智慧合枞 联通皖江——合肥至枞阳高速公路工业化智造探索

文/图 安徽交控集团建设管理有限公司 秦连飞

全长134公里的安徽合肥至枞阳高速公路（以下简称“合枞高速”），是国家高速公路网G0321德上高速的重要组成部分，也是安徽省“五纵十横”高速公路网中“纵三”高速公路的重要路段。项目聚焦工业化智能建造，在工业化设计、自动化生产、智能化管控方面开展科技创新和示范应用，实现了桥梁所有上下部构造的工业化，为高速公路工业化智慧建造探索出了新路径。今年6月28日，33.2公里的合枞高速吕亭南枢纽至枞阳北段正式通车，剩余百公里项目路段将于年内建成。届时，合枞高速将缩短合肥至皖南地区的路程，舒城县也将实现15分钟通达高速公路的目标，对支撑国家长江经济带发展战略，推进皖江城市带和合肥经济区发展，巩固脱贫攻坚成果，完善国家和区域高速公路网具有重要意义。

合枞高速桐城预制厂内景

创新是实现高质量发展的第一动力。作为交通运输部高速公路工业化智能建造技术科技示范工程、第一批公路BIM技术应用示范项目及平安百年品质工程创建示范项目，合枞高速创新使用了新一代“BIM+智慧工地”信息化施工管控技术，围绕桥涵结构物工业化设计、预制构件自动化智能制造和基于BIM的项目建设智慧管控等方面，系统开展综合创新和示范应用，形成了一套高速公路工业化智能建造可复制、可推广的技术成果，节省永久性占地28万平方米，提升工厂化预制工效50%、装配化安装工效30%，为高速公路工业化智能建造探索出了一条新的路径。

生产省时 管理省力

今年初，在合枞高速桐城预制厂的偌大厂房内，一片T梁正在进行着它的智慧之旅。

工人们正在T梁胎膜上绑扎钢筋，排列在厂房两边的数控弯箍机“咔嚓、咔嚓”地从“嘴巴”里向外吐着钢筋构件。工人取走构件并一一摆放在“货架”上——这里像极了一个钢筋构件超市，不同构件被分门别类、码放整齐。此时，一台台机器人焊接机也在各自“聚精会神”地干着活，“嗤嗤”的电焊声不绝于耳，汇入忙碌而有序的劳动音符里。

“起！”胎架绑好钢筋后，随着操作手老陈的一声令下，钢筋台架被吊放在胎模内，“咕噜、咕噜”声由远及近，一个装载着混凝土的鱼雷罐沿着悬空钢轨，准确地停在了胎模上方。随着工人们将混凝土注入到胎模内并完成振捣等一系列工序，预制好的T梁又被顶推到蒸汽养生车间内，“得嘞，你在这修养几天吧，下一个！”

当老陈和工友们在钢筋加工车间流水线上工作时，钢筋实时生产和测量的数据就被同步汇聚到了合枞BIM（建筑信息模型）管理平台上。

“实时产生数据汇至数据中心，可以使各个应用之间实现数据的互联互通，同时平台还可将关键指标、数据及分析结果集中呈现给项目管理者，一旦平台识别到问题即刻预警，从而实现管理者对施工现场的数字化、在线化、智能化管理。”合枞项目办总工程师朱玉介绍说。

在预制标桐城分厂轻型T梁生产线上，T梁生产在“原材-拌和-布料-振捣-蒸养-张拉-压浆-梁体激光三维扫描-喷淋-梁板存放”等生产过程中所产生的数据，能够被自动应用到质检资料表格中，一改传统人工手填纸质版资料的现状，做到数据真实、节约人工成本。

经测算，相较于传统施工工艺，板式预制构件自动化流水生产线产能不低于每天64片，工效提升了50%；10条梁式构件自动生产线实现了从混凝土拌和、运输、布料、振捣等工序的被动操作向自动控制的转变，产能不低于每天8片，工效提升了40%。

从事工程管理工作40多年的安徽交通控股集团有限公司副总工程师，安徽省合枞高速公路有限责任公司党支部书记、董事长郑建中参与见证了安徽高速公路建设从无到有、从弱变强的发展历程，他说：“随着当前信息技术、工程建造工艺的快速发展，我们也必须在工程管控手段上与时俱进，探索出一条信息化、高效管控模式，这与交通运输部赋予合枞高速全寿命周期BIM示范的要求是不谋而合的。”

合枞高速孔成河大桥

在合枞B I M 大数据管理平台上，由20万个模型构件、1000多万组数据信息量建立形成了合枞高速134公里的三维模型。“这是什么概念呢？就是在虚拟网络中建造了一条合枞高速，每一个构件、每一处涵洞、每一条管线都有编号，清晰可查。”朱玉介绍，将大数据应用于施工现场、施工车辆及手持终端等智能设施、设备上，就把施工的虚拟现实联系起来了，现场施工的每一步、生产预制构件等信息都会和平台信息对应起来，使施工进度、质量安全一目了然。

