建筑技术丨面向转体桥施工质量控制的智能建造技术应用

针对福清市清繁大道施工项目的施工难度，本研究提出面向转体桥施工质量控制的智能建造技术应用方法。形成智能建造技术与转体桥施工的融合机理，总结关键施工工艺及其质量控制要点，实现施工方案的高效精准实施。最终，将研究方法应用于项目实际施工过程，形成转体桥施工全过程智能化管控流程。

1 工程概况

福清市清繁大道连接福州新区“两纵”综合交通体系，是沈海高速和长福高速两大重要交通枢纽。该项目的建设将促进以福州新区为核心的综合交通体系的形成，对推动福州新区与福清城区以及元洪投资区等地的融合发展具有重要意义。

项目为城市快速路，设计主路线位起点为汽车专用线三期狮山隧道东侧洞口处，沿途依次与融宽环路、既有杭深铁路、福泽大道、长福连接线等道路（铁路）相交，止于长福连接线。主线全长4.79 km，本项目主要涉及道路工程、桥涵工程、隧道工程、排水工程、电力排管、照明工程、交通工程等。

跨杭深高铁线转体桥位于福清市玉屏街石井村内，主要跨越杭深线高铁，跨杭深高铁高架桥中心里程为ZK0+494.9、YK0+511.2，孔跨布置：左线：3×25 m+3×40 m+2×85 m（转体）+4×30 m+4×30 m现浇混凝土连续箱梁、T构，右线：3×25 m+2×85 m（转体）+3×30 m+3×30 m+4×30 m钢筋现浇混凝土连续箱梁、T构。下部结构为桩基础，主线桥左线7号桥墩及下部结构和第三联箱梁转体施工，右线4号桥墩及下部结构和第二联箱梁转体施工，其中转体部分直接横跨铁路线。

1.1 项目施工条件

1.1.1 道路交通状况

项目向西连接沈海高速出口，向东可直达海口镇及元洪投资区，向南经融宽环路可通往福清动车站；项目区域内与清繁大道跨杭深铁路立交工程处于平行通道的道路主要有沈海高速、G324线、清荣大道；与之相交的现状道路主要为汽车专用线、玉井路、横一路、横二路；清繁大道(杭深铁路~长阜高速)东延伸段道路工程北侧为山地、乡村等用地，南侧以元华路、省道（S201）作为福清城区东西向的主要联络道；沿线不存在以村道、机耕路等为主的其他现状城市道路。

1.1.2 项目周边地势情况

项目周边用地大多为非建设用地，多为山体、农村居住用地及农田，本项目地形复杂多样，主要由现状山体、农耕田、部分村落及现状县道（村道）组成，高差起伏较大，约3~162.7 m。项目起点汽车专用线三期狮山隧洞东侧洞口处，西接汽车专线，桩号ZK1+065~ZK1+923 段现状土地坪山体，山体最大标高约162.7 m；桩号K2+800~K7+500段大部分沿北侧山脚向东延伸，大部分为现状旱地及农耕地。因道路路线所在地形复杂多样，沿线不均匀分布有现状村落、房屋及坟墓等。

1.1.3 项目周边水系状况

沿线无河道、湖体等大型自然水系，主线T构转体桥于福厦铁路西侧跨越规划玉峰溪排涝工程，整体而言地块开发程度较轻，综合径流系数较低，地表排水顺畅，无淹涝现象，地块内无现状雨水管网系统，排水主要依靠地面漫流、渗透及部分沟渠自然排放。

1.1.4 给排水管网及电力管线情况

根据现场调查融宽环路道路一侧人行道下敷设有DN 200~DN 300给水管，DN 400污水管网，在道路两侧辐射DN 600~DN 800的雨水管。其余项目范围沿线现状北侧大部分路段为山体，南侧沿线有山体、菜地、村落、果园等，沿线未发现现状管网。根据现场调查融宽环路大部分道路两侧人行道下双侧布置12+1孔电力管线。一路5孔通信管线，沿融宽环路中间分隔带的西侧敷设，其余项目范围沿线现状北侧大部分路段为山体，南侧沿线有山体、菜地、村落、果园等，沿线未发现现状管网。

