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由二航局、一公局集團參與施工的江蘇常泰長江大橋不僅是世界最大跨度斜拉橋，也是中交集團進軍公鐵兩用橋市場的“明星產(chǎn)品”。常泰長江大橋建成后，將推進“錫常泰”城市組團，以“高速公路、普通公路、鐵路”三種交通方式過江，在“錫常泰”城市組團建成高度分享的1小時通勤圈，為經(jīng)濟融合發(fā)展提供強有力的交通支撐，為江蘇段八百里長江新添一道世界級的“風(fēng)景線”。

 6月，江蘇常泰長江大橋轉(zhuǎn)入主塔施工階段。沉井作為施工控制的基礎(chǔ)工程，起著關(guān)鍵性作用，常泰長江大橋底面沉井作為世界面積最大水中沉井，用鋼量達(dá)到2.3萬噸，超過3座埃菲爾鐵塔的用鋼量，總面積相當(dāng)于13個籃球場，超過滬蘇通長江大橋主塔沉井。如何破解世界最大水中沉井建設(shè)難題，中交建設(shè)者們將中交智慧融入其中，為大橋建設(shè)按下了快捷鍵。

大橋5號墩第三層承臺混凝土澆筑

由二航局和一公局集團參與施工的常泰長江大橋是江蘇省“十五射六縱十橫”高速公路網(wǎng)中如常高速公路的關(guān)鍵工程，也是世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋。它是世界上首座集高速公路、城際鐵路、一級公路為一體的大橋，下游距江陰長江大橋約30.2公里，上游距泰州長江大橋約28.5公里，南北連接常州和泰州兩市，路線全長10.09公里，主橋為雙層公鐵兩用橋，公鐵合建段主航道橋采用主跨1176米鋼桁梁斜拉橋。作為中交集團打入公鐵兩用橋市場的“明星產(chǎn)品”，大橋建設(shè)中充分運用了智能化建造手段。

“智能化建造是‘智腦’代替‘人腦’的過程，從標(biāo)準(zhǔn)化、自動化，再到智能化，三步走實現(xiàn)智能建造的推廣和應(yīng)用，這是企業(yè)推動它的內(nèi)生動力?！背Ｌ╅L江大橋技術(shù)總負(fù)責(zé)人羅承斌說。公開數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)一線建筑工人平均年齡已接近50歲，比2007年增長了10多歲。隨著人口紅利逐步消失，中國建筑業(yè)人工成本逐步走高。羅承斌說：“我們必須由被動需求變?yōu)橹鲃有枨螅趨f(xié)作隊伍老齡化提前到來，成本、安全風(fēng)險倍增時，企業(yè)必須提前采取預(yù)防風(fēng)險的手段。”

“智腦”替代“人腦”，當(dāng)下，中交集團在全國各地的重大項目中都逐步將智能化建造提上日程。深中通道一體化造塔機、鋼筋部品工藝深入推進；鹽港東立交一體化架橋機工序集成；鳳凰路黃河大橋無人頂推成為示范；襄陽東西軸線河床智能整平提供借鑒……

對于常泰長江大橋5號沉井智能化施工，羅承斌打了一個形象的比方，采取“智腦”，實際上就是用電路的“并聯(lián)”替代基礎(chǔ)的“串聯(lián)”。沉井從一個工作面擴大到無數(shù)個工作面實施，而且能夠?qū)崿F(xiàn)同步施工、精確控制，對于水中沉井的工藝工法是一種關(guān)鍵技術(shù)補充，而智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能取土設(shè)備、智能節(jié)段梁預(yù)制系統(tǒng)作為智能建造的創(chuàng)新代表，充分體現(xiàn)了中交建設(shè)者的建設(shè)智慧。

智能取土顛覆

傳統(tǒng)工藝

大橋主塔承臺施工

吳啟和是常泰長江大橋項目總工程師，曾經(jīng)主持研究泰州大橋“沉井定位與著床”技術(shù)。如今，他要向這座世界跨徑第一的公鐵兩用橋發(fā)起挑戰(zhàn)。面對常泰長江大橋這個底面尺寸橫橋向長95米，縱橋向?qū)?7.8米，總高72米，相當(dāng)于13個籃球場大的世界最大水中沉井，吳啟和感到身上的擔(dān)子很重。

“從水中沉井基礎(chǔ)研發(fā)到投入使用，盡管技術(shù)不斷革新，但是沉井著床的精確性這一難題始終無法得到解決?！彼聪虼巴猓路鸹氐搅耸嗄昵暗氖┕がF(xiàn)場。傳統(tǒng)的水中沉井下沉主要依靠氣舉取土下沉，即通過在沉井上方設(shè)置吸泥管，向水下打入高壓氣體的方式，把泥土從沉井下方江水中倒逼出來，其原理與醫(yī)院注射的滴管類似，最終依靠沉井自身重量下沉。

