目前,在国家政策的大力扶持下,机器人产业迎来爆炸式的增长。工业机器人的特点是全天候的自动化作业,可以代替8小时的人工作业。自动化机器人的大量引进对于桥梁智能化以及行业的发展都起到了推动性和示范性的作用。 然而,目前主要聚焦在采用机器简单替代人工,仅控制质量和提高生产效率,还未从产业链上解决智能建造的痛点。 以交通土建行业为例,大量桥梁的下部结构还是采用现场浇筑的施工方法,尤其是在缺少工业化生产基础的地区。另外,全国桥梁建设中小跨径桥梁占比达到90%以上,但相比大跨径桥梁,中小跨径桥梁智能建造的水平更低。在中小跨径桥梁中的混凝土桥梁,占比达到90%以上,但其实,钢桥的可塑性使其本身更加适合智能建造。因此,解决量大面广的中小跨径混凝土桥梁的智能建造问题,是行业智能建造成败的关键。
目前,在国家政策的大力扶持下,机器人产业迎来爆炸式的增长。工业机器人的特点是全天候的自动化作业,可以代替8小时的人工作业。自动化机器人的大量引进对于桥梁智能化以及行业的发展都起到了推动性和示范性的作用。
然而,目前主要聚焦在采用机器简单替代人工,仅控制质量和提高生产效率,还未从产业链上解决智能建造的痛点。
以交通土建行业为例,大量桥梁的下部结构还是采用现场浇筑的施工方法,尤其是在缺少工业化生产基础的地区。另外,全国桥梁建设中小跨径桥梁占比达到90%以上,但相比大跨径桥梁,中小跨径桥梁智能建造的水平更低。在中小跨径桥梁中的混凝土桥梁,占比达到90%以上,但其实,钢桥的可塑性使其本身更加适合智能建造。因此,解决量大面广的中小跨径混凝土桥梁的智能建造问题,是行业智能建造成败的关键。
政策导向
建设工程质量与安全生产管理,一直是建设工程领域两项重要的监督管理内容。为有效实现工程质量与安全生产管理目标,我国相继建立了包括“施工许可”“施工图审查”“工程监理”“质检安检”“主体终身负责制”等多项监管制度,能够针对不同建设阶段、不同活动主体、不同质量与安全生产行为进行有效监管,规范维护建筑市场秩序,促进行业的健康可持续发展。
但近年来,随着政府不断简政放权,深化政务改革,管理部门对于传统的工程质量与安全生产监管制度、监管方式也开始积极寻求全新的转型发展。
桥梁工业化的核心就是构件在工厂集中生产,并作为产品集中采购,产品质量谁生产谁负责,而不是谁使用谁负责,因而监管模式必须随之作相应转变,从工程质量安全模式转变为“行业监管+市场监督+产品认证+第三方保险”管理新模式,简化监管模式,提高监管效力,提升产品质量。
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除此之外,围绕碳中和的目标,还应注重环保、节能和可持续性。采用可再生材料、循环利用材料、低碳高性能混凝土、优化结构设计、节能环保工艺等,以降低桥梁的碳排放和能耗,实现绿色和可持续的发展。
例如,以往临时预制场占比达到70%以上,造成了资源的浪费,硬化后的恢复非常困难,质量也难以控制。2021年11月4日,自然资源部印发《关于规范临时用地管理的通知》,对制梁场、拌和站等难以恢复原种植条件的,不得以临时用地方式占用耕地和永久基本农田。也因此,主管部门应该统筹区域内潜在应用项目,并考虑预制场的辐射供应范围,整体规划预制场的建设,不宜盲目大量投建。如规划不合理,会使产能不稳定,导致预制场运营效率偏低。针对梁场的选址,预制桥梁通常采用“集中预制,现场拼装”的装配式施工工序,原材料及构件运输量大,对运输道路要求较高,交通便利是构件厂正常运转的必要条件;其次需要考虑到辐射面,统筹规划,从而解决临时用地问题。而且,通过构件标准化、轻量化,可以充分利用现有的预制工厂。
设计引领
随着交通建设的高标准、高质量要求以及环境质量要求的提高,同时在人口红利的结束、工程机械的进步以及数字化、智能化向全行业渗透的浪潮下,桥梁预制工业化、装配化已成为未来我国桥梁建设发展的必由之路。
那么,面对传统设计规范的限制,如何破解?从根本上抛弃旧的、以现场浇筑为前提的设计理念,建立以工业化智能建造理念的设计方法。
