梁场流水线自动生产。

（7）对预制梁每个施工环节的数据采集，做到了过程数据全周期的贯通及跟踪追溯。

（8）智能化软硬件集成的 T 梁预制生产管理系统平台，实现了生产任务管理、制造过程跟踪和智能作业监控。

3结语

综上所述，桥梁上构预制速度是影响桥梁工程工期的重要因素，实际工程建设中，必须通过有效的途径提高预制厂的设备、材料周转率来提高预制速度。巴马至田东高速公路NO.2合同段T梁预制厂采用移动预制台座将预制梁送至不同专业工作区域的智慧流水线预制模式，基本能全天候预制生产，与工厂化生产深度切合，能有效提高预制效率和工程实体质量。在预制梁为同一结构形式，梁数量达到一定规模，场地受限的情况下，适合优先选择建设预制梁智慧流水生产线。

参考文献：

[1]王飞.液压模板在铁路T梁预制施工中的应用[J].建材与装饰，2016（53）：260-261.

[2]周博.公路橋梁工程预制梁施工管理的探讨与实践[J].科技创新导报，2018（31）：29-30.

[3]杨淇源，闫敏伦.可视化动态监控智慧桥梁预制场研究[J].智能城市，2020（22）：159-160.

[4]丁伟.循环流水生产铁路T型梁预制场工艺设计[J].国防交通工程与技术，2016（1）：26-29，56.