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　　进入“十四五”时期，高质量发展是交通行业的“关键词”，建设高品质的交通基础设施、实现提质增效是科技创新追求的目标导向。发展智能建造也成为目前行业突破发展瓶颈、增强核心竞争力、实现高质量发展的关键所在。智能建造技术的产生、发展，以及与各相关技术之间急速融合发展，在行业中使设计、生产、施工、管理等环节更加信息化、智能化，智能建造正引领新一轮的行业革命。

　　推进现代化产业体系，从国家层面来看，是加快发展新质生产力的重要方面。以新发展理念为前提、以技术创新为驱动、以信息网络为基础，面向高质量发展的需要，打造产业的升级、融合、创新的基础设施体系。

　　落实到行业层面，加快推动智能建造与建筑工业化协同发展，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通基础设施建设运营深度融合。因此，工业化智能建造是实现行业转型升级的重要途径。

　　依托世界级桥梁工程项目，积极开展桥梁工业化智能建造关键技术探索、研究与实践。提出了工业化智能建造技术体系的总体思路。即从做工程向做产品转变的理念，融合新一代信息技术，建立以“工业化、数字化、网络化、智能化”四化发展及“产业链、创新链、价值链”三链融合为特征的工业化智能建造体系。也就是把传统的桥梁建造业升级为先进的现代制造业，实现安全、高效、优质、经济、绿色五大目标。

　　要实现工业化智能建造，其中工业化是基础。对标先进的制造业，模块化是建立工业化建造体系的有效手段。因此借鉴制造业的模式，系统理桥梁产品，形成占成本大多数的七个要素。

　　这七个要素包括混凝土、钢筋、预制构件、钢结构、缆索结构等5个产品要素以及装备、临时设施等2个生产要素。其实现方式是利用生产要素以柔性建造的方式将产品要素组拼为构件产品。

　　第一，装配化设计、生产与安装。以“现场干作业”为特征的装配式建筑是工业化建造主要方式之一；旨在提高现场施工效率、安全及质量的新型“现场湿作业”同样亦是工业化建造的重要发展方向。其关键是高性能钢筋部品、混凝土预制构件、钢结构产品及连接技术；构件/钢筋部品工业化生产、一体化安装技术；构件/钢筋部品制造-安装全过程精度控制技术。

　　第二，需要专用装备，这是实现工业化建造的核心。没有装备就不能把产品要素结合成整体。而专用装备具体包括部品/构件生产线、多功能一体化施工装备，以及作业/检测机器人。

　　第三，智能化控制是灵魂。将传统以关键参数进行几何控制升级为桥梁全过程、全要素控制，通过“数据感知-实时分析智能决策-精准执行”闭环，实现桥梁工业化建造智能控制。而其中涉及的关键技术贯穿数据采集、分析、决策、执行等环节。

　　在先进传感及数据融合方面，需重点突破基于知识+数据的复杂建造环境(风/浪/流)实时预报及预警、基于先进传感的建造材料及施工工序质量检测、基于先进传感的施工进度/安全状态感知与识别、基于先进传感的关键结构/构件全要素全生命周期监测、工业化建造多源数据融合及数字场景构建等关键技术。

　　在数据分析与自主决策方面，具体包括基于大数据分析的材料/结构智能设计方法（譬如绿色混凝土）、作业机器人作业路径规划与行为自主决策方法、典型施工工序(温控/振捣/焊接/构件吊装等)智能决策算法、大跨径桥梁结构建造全过程多参数识别及状态预测算法。

　　在精准执行方面，需要分别面向不同的对象，例如数字化管控的混凝土、钢筋、预制构件生产控制系统，车间生产线/现场移动工厂多设备集群控制系统，作业机器人(现场焊接/布料振捣等)自适应精准控制与执行系统，基于数字孪生的桥梁施工装备(下沉/顶推/吊装等)智能监控等。

　　第四，数字化赋能。通过工程数字孪生，实现实体车间与数字工厂之间的数据高效交互和传递，打造虚拟建造系统，串联7要素，推动项目协同，提高资源配置效率，实现为工程项目赋能。那么如何进行高效的资源配置？可以将工程分成两个阶段，施工策划阶段、生产执行及项目管控阶段。在这两个阶段中，形成了很多关键技术。例如方案策划时，根据工程项目的特点，形成了基于知识+小数据的建造方案智能设计技术，又在此基础上进行动态管理，形成了施工过程工序资源动态优化技术等。为了便于后续的执行阶段，又开发了一些专用平台来支撑整个管理系统的提升。

　　第五，产业化升级。围绕产品要素和生产要素，提升专业化程度，以数据驱动提升产业服务能力，创造新型产业服务模式，实现产业升级。实施的路径主要从三个方面开展，项目层面、企业管理层面和产业服务。