首先,在设计标准化方面,设计应先从现浇为主,转变为以工业化预制生产为主的规范体系,以“少规格、多组合”的标准化理念进行设计工作,以三维数值模型直接交付施工单位,这也是设计院未来的竞争力。
其次,预制构件走向小型化、轻型化。桥梁预制构件尺寸大、重量重,长度可达35m,重量通常在100t~200t,甚至可达300t,运输吊装难度大、成本高。结合新的连接形式、超高性能混凝土等新材料,逐步减小预制构件尺寸及减轻重量,当每一个预制构件重量都降低到50t以下,就可采用6轴货车开展运输,不再属于超限运输品,将大幅降低构件的运输吊装难度。
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另外,还有连接形式的多样化,多种基于功能或性能的连接产品得到开发与应用。可伸缩的连接构造将能够实现预制构件的平接连接,可由此扩展多种类型的预制产品。大容错量的机械接头可便利地实现接头连接的百分百检测,避免连接环节出现质量隐患。适用于8度区、9度区的连接接头能够在高烈度地震作用下保持良好的延性和自复位能力。超高性能混凝土接头能够实现混凝土与混凝土、混凝土与钢结构之间大容错量的连接。多样的接头可衍生出多种应用场景的预制桥梁构件产品,将桥梁工业化产品推广到新的结构体系、新的建设地区。
最后,国际化影响力方面,随着中华民族的伟大复兴以及“一带一路”的建设,中国的技术和产品要走向世界。中国的技术团队将建立国际化的设计、制造和管理标准,利用国内的供应链生产大批量预制构件产品,推动新兴国家桥梁工业化的发展和进步。
智能建造
2020年7月28日,住房和城乡建设部、国家发展改革委、科技部等十三部门联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》(以下简称《指导意见》),《指导意见》指出:建筑业是国民经济的支柱产业,为我国经济持续健康发展提供了有力支撑。但建筑业生产方式仍然比较粗放,与高质量发展要求相比还有很大差距。
近年来,我国建筑业持续快速发展,产业规模不断扩大,建造能力不断增强。长期以来,建筑业主要依赖要素投入、大规模投资拉动发展,工业化、信息化程度较低,企业科技研发投入比重不高,建筑业与先进制造技术、信息技术、节能技术融合不够,机器人和智能化施工装备能力不强,迫切需要利用5G、人工智能、物联网等新技术,升级传统建造方式。
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那么,在交通领域的智能建造如何实现?
例如,永久或临时预制构件生产基地搭建融合硬件感知系统、制造执行系统、企业资源计划的管理平台。生产端推动盘条钢筋应用,开发以钢筋焊接、钢筋摆放绑扎、入模拆模、养护工序的自动化关键生产设备,并形成生产流水线。施工端开发墩梁一体架桥机、全地形起重机、自动摊铺机等多功能设备,提高现场自动化能力。同时在全行业宏观意义上在供应链管理、物流管理、运行维护等环节实施数字化管理、智能化决策,这也是承包商未来的核心竞争力。
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综上所述,理念转变,从工程质量安全模式,向“行业监管+市场监督+产品认证+第三方保险”模式转变,把构件制品变成商品,解决“不敢用” 的问题;建立以工业化理念为基础的设计方法,尽最大程度利用机器的生产力,解决智能建造中存在的“不好用”问题;建立以永久性工厂集中生产为主的智能建造基地,把农民工变成产业工人,从根本上提高生产效率及工程质量,减少资源浪费,解决“没得用”问题。未来,随着科技的发展和建筑业的转型升级,桥梁工业化将会迎来更广阔的发展前景。
本文刊载 / 《桥隧产业》杂志
2024年 5月刊 总第56期
作者 / 周良
作者单位 / 上海市城市建设 设计研究总院(集团)有限公司
编辑整理 / 裴小吟
美编 / 赵雯
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