合枞项目将BIM技术与智慧工地技术有机融合，BIM协同管理平台作为项目建设的“大脑”，是参建各方在公路建设期进行协同工作的主平台；智慧工地平台作为工程建设的“触觉系统”和“执行系统”，承担工程建设现场数据感知与执行的任务。

通过BIM协同管理平台与智慧工地平台的有机融合，使信息流的“感知-分析-决策-执行”实现串联，从而达到缩短决策周期、实现智能管理的目标。“如果说工厂化推动了农民工向产业工人的过渡，那么‘大数据+智慧工地’应用就是助推工程管控模式由传统向现代化转变。”郑建中说。

创新驱动 资源集约

借助于智慧管控，合枞高速项目致力于“全线零现浇”建造理念，通过标准化设计、工厂化生产、一体化安装，形成了装配式通道、桩板式路基、轻型T梁、钢板组合梁、窄钢箱组合梁、模块组合斜拉桥等系列产品，涵盖了5米至500米跨径箱梁的工业化建造技术，全线近40公里的各类结构物，100%实现工业化。

首创常规跨径新结构

合枞高速共设68座全线装配式下部结构桥梁，占全线桥梁的82%。针对该特点，项目办首创常规跨径新结构——由装配式下部结构和预应力管桩组合而成的带插槽结构，具有构件标准化、工厂化，结构高强化、轻型化，安装便利化的特点，综合效益显著。

相较于中小跨径桥梁多采用混凝土箱梁和密肋T梁等结构形式，项目方开发应用了一种钢板组合梁，创新性提出了等截面简支-钢桥面连续轻型T梁结构，其中钢梁构件与桥面板及轻型T梁均采用工厂化预制、装配化施工。

合枞高速沿线耕地多，取土困难。对此，项目方创新采用桩板式结构道路，与高速公路填土路基相比，桩板式结构道路节约用地约每公里4万平方米，全线13公里采用桩板式路基结构，仅此一项，节省永久性占地28万平方米。

创新小跨径结构建造方法

传统公路通道存在结构承载能力差、施工工期长、成本高、质量控制难、结构与路堤施工相互干扰等问题，同时在严重缺土且对耕地占用规模较大路段，借方困难问题也很突出。为了解决这些问题，项目方采用通用四构件分块模式，在工厂集中化预制，现场逐块分段装配，进一步缩短工期，压缩成本。在解决借方困难问题上，项目方也有妙招——以桩板式结构道路替代填土路基，可大幅减少路基占地和取土场占地。

首创模块化斜拉桥工业化技术

作为合枞高速的控制性工程，孔城河特大桥主桥为不对称柱式独塔-大悬臂脊骨梁斜拉桥，主跨采用钢结构，边跨采用钢混组合结构，主梁和塔柱均采用模块化节段拼装施工方式。

模块化斜拉桥结构应用，在满足工业化建造需求的基础上，能够取得很好的经济效益，解决了常规斜拉桥无法工业化生产、施工控制难度高等问题，填补了大型桥梁装配化技术的空白。

合枞高速预制工厂

通过对工业化建造系列技术的综合应用，项目共计节约水泥16.1万吨、水13.9万立方米、砂石61万吨、钢材3.9万吨，节省永久性占地28万平方米。同时，为了配合工厂化生产，项目方还研发了一系列一体化安装配套设备，极大提高了制造、安装、检测的效率和精度。

为适应工业化建造产品在山区高速公路中的推广使用，并符合桥梁立柱、盖梁、梁板一体化安装架设的施工工艺要求，项目办在现有架桥机设备基础上改进和完善，开发出了适合钢板组合梁桥和轻型T梁桥的桥梁上下部构造一体化施工装备及施工技术。这些装备不仅解决了墩身安装、盖梁安装与预制梁板安装功效不匹配的问题，相较于传统施工工艺，工效还提高了30%。

示范引领 应用推广

作为交通运输部高速公路工业化智能建造技术科技示范工程，合枞高速在建设过程中所积累的工业化智能建造经验，正在被全行业共享。

项目方与全国多地相关单位、专家代表就工业化智能建造技术开展了多达上百次的交流研讨及现场观摩，同时举办了“第三届桥梁工程创新技术论坛暨新基建背景下智能桥梁建造技术交流大会”“2021数字化转型及应用技术论坛暨交通BIM协同创新共同体年会”等两次行业级技术交流会，以及两次省级技术交流会。除此之外，项目方还通过科研成果向全行业推介实践经验。

为支持科技示范工程应用，项目方先后开展12项科研任务，其中一项入选2021年省级科技重大专项项目，两项入选交通运输部重点科技项目清单，两项入选安徽省重点科技项目清单。同时，项目方还形成一系列可推广的标准及指南，包括：BIM技术应用、工业化建造标准规范5项；桩板式结构道路施工、桥梁梁板构件的自动化生产等省部级工法两项；桥梁梁板构件流水线、模块化组合结构斜拉桥设计施工、上下部构造一体化施工技术指南5项。

未来，合枞高速的示范引领效应还将持续释放，项目办对于提升公路建设技术水平、贯彻全寿命周期理念、构建成套的公路工程工业化智能建造技术体系将发挥积极意义。