　　回顾工业化智能建造探索历程，总体上可以分三个阶段。第一阶段是数字化/自动化施工点状创新与探索，例如千米级斜拉桥施工控制、大型深水滑道预制安装等，进入到第二阶段的基础材料生产工业化、预制产品工业化、现浇产品工业化等，进行工业化建造水平的全面提升，再到现在的第三阶段逐步实现智能建造，即工业化建造与数字化、智能化技术相互融合、相互促进，打造安全、优质、高效、可持续发展的现代桥梁建造产业体系。

　　以混凝土桥塔为例，混凝土桥塔应用广泛，在所有桥塔中的占比达90%以上。但当前钢筋施工存在效率低、劳动力需求大、安全风险高、工程品控难等不足。为此，提出桥塔钢筋部品快速装配化施工方法，即在钢筋加工厂内，通过钢筋自动化布料及定位、平面及立体弯折、自动绑扎及焊接等技术，全过程机械化完成钢筋网片生产，然后在专用胎架内完成整节段钢筋部品的组拼，再通过塔吊完成吊装与连接，最终实现大型桥塔钢筋装配化施工。

　　为实现桥塔钢筋部品化施工，需配套研发自动化生产线及智能设备、建立一套钢筋部品工业化成型全过程精度控制体系、提高现有钢筋构造工业化建造适应性等。

　　在工业化生产过程中，针对网片立体弯折生产线，研发了桥塔钢筋网片柔性制造生产线，研制了适于网片弯折成型的高精度主/筋定位及弯折机构，实现钢筋网片工业化生产；而对于块体成型生产线，研发了全自动钢筋片体柔性制造生产线、钢筋块体柔性制造生产线，集成钢筋片体一体化，焊接机器人、钢筋部品空间调节与定型等智能化技术，实现钢筋块体全自动化成型。

　　工业化生产也对精度提出了新的要求。为此，基于“单元件-网片/块体-部品”渐进理念，提出了钢筋部品化施工全过程精度控制方法，建立了混凝土桥塔钢筋部品制作安装精度控制标准。有了标准之后，要对其进行数字化监测。针对传统人工质量检测效率低等问题，引入图像识别、三维激光扫描等先进量测手段；针对钢筋单元件/片体，在生产线布设工业相机，利用深度学习和图像处理实时检测长度与弯折角度；针对钢筋块体与部品，通过激光扫描重建钢筋部品，捕捉实际几何信息并生产误差分析报告。

　　从具体的应用成效上来看，基于空间网片成型的钢筋部品化技术，可以将单张网片生产时间缩短为4h~6h，钢筋安装时间缩短至1d，确保每天1m以上的塔柱施工效率，如此，可以从钢筋保护层、混凝土外观质量、养护时间等方面，提高了混凝土桥塔建造品质。目前该技术已在深中通道、龙潭大桥、双柳大桥、渑析小三峡大桥等多个项目上推广应用。

　　以常泰长江大桥为例，该项目中首次采用了台阶型全钢沉井，平面呈圆端型平面尺寸:95.0m×57.8m，高64m；台阶宽9.0m，距底口43m，设计标高22.0m；沉井终沉标高为-65m，持力层为密实中粗砂层，沉井入土深度约50.5m。承台厚8m，底标高为-1m，井孔盖板安装在水下进行。

　　面对下沉机理及理论计算不明确、取土装备不适应、主动控制技术不成熟等技术难题，亟需开展技术攻关，实现可测、可视、可控的取土下沉。

　　在下沉机理方面，明确了多隔舱沉井支撑土体开挖深度、开挖宽度等参数对下沉端阻力的影响规律，提出了考虑沉井刃脚结构与支撑土体三维效应的下沉端阻力精细化计算方法；明确了沉井可控下沉与土体约束作用相互关系，提出了基于临界支撑状态的多隔舱大型沉井“台阶渐进式”下沉主动控制方法；在智能取土下沉方面，研制了机械臂水下定点取土机器人、履带式绞吸机器人、射喷钻机等盲区取土设备以及智能气举取土设备，形成了不同土层沉井取土下沉关键施工技术，实现了台阶渐进式精确取土与下沉安全控制。

　　为了更加智能化的控制沉井下沉，开发了基于“端-边-云”物联架构以及数字孪生的沉井下沉智能监控系统，系统可承载泥面标高、沉井姿态与应力、下沉阻力开云kaiyun、设备状态等关键参数，形成了贯穿沉井下沉施工全过程4D模型，实现沉井的智能化可控下沉。

　　最终的应用效果显著，日均下沉量达45cm，下沉倾斜姿态始终控制在1/150以内，沉井中心平面偏位约10cm。有效提升了沉井施工机械化、自动化水平，实现了可控、可测、可视取土下沉。

