自动化减人、机械化换人、智能化无人！张靖皋长江大桥“智创”6项世界之最！

张靖皋长江大桥工程位于江阴大桥下游约28公里处，沪苏通大桥上游约16公里处，路线横跨江苏省张家港、如皋及靖江三市。路线起点接如皋市G40沪陕高速，向东南布线，于如皋市华泰重工厂区进入长江，经过靖江市民主沙江岛，于张皋汽渡西侧登陆进入张家港，向南沿现状及规划S259布线，终点接张家港疏港高速，路线全长约29.849km，分跨江段大桥、北接线、南接线三部分。其中跨江段大桥全长7859m，自北向南分为北引桥、北航道桥、中引桥、南航道桥、南引桥五个部分。

张靖皋长江大桥工程是目前在建的世界最大跨度悬索桥，拥有着6项世界之最以及6项世界首创，是“十四五”期间国家重点推进的过江通道项目，也是江苏省长江经济带综合立体交通运输走廊规划明确的过江通道重点实施项目，本项目承建其北航道桥北锚碇，为目前国内公路桥梁最大沉井基础。

沉井5D智能建造系统

针对问题——沉井下沉控制难

超大型沉井的下沉整体姿态影响因素众多，沉井倾斜、扭转、移位不可避免，纠偏难度大；
沉井下沉过程中取土与下沉的关系难以把握，下沉速率及过程难以把控；
沉井下沉过程中的受力情况难以分析，沉井受力情况复杂，自身结构安全难以掌握；

解决方法

建立沉井5D智能建造系统，从“孪生”现在、“反演”过去、“预测”未来、智能取土、工效分析，这5个原创性的核心功能将沉井施工中的应力应变、空间姿态、土体沉降、水位变化等关键指标进行实时监测与孪生，同时结合智能取土装备、智能决策算法，实现沉井下沉接高过程中的全时段可视、可测、可控。

水位、周边土体监测与孪生

通过在沉井周边及井孔内安装水位传感器，实时监测地下水位与井孔水位，在系统中可视化孪生、分析水位情况，实现不排水下沉阶段井孔补水指导工作，以及降排水下沉阶段地下水降水指导工作。首次降排水下沉阶段的泥面高程采取人工录入系统的方式。l在沉井周边设置GNSS基准点，监测与分析沉井周边土体的位移沉降，实现控制沉井下沉对周边建筑及土体影响的目的。

力学状态监测与孪生

通过在沉井底部及侧壁安装的力学传感器，在系统中实时监测与孪生沉井施工过程的力学变化，测点位置及力学曲线均可视，土压力三维分布模型结合地质剖面中沉井当前所处的地质情况，达到帮助技术人员了解下沉施工中的阻力分布情况及结构受力状态的目的，指导动态调整取土顺序。

沉井姿态监测与孪生

通过在沉井顶面安装的四个GPS定位传感器，在系统中实时监测与孪生当前沉井三维姿态，与理论姿态实时对比分析预警，指导沉井下沉姿态的动态纠偏。

沉井下沉智能取土

通过系统与智能化取土设备联动，在集控室控制取土设备按照自动规划的路径在井孔内根据既定点位进行定点定量吸泥取土，研究通过吸泥管探头对井底泥面高程进行自动测量，在系统拟合三维泥面高程模型，可视化查看井底泥面状态，设计取土深度+取土时间双控机制，避免井下取土不均匀。

智能决策

采用AI深度学习方法深入分析监测数据以对下沉过程预测。l设置下沉速度分类，预测沉井下沉速度快慢。l在下沉快慢预测基础上，进一步精确预测沉井下沉速度值。通过结构应力预测沉井下沉快慢的本质是准确拟合二者间的非线性映射关系。

分级预警信息推送

针对沉井监测项目设置分级预警信息推送功能。预警指标及分级阈值分为黄色预警值、橙色预警值、红色极限值，当监测数据达到阈值时，以短信信息推送的方式分别推送给相应的管理人员，提醒管理人员即刻分析采取相应措施。

取得效益

在沉井施工下沉过程中，易发生拒沉、偏沉、突沉等情况，精准下沉是沉井施工过程的重难点之一，我们采用数智化化手段将发挥强大“助力器”作用，及时预测纠偏，保证沉井施工安全，提高施工质量，确保沉井安全平稳下沉，精准就位。

智能化取土设备及集中控制系统

针对问题——沉井取土精准

传统的吸泥管采用人工遥控，吸泥管在哪下放、下放多深、吸土多久、吸泥路径、吸泥量控制等等问题均依靠操作人员的经验来进行控制，不仅现场需要投入大量工人操作吸泥设备，往往施工效率非常的低，甚至在经验推断偏差的情况下极易导致水下取土不均匀，进而导致沉井下沉偏斜，甚至是突沉。