1.1.5 既有杭深铁路情况

既有杭深铁路属国铁I级双线电气化铁路干线，满足开行双层集装箱条件，客车采用动车组，以CHR1/CHR2系列为主。杭深铁路情况见表1。

表1 杭深铁路情况

1.2 项目施工重难点

项目工程特点总体概括为建设工期紧、涉铁工程施工干扰大、交通疏解组织难度大、雨季影响时间长等几方面。项目的控制性工程为跨杭深铁路2~85 m T构转体桥，项目主要控制要点主要有：既有杭深铁路、狮山隧道、石井村、融宽环路、东环路、成品油管线、规划玉峰溪河道、土地坪隧道、福泽大道、规划路、秋香陵、长福高速连接线等。

（1）工期紧、施工组织要求高。项目施工工期为730日历天，施工任务重，包括结构主体工程、给排水工程、机电工程、交通工程等。本项目以上跨铁路转体桥、隧道工程、互通工程为主线，以上跨铁路转体桥为重、难点工程，施工生产时突出主线、兼顾其他，实现多个工作面平行作业，各施工队间平行作业，队内流水作业。

（2）转体桥及隧道工程涉及铁路营业线，施工干扰大。主线上跨杭深铁路转体桥、隧道爆破施工、成品油管道保护工程均涉及营业线施工，施工中严格按照营业线施工计划组织施工，施工过程确保铁路运营安全，施工安排以不中断行车及影响行车运营为基本原则，合理安排施工工序，缩短行车干扰时间。

（3）交通疏解组织难度大。项目起点至上跨杭深线前改造既有道路，设计半互通式立交。设置A、C匝道与东环路连接线、融宽环路平交，A匝道与东环路连接线平面T形交叉，下穿主线转体桥，终点与清繁大道左线合流，设计右转单车道C匝道从B匝道分流，于交叉口位置与东环路连接线、融宽环路进行平交，设置B匝道起点从清繁大道右线分流，以高架形式上跨东环路连接线与融宽环路平交口，于横一路进口段上落台，终点位置顺接横二路与融宽环路平交口。该段工程施工与多条道路交叉、衔接，且主干道行车密集，施工干扰大，交通疏解时间长。

（4）施工受气候影响大，工期紧张。本线地处南方中亚热带大陆性季风湿润气候区，多年平均总降雨量1 395.1 mm，雨季为6个月，有效施工期短。为满足工期要求，除部分工程需安排雨季施工外，对各专业工程需进行周密组织、合理安排、协调施工，确保工期目标。

2 智能建造及其在施工中的应用

2.1 智能建造技术的应用价值

根据本项目的施工条件，施工过程存在着管控要素多、工序重叠工艺烦琐及质量风险关联性强3个难点。智能建造技术具有高精度、动态反馈、实时评估等特点。在转体施工过程中，智能建造技术存在精准映射、实时交互与动态管控和信息共享程度高的特点。

基于智能建造的技术特点，可以有效规避上述难点并保证工程的顺利进行。在施工方案的规划阶段，利用智能建造技术精准映射的特点，建立施工工艺的三维可视化模型，并以动画的形式呈现各个施工工序的操作流程，明确构件之间的空间位置关系和施工指令之间的交互关系。

在施工过程中，利用智能建造技术实时交互与动态管控和信息共享程度高的特点实现施工过程的虚实交互与优态控制。一方面，实时采集施工现场的施工信息，如桥体位置、构件受力和设备运行等数据。另一方面，根据施工方案规划过程中获取的最佳方案，同施工现场采集数据进行对比，保证施工的一致性。