　　步履式顶推是一种模拟生物稳态行走的主梁施工技术发明。基于“竖向顶升-纵向推进-回落支撑-卸载回退”的循环工序，桥梁以步履方式进行施工，具有水平力小、适应范围广、自动化程度高等优点。

　　在沁伊高速黄河特大桥项目上，尝试进行智能化升级，即融合新一代信息技术，全面提升步履式顶推精细化、智能化水平。打造了桥梁顶推施工虚拟建造数字化平台，创新融合钢槽梁节段智能调位技术、钢槽梁节段U型环缝智能焊接机器人、新型分离式顶推设备、桥梁钢结构焊接质量智能检测技术、基于串联相机的柔性梁顶推线形监测技术等系列智能成果，在国内外首次应用实现了基于虚拟建造的新式桥梁顶推施工。

　　以工业化智能建造关键技术突破为发力点，以资源优化配置提高生产效率为目标，以产业升级为导向，发展新质生产力，推动高质量发展。根据这个指导思想，以混凝土这类产品要素为例，从创新的技术革命性突破入手，对生产要素进行创新性配置，大幅提升全要素生产率，最后实现产业深度转型升级。

　　在新材料技术方面，发明了基于颗粒堆积理论的绿色低碳混凝土胶材体系，减少碳排放达50%；发明了绿色生态UHPC材料制备技术，保证UHPC超高性能的同时，充分利用废弃骨料、尾矿渣等固体废弃物；发明了多元复合分时膨胀材料，降低混凝土收缩35%以上，有效防止混凝土开裂问题；开发了共聚物分子重组降低浆体粘度技术，发明了兼具降粘和保坍的高性能减水剂，显著提升了工程混凝土的工作性能和保坍性能。

　　在新装备新设备方面，研制了基于先进传感器技术、AI算法的混凝土智能检测传感器，聚焦混凝土物料质量、过程参数、工作性三个主要技术领域，实现了混凝土全程可测。同时，构建了料斗、料仓余料检测系统，研发了无人电动装载机、搅拌车，开发其智能集群调度系统，实现了搅拌站混凝土生产与运输的自动化和远程可控。另外，研制了基于机器人技术与3D相机技术的混凝土坍落度试验与试块成型机器人，实现了坍落度试验、试块成型标准化、智能化、无人化作业，质量可信。

　　在数据运用技术方面，开发了搅拌站综合管理系统、混凝土生产控制系统、物资地图小程序和配合设计工具箱。

　　除此之外，混凝土云工厂正在与企业项管系统进行数据对接，旨在提升项目管理颗粒度，积累丰富生产数据、管理数据，推动项目资源配置优化，创造数字化管理效益。

　　针对分类标准，建立混凝土工厂分级建设标准开云kaiyun，匹配项目管理与策划目标选择工厂软硬件，优化资源配置实现创效目标。目前已经建设A类工厂2个，B类工厂6个，C类工程103个。

　　搭建云工厂数字平台，基于各层级数据分析优化资源配置，提升混凝土要素（技术人员、设备、材料）生产效率。

　　平台可以提供的技术支持包括生产数据分析、配比优化建议、专家资源协调、科研需求建议等，以及平台将异常指标反馈给企业层，企业层协调资源并给项目层下达管理指令。

　　混凝土生产要素创新型配置后，从数字化生产、区域化供应、智能化配比、绿色化材料方面稳定了混凝土质量，降低了混凝土成本，减少了环境压力。

　　通过开展UHPC、绿色胶凝材料、固废利用、裂修复、特种外加剂等新材料技术研发和转化，打造高性能绿色低碳混凝土产业链、创新链。并且，不断开展智能传感、无损检测、无人生产关键技术研究，打造智能化、无人化工厂。同时，持续开展数据分析和价值挖掘，开发材料设计、生产控制等算法工具、迭代升级等数字服务，最终实现混凝土这类产品要素的产业深度转型升级。

　　对于桥梁工业化智能建造，回顾其完整的实现路径，可以按照“分要素、建车间、组工厂、建平台、强链条、拓产业”这六个步骤分别实施。

　　首先，将工程模块化，建立5个产品要素和2个生产要素；其次，以7个产品/生产要素为业务驱动，建立实体车间；然后，组合成柔性工厂将产品要素组拼为构件产品，协同完成桥梁工程/产品建设；并且，打造以BIM为基础的数字建造平台，串联7个产品/生产要素，形成新模式，为工程项目赋能；同时，挖掘价值链，培育专精特新企业，形成强健的产业链。最终，通过构建产业生态、培育产业队伍、制定行业标准，不断提升能力，形成良性发展，推动行业进步。开云kaiyun