“氣舉取土下沉為主，配合抓斗、鉸刀等工具，十幾年前的泰州長江大橋的施工方法如今仍然適用?！比欢绾慰刂瞥辆邢鲁恋木?，卻成為壓在吳啟和心口的“巨石”。

盡管前期進行過地質(zhì)勘察，但井壁下方被水面覆蓋的地層大家仍無法完全掌握。傳統(tǒng)的水上沉井，工人需要操縱龍門吊，將吸泥管移動到相應(yīng)的沉井隔倉進行吸泥作業(yè)，至于吸泥是否到位，則需要完全依靠工人自己判斷。

“往往一個井口需要配置4個人，除了操作人員外，測量人員也要隨時待命?！眳菃⒑驼J(rèn)為這樣的手段依舊無法保證精度：“工人需要手持遙控器完成吸泥管下放、起升、移位等動作，并通過肉眼觀察排出泥漿的濃度判斷吸泥動作是否完成。”但由于井口覆蓋面積大，測量人員往往只能測出離井壁較近的標(biāo)高。

這樣的做法往往導(dǎo)致四周的標(biāo)高到位了，但中間部分卻無法保證，而且長時間吸同一片區(qū)域，極易形成“漏斗狀”的掌子面。如不慎在沉井井壁附近過度吸泥，還可能導(dǎo)致井內(nèi)外土體壓力失衡、泥土反涌至井內(nèi)的情況發(fā)生。吳啟和將目光投向提高“智能化、可視化、機械裝配化”的水平上來，研發(fā)了一套集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制于一身的集成管理系統(tǒng)，成為搬開這塊“巨石”的關(guān)鍵。

2019年8月，在二航局技術(shù)中心和武港院技術(shù)團隊的大力支持下，智能建造方案開始逐步推進。那段時間，吳啟和很少休息，很多方案的修改和完善都是在動車上完成的。一下車，他又要消化新方案，給業(yè)主和相關(guān)專家解釋說明，爭取到他們對智能建造方案的支持。

功夫不負(fù)有心人。2020年，一項名為《用于沉井下沉施工的自動化氣舉取土集中控制系統(tǒng)和方法》的專利通過了審核，標(biāo)志著該專利正式在常泰長江大橋投入使用。

2020年6月6日，沉井第一次取土作業(yè)正式開始。不同于6號主墩沉井上的人頭涌動。二航局負(fù)責(zé)的5號墩沉井上只有寥寥數(shù)人?，F(xiàn)場監(jiān)控指揮室內(nèi)，吳啟和緊盯著技術(shù)人員給沉井上部的15臺門式起重機發(fā)出指令，設(shè)備沿著鋪設(shè)的軌道緩緩移動，并將吸泥管吊至指定位置作業(yè)。

“龍門吊和吸泥管上加裝了高精度傳感器，通過集群系統(tǒng)來設(shè)定相關(guān)吸泥參數(shù)、吸泥管平面位置及高程信息?！眳菃⒑湍樕下冻隽俗院赖奈⑿Γ骸拔覀冋嬲赜孟到y(tǒng)指令替代了人腦，沉井還專門安裝了聲吶探測系統(tǒng)，結(jié)合吸泥管的監(jiān)測數(shù)據(jù)，將整個沉井姿態(tài)用3D立體的畫面呈現(xiàn)在電腦上，方便技術(shù)人員進行判斷?！?/p>

智能化氣舉取土系統(tǒng)更大的一個貢獻(xiàn)是自動設(shè)定吸泥路徑。“整個吸泥路線從井孔中心向外走一個‘回’字型路線，吸完一處監(jiān)測一處，真正實現(xiàn)了吸泥過程的可控?！眳菃⒑驼J(rèn)為這是與十余年前最大的不同，“如果說以前吸泥點的選擇是游擊戰(zhàn)，那么現(xiàn)在就是殲滅戰(zhàn)，整個泥面平整得像刀削過一樣。通過機械化、智能化增效，人力資源投入減少了60%，取土效率反而提高了50%?！痹?號墩沉井第二次取土下沉期間，通過使用氣舉取土集群控制系統(tǒng)，保證了沉井在中密粉砂層日均下沉60厘米以上，最大單日下沉量接近1.2米，實現(xiàn)沉井高效下沉。

2020年11月27日，江蘇省水運工程施工工藝創(chuàng)新大賽上，常泰長江大橋智能化取土下沉工藝從229份參賽作品中脫穎而出，得到現(xiàn)場多位院士點贊。他們認(rèn)為對于水中沉井施工，這是一種跨時代的進步。

智能監(jiān)控系統(tǒng)