解决方法

对取土设备采取智能化改造，智能化控制单点取土总深度、空气吸泥器作业点位、吸泥口与泥面相对高程，这三项控制要点；

操作人员通过集控室中预设了集中控制系统的集控台，来远程集中控制取土设备的取土作业，极大减少了现场工作人员的同时，有效的提高了吸泥取土的效率，杜绝经验主义。

自动吸泥路径规划

在集中控制系统中自定义选择坐标点位的吸泥顺序；
智能取土设备根据选取的吸泥先后顺序自动行走开展吸泥工作；
根据方案设计，预设多种取土路径，在集中控制系统中实时切换。

单点吸泥“深度+时间”双控机制

集中控制系统设置单点位单次吸泥取土时间及单次吸泥深度；

单次吸泥到达设定深度或到达设计时间，智能取土设备自动控制吸泥管移动到下一个点位；

深度控制为主，时间控制为辅，当到达设计时间仍未满足深度要求，系统将发送信息提示给操作人员，提醒下一轮次重点关注此点位。

吸泥管自动下放“功效控制”

基于设定的“深度+时间”双控机制，在吸泥取土过程中所产生的吸泥时间及取土量等数据实时上传到沉井5D智能建造系统中，统计“功效分析”。

泥面高程自动复测

集中控制台将吸泥路径上吸泥管复测出的单次吸泥取土后的泥面高程反馈至沉井5D智能建造系统当中，自动拟合三维泥面高程模型；l三维泥面高程模型根据每个点位的最新泥面高程实时进行模型更新，技术人员在系统中看到最新状态下的水下泥面高程情况，辅助取土决策。

智能取土设备集控

沉井上32台龙门吊智能取土设备均由4台集中控制台统一控制，具有集控系统+数据接口传输功能；

通过数据接口将智能取土设备采集的数据实时反馈到沉井5D智能建造系统中，在“智能取土”模块可视化展示。

取土过程实时监控

在每个龙门吊安装视频监控，实时监控每个井孔吸泥取土的工作状态；
通过在集控室大屏显示实时监控画面，辅助集中控制台操作人员实时了解井孔施工情况。

取得效益

取土设备的智能化改造，有效减少了现场工人数量、提升吸泥工作效率，保障现场机械及人员的工作安全；
通过可视化的三维泥面高程模型，实时监测水下吸泥工作，提高管理及操作人员的决策准确率，杜绝经验主义；
实现可视化取土、定点定量取土，杜绝出现不排水下沉施工中的超吸或者是少吸的情况发生；
辅助取土措施及功效控制的综合判断，实现“机械化换人、自动化减人、智能化无人”。

钢筋模块化智能生产线

针对问题——钢筋绑扎体量大

本项目沉井体量大，场地有限且钢筋绑扎工作量大，精度要求高，难以在现场进行钢筋绑扎作业；
在传统钢筋施工中，人员需求量大，自动化程度不高，工人操作水平直接影响钢筋加工质量，难以达到精细化、工厂化生产的目的。

解决方法

根据沉井结构特点，将沉井接高段的钢筋依据多种因素划分为不同的钢筋模块，以便实现模块化安装；

定制设计钢筋模块化智能生产线，由劲性骨架及钢筋加工区、钢筋网片及劲性骨架焊接区以及拉结筋安装区及出厂运输区组成，实现钢筋自动下料、自动布筋、智能组拼、自动焊接，钢筋骨架一体化成型。

根据沉井钢筋工程特点设计钢筋模块的划分；
基于BIM技术正向设计由PLC控制器组成的钢筋模块化智能生产线；
钢筋模块化智能生产线的设计及建设期间，邀请专家及东南大学、长沙理工博士研究生团队现场指导，可行性验算。

取得效益

模块化钢筋加工、组装一体成型有效提高生产效率，成品精度满足工业级装配要求，钢筋模块制造、组装过程全自动化，适应工厂化生产需求，进一步实现“机械化换人、自动化减人、智能化无人”。

起重吊装智能管控

针对问题——吊装作业风险大

沉井钢筋模块约起重910次，最大单个模块重13.71t，模板约起重3922次，仅主体结构接高的钢筋模板及模板安装就需进行起重作业4832次，将日常起重转运作业计算其中将有上万次作业，面对日以继夜施工中的庞大起重作业次数，要保障起重作业零事故是很大的挑战。

解决方法

塔吊小车设置高清吊钩可视化摄像头，吊钩下方的施工环境、人员情况清晰地通过大屏显示给塔司人员，避免了盲吊操作，实现指挥信号不明或违章指挥不吊，以及吊物上站人或有活动物体不吊；

结合力矩动态防超载应用，实现埋于地下的构件不吊，以及吊物捆绑不牢不吊；

塔吊设置吊重传感器，实现超过额定负荷不吊；

设置行程、力矩、变幅限位传感器，实现安全装置不齐全或动作不灵敏、失效者不吊；

设置风速气象传感器，实现六级以上大风或大雨、大雪、大雾等恶劣天气不吊；

设置钢丝绳断丝监测设备，实现吊物边缘锋利、无防护措施不吊；

起重小车安装激光引导射线，帮助操作手观察钢丝绳和吊钩的相对位置，尤其在夜晚视线不清时，有效地指示了吊钩位置状态，提示了司索人员到对应位置落钩垂直起吊，避免“歪拉斜吊”违章情况的出现，实现歪拉斜挂不吊；