2.2 智能建造技术与转体施工的融合机理

智能建造技术在转体桥施工阶段起到了精准映射、实时交互、动态管控和信息共享的作用。智能建造技术转体桥的施工过程提供了三维可视化模型支撑技术方案交底，同时进行各类施工方案的模拟最终输出最佳的施工指令，驱动实际的施工过程。在实际的转体桥施工管理过程中，采集施工信息，对比获取施工偏差。根据偏差捕捉施工质量安全风险。智能建造技术精准输出控制指令，施工管理现场进行信息的实时反馈，由此形成了智能建造技术与转体施工的融合机理，如图1所示。

图1 智能建造与转体施工的融合机理

3 智能建造技术驱动的转体施工智能化管控

3.1 转体施工流程

在本项目转体桥的施工过程中，主要有以下关键施工流程及其注意事项。

（1）桥体的构建应在无雨、无雾、无风的4级天气条件下进行，因此应根据天气条件选择转体桥的施工时间。

（2）本桥梁双幅同时转体，根据南昌铁路局有关规定，桥梁转体时采取对上下行线路同时进行封锁施工。根据转体角度58°减去试转角度10°，正式转体角度48°，双幅同步一次转体到位。

弧长为5.86 m。根据设计规范要求，转体角速度按0.02 rad/min≈1.15°/min。则完成48°转体所需时间为42 min，接触网断电时间15 min，转体总时间57 min。在转体桥施工之前，采取周密的组织和科学措施，以确保转施工作业如期进行。调整横向倾斜度和轴向、纵向横向挠度，完成抄垫安装，调整上下圆盘之间的水平位置，旋转体安装妥当后将其拧紧固定在底盘上。

每个旋转体外壳用6个锁紧脚插入上下圆盘之间的托盘中，托盘上表面的底面用间隙为20 mm的专用托盘进行调整，旋转体外壳设计精确到位后，要用钢楔复制固定轴承，用钢楔对钢脚板进行焊接，钢脚的顶板应紧接事先集成到盆中，以提供一个完全焊接的接头，确保旋转体组件不发生位移。清理、蚀刻结构上表面，焊接插入转盘的上下钢筋，安装钢筋，向模具中浇注密封混凝土（C55微膨胀混凝土），制作下平台和上转盘。用振捣密实的混凝土浇筑框架，以确保球铰链的密封性。

3.2 转体施工过程智能化管控流程

以施工过程某一标段为例，形成了智能化管控流程。以虚实交互的形式精准指导施工全过程，保证了施工的质量和安全。根据智能建造技术特点，在虚拟空间中建立三维仿真模型，输出构件之间的空间关系，并模拟施工方案，及时发现质量安全风险。通过多次迭代施工方案，获取最佳施工指令，作用于施工现场。在虚拟空间中形成施工指令的动画，进行高效技术交底，降低施工的复杂度。在施工过程中实时采集和反馈关键控制要素，通过对比虚拟模型中最佳方案的施工参数，及时调整施工方案和工艺操作。以虚实交互的形式提高了施工质量，规避了安全风险。同类似项目对比发现，本研究方法在施工项目中的应用规避了20%质量问题，节约25%的施工成本。

4 结论

（1）针对转体施工过程中存在的安全和质量风险高、管理模式粗放等问题，以福清市清繁大道施工项目为例，提出了基于智能建造技术的转体桥智能化施工管理方法，并根据施工条件，总结了施工难点，即管控要素多、工序重叠工艺烦琐及质量风险关联性强。

（2）为保证施工的顺利进行，形成了智能建造技术与转体施工的融合机理。根据智能建造技术特点，建立了智能建造技术驱动智能化管控机制。

（3）探索了智能建造技术驱动的转体施工的智能化管控。依据施工现场的工作流程，依托智能建造技术建立虚拟仿真模型，进行施工全过程工艺的模拟分析，形成最佳施工方案。以虚实交互的形式提高了施工质量，规避了安全风险。同类似项目对比发现，本研究方法在施工项目中的应用规避了20%质量问题，节约25%的施工成本。对比施工现场与仿真模型的信息，保证了施工的一致性。