決勝千里

大橋沉井封底混凝土澆筑

“限位即將接近1/100，沉井最低處與最高處的高差接近70厘米，沉井偏移超過極限，塔吊已經(jīng)嚴(yán)重歪斜?！背Ｌ╅L江大橋工程部部長孫俊仍然記得第二次取土下沉過程中的驚險一幕。

但他回憶時卻非常坦然：“我并不擔(dān)心會出問題，沉井的監(jiān)控系統(tǒng)時刻運轉(zhuǎn)，一旦監(jiān)控報警，沉井上的所有門機設(shè)備將會自動鎖死?！?/p>

孫俊曾參與五峰山長江大橋的建設(shè)，那里有當(dāng)時世界上最大的陸地沉井。當(dāng)時沉井內(nèi)部也有專用的監(jiān)測系統(tǒng)，主要是針對內(nèi)側(cè)土體壓力的監(jiān)測。相比于五峰山長江大橋沉井內(nèi)部使用的監(jiān)測系統(tǒng)，孫俊認(rèn)為常泰大橋的監(jiān)測系統(tǒng)更加“聰明”，“五峰山大橋的監(jiān)測系統(tǒng)能夠反映土體壓力，但是數(shù)值還需要人工計算，再轉(zhuǎn)換成具體的偏位情況。常泰大橋的監(jiān)測系統(tǒng)則是真正做到了數(shù)據(jù)的全流程處理?！?/p>

孫俊一邊說著一邊點開手機，一款監(jiān)控APP映入眼簾，不僅顯示著常泰長江大橋沉井實時狀態(tài)，也清晰地顯示著預(yù)警信息?！耙坏┏辆鲁脸^預(yù)警值，監(jiān)控平臺會直接發(fā)送短信提醒我們調(diào)位，省去了人工分析、計算的過程，整個管理流程變得簡單。”

為什么常泰長江大橋的監(jiān)控系統(tǒng)能夠如此“聰明”？大橋沉井智能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)負(fù)責(zé)人、二航局技術(shù)中心的李浩給出了答案：“我們的監(jiān)控系統(tǒng)的智能輔助決策模塊是需要經(jīng)過大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練的，從滬蘇通大橋豎轉(zhuǎn)、鄭萬鐵路平轉(zhuǎn)開始，我們監(jiān)控的準(zhǔn)確率不斷提高，終于在常泰大橋?qū)崿F(xiàn)了每小時自動計算，并給出合理的決策指令，真正實現(xiàn)了智能化監(jiān)控?！?/p>

然而，想要讓監(jiān)測系統(tǒng)變得“聰明”起來談何容易。整體監(jiān)控系統(tǒng)的搭建從常泰長江大橋沉井制造階段就已經(jīng)開始?！按瑥S制造的沉井鋼殼里埋入了無數(shù)的土體壓力傳感器，側(cè)面植入了72套傳感器，沉井底部也密布了238套?！崩詈普f。

由于鋼殼是階梯狀，兩層接高，土體和沉井內(nèi)部結(jié)構(gòu)的壓力變化也是重點監(jiān)測對象。“沉井底部刃腳像尖刀一般，在初沉的時候很容易進入土體，但要判斷沉井是不是到位，還得觀察中刃腳與隔墻連接部位的情況。因此我們在10組刃腳與隔墻連接部位也安裝了振弦式應(yīng)變計，用來觀察底部結(jié)構(gòu)的受力情況?！笨梢哉f，整個沉井本身就是被監(jiān)控系統(tǒng)里三層、外三層地包裹起來的。

最難的是安裝階段。2019年的冬天來得格外早，李浩需要帶領(lǐng)一批技術(shù)人員將傳感器安裝到準(zhǔn)確的位置。沉井本身是在船廠加工，43米高的鐵罐子，工人只能一次次徒手爬上爬下。他們只能用手攀附著冰冷的鐵壁，通過緊握井壁內(nèi)極細(xì)的角鋼來實現(xiàn)緩步下挪，在最底部的傳感器安裝完畢后，還需要再一次向上引線穿管，灌注好密封膠把來時的路再走一遍。

終于，團隊趕在沉井出塢前完成了安裝工作?！八袀鞲衅鳌婊盥省皵?shù)據(jù)有效性均達(dá)100%?！崩詈茍F隊每個人都練就了一身“攀巖”的好本領(lǐng)，他說：“當(dāng)‘蜘蛛俠’很累，但我們很快樂?！?/p>

智能化監(jiān)控系統(tǒng)起到了良好的效果，最終下沉數(shù)據(jù)顯示，沉井的平面偏位在10厘米正負(fù)3厘米以內(nèi)，垂直度達(dá)到1/2000，遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計及現(xiàn)行規(guī)范要求。沉井著床離設(shè)計偏差僅一個網(wǎng)球大小，得到了業(yè)主和其它標(biāo)段負(fù)責(zé)人的高度肯定。