结合照明投射灯组，实现吊物重量不明、光线阴暗、视线不清不吊。

取得效益

高度集成各项应用功能，针对性的将相关功能应用到对应的施工场景；

相比传统安全监测均为割裂式的单点式应用、滞后式管理，是一种全覆盖、成体系、多手段、智能化、及时性、分级管理推送的全新管控模式；

充分落实了安全“十不吊”要求的内容，整体系统可以应用推广到所有基础设施吊装施工场景当中。

混凝土拌合云工厂

针对问题——混凝土体量大

本项目混凝土体量大，传统的拌合站用料管理方式，管理者难以精确的把控原材料的消耗，在混凝土加工过程中容易造成原材料的浪费；
传统的粉料盘点只能定期进行且需要攀爬敲打料罐，传统的砂石料库存盘点也只是肉眼“估堆”的落后方式，缺乏有效的量差控制手段。

解决方法

通过对地磅、拌合生产系统智能化改造，实现原材料“进场数量”、“消耗数量”的精确采集量差管控、实现智能拌合、混凝土数量管控及材料溯源，采用贴片传感器实时监测拌合站料罐中水泥、粉煤灰等粉料的实际库存量。

取得效益

以现场的生产数据为基础，使用智能化技术实时、精准核算每一个施工部位的混凝土量差、节超，提供混凝土材料溯源、数量纠偏提供依据；

优化配合比，提高混凝土的生产效率和生产质量，减少混凝土材料浪费，降低成本支出，提高混凝土生产管理水平；

在取得显著的经济社会效益的同时，形成中交一公局自有的拌合站数字化产品，加速复制推广。

三维激光扫描虚拟预拼装

针对问题——钢壳精准拼装难

本项目节段制作及现场拼装过程中容易产生累计误差，使钢壳节段实际尺寸与设计尺寸存在一定差异；
钢壳节段之间具有较强的空间关联性，实体预拼装对场地面积要求高，工作量大，实施困难。

解决方法

采用三维激光扫描技术，建立高精度三维点云模型，在模型上对钢壳节段进行三维切片和拟合分析，对钢壳节段的长、宽、高、平整度、垂直度等信息与设计理论参数进行对比，指导厂内钢壳加工；
将点云模型在模型空间按节段纵横轴线及标高进行虚拟预拼装，进行拟合微调，现场安装时按照虚拟预拼装结果进行节段的安装匹配，保证钢壳节段的安装精度。

沉井钢壳内部设有36个井孔，由25种类型的79个节段组成，节段多为十字形节段、T形节段和L形节段，节段接头较多，为实现每个接头都进行预拼装检验整体效果，应用了三维扫描虚拟预拼装技术。

将三维激光扫描得出的点云模型在模型空间按节段纵横轴线及标高进行虚拟预拼装，从拼装后的接口切片数据对节段接口进行拟合微调，现场安装时按照虚拟预拼装结果进行节段的安装匹配，保证钢壳节段的安装精度，最终钢壳的最大拼装误差在6mm以内。

取得效益

沉井钢壳从单个节段成品检测、沉井钢壳虚拟预拼装检测、节段现场扫描复核检测等多个方面对钢壳进行三维扫描，于三维点云软件中进行与设计模型、设定坐标位置的比对，发现钢壳制造与拼装过程中的误差，及时纠正最终将钢壳的最大拼装误差控制在6mm以内。

心得感悟

建设工程质量是百年大计，安全生产是构建和谐社会的基础。张靖皋长江大桥A5标段北锚碇基础，是当今国内公路桥梁领域陆地最大沉井基础，承担着中交一公局集团勇树科技品牌与实现大桥战略突围的重任，项目以该锚碇沉井基础工程为平台，在落实工程高标准、高质量要求的基础上，开展了多项数智化建造技术研究，对工程范围内的“人、机、料、法、环”等施工关键要素进行数字化驱动与管理，提升工程数据提取能力、数据传递与交互能力、数据应用与共享能力、数据应用效果总结能力，得到了各级领导的关心关注和大力支持，并经过实践与归纳，总结出数项成套可在类似项目推广的应用，以提升项目综合管理能力和生产效率，达到有效的智能化建造、智慧化管理的目的。

经验总结

超大型沉井基础受尺寸巨大、地质条件复杂等因素影响，在施工阶段具有较高的安全及质量风险，通过智能建造技术表明，深入实施“自动化减人、机械化换人、智能化无人”，实现了智能建造与安全生产、高质量施工深度融合。形成了一套具备智能实时感知结构状态与响应、实时参数识别、分析评估及分级预警等功能的系统，指导了沉井施工过程、提高了沉井施工质量、降低了沉井施工风险，有效保证项目施工工期顺利可控。

在后续工程施工过程中，会针对项目工程应用，进一步开展新型数智化技术的研发应用，及时总结等各方面的经验，完善各种管理制度，加强数智化技术与技术、质量、生产等各方面工作的协调，以开拓创新、不断进取为目标，进一步提高项目管理水平及产品质量，高质量完成张靖皋长江大桥锚碇沉井工程施工任务。