智能節(jié)段梁預(yù)制

開啟新征程

鎮(zhèn)江梁場

2021年3月11日，經(jīng)過兩次水上接高、三次井壁混凝土澆筑、四次取土下沉。5號墩沉井在長江水下入土下沉總深度50.5米，以平均每天下沉45厘米的速度，創(chuàng)粉質(zhì)黏土層大型沉井下沉最快紀(jì)錄。

“你們年輕人搗鼓的東西，我搞不懂?！?月底，在一公局集團鎮(zhèn)江制梁廠內(nèi)，技術(shù)員梁金龍初次接觸智慧平臺系統(tǒng)，感到有些困難。

初中畢業(yè)就進入施工行業(yè)的梁金龍已經(jīng)工作了近30年，在預(yù)制梁的制造上，他擁有豐富的操作經(jīng)驗，然而，眼前的智慧梁廠操作系統(tǒng)卻讓他犯了難。

鎮(zhèn)江制梁廠是一公局集團常泰大橋項目部的節(jié)段梁預(yù)制廠，主要負(fù)責(zé)大橋南引線節(jié)段梁的預(yù)制。大規(guī)模且多類型的節(jié)段梁生產(chǎn)，本身就存在因數(shù)據(jù)龐大導(dǎo)致交叉校驗困難、因標(biāo)準(zhǔn)化程度低導(dǎo)致施工困難、因設(shè)備維護繁重導(dǎo)致安全監(jiān)管困難的“三難”問題。

“我們的節(jié)段梁預(yù)制是一個比較復(fù)雜的工程，公路梁、鐵路梁和高速公路梁都要同時生產(chǎn)，總數(shù)超過3000榀，不光箱梁種類多、預(yù)制難度也大、精度要求還高。”在技術(shù)策劃會上，鎮(zhèn)江梁場廠負(fù)責(zé)人梁偉詳細(xì)介紹了節(jié)段梁預(yù)制面臨的困難。同時，不同類型的節(jié)段梁生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一難、質(zhì)量追責(zé)難、原材料溯源難等也是梁場預(yù)制面臨的問題。

為了達(dá)到常泰長江大橋工程品質(zhì)的極高要求，通過建設(shè)智能化平臺來簡化施工工序、降低管理難度的提議引起了項目總工呂牧的重視。一場追趕技術(shù)前沿的攻關(guān)戰(zhàn)就此開始。項目團隊夜以繼日地開發(fā)研究，反復(fù)核驗數(shù)據(jù)，終于打通了數(shù)據(jù)間接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)量大的技術(shù)壁壘，實現(xiàn)了分散設(shè)備間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

通過智慧平臺，梁場實現(xiàn)了節(jié)段梁生產(chǎn)的訂單化管理，也就是將節(jié)段梁的預(yù)制計劃錄入、下單、配送、生產(chǎn)形成了完整閉環(huán)的流水線。

不僅如此，在新的智慧平臺上，操作員還可隨時監(jiān)控臺座工作狀態(tài)和節(jié)段梁的生產(chǎn)進度，根據(jù)設(shè)定的施工計劃指導(dǎo)進度的安排。同時，梁廠生產(chǎn)的每一榀梁的原材品牌批次、試驗質(zhì)檢記錄、操作人員和機械信息都記錄在案，確保每一榀粱的質(zhì)量都可溯源，大大保證了節(jié)段梁質(zhì)量，實現(xiàn)了預(yù)制梁全生命周期的跟蹤。

“我們現(xiàn)在干活輕松多了，手指在手機上輕輕一點，臺座有沒有工作、節(jié)段梁的進度都能看得清清楚楚，再也不用一直在廠里盯著了?！绷航瘕埮d奮地說。誰能想到，曾經(jīng)對新平臺叫苦不迭的梁金龍，如今操縱起來已經(jīng)得心應(yīng)手了。不僅如此，項目部還應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，使每榀梁的倉儲位置、每個存梁臺座的占用或閑置狀態(tài)也通過平臺系統(tǒng)顯示，大大縮短了存梁、找梁和提梁的時間。

如今，常泰長江大橋借助BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等數(shù)字化技術(shù)，推動大跨度橋梁智能建造技術(shù)在施工現(xiàn)場的實踐及運用，這場PK中，“智腦”已經(jīng)逐步取代“人腦”，成為決策的重要手段，而中國橋梁制造業(yè)也正在經(jīng)歷一場“智造”風(fēng)暴。

從深中通道伶仃洋大橋、福廈鐵路泉州灣跨海大橋再到常泰長江大橋，中交集團已經(jīng)駛?cè)氪笾窃鞎r代發(fā)展的快車道，智能建造在企業(yè)內(nèi)逐漸從“我能”變?yōu)椤拔乙保?/p>