鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究

2023年12月13日發(作者：潘瑋柏的歌)

-

本刊特稿鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍（中國國家鐵路集團有限公司，北京100844）摘要：目前橋梁智能建造著眼于問題導向，側重于具體場景應用。為進一步促進橋梁智能建造向更高級階段的縱深發展，闡述橋梁智能建造是面向全生命周期管理系統性變革的本質內涵；在智能高鐵體系架構下，基于“模數驅動、軸面協同”的智能高鐵建設運營管理系統模型，依托信息流、數據流的流通主線，建立包含技術生態、管理生態和數據生態的智能建造場景，形成注智、賦能和使能的動態循環機制；明確橋梁智能技術生態包含虛擬建造與輔助決策、施工過程精準管控與追溯、建養共融聯動，分析橋梁智能數據生態側重于數據互聯、算法、數據質量及數據分析與應用，驗證以標準為支撐、模型為基礎、數據為核心、協同是關鍵的智能建造框架，分析鐵路橋梁智能建造典型應用案例。研究成果為橋梁智能建造服務能力的系統性、全面性升級和數字經濟橋梁產業發展指引方向，也為鐵路橋梁標準化管理的進階發展提供有益嘗試。關鍵詞：鐵路橋梁；智能建造；生態；數據；虛擬建造；建養共融中圖分類號：U442文獻標識碼：A文章編號：1001-683X（2021）09-0001-10DOI：10.19549/.1001-683x.2021.09.0011概述作為引領未來的創新性革命，智能技術的發展已構的核心，明確了智能建造、智能裝備、智能運營三大板塊，勘察設計、工程施工、建設管理、移動裝備、通信信號、牽引供電、檢測監測、客運服務、運輸組織、養護維修10個領域，18個方向，N項創新和1個平臺的分類分層設計。全面感知、泛在互聯、融合智能京張和智能京雄的建設及全面開通，正式開啟了中國智能高鐵建設新篇章，形成了新智能建造模式，探索數字孿生交付，智能高鐵概念正加速落地。橋梁是鐵路線路的重要組成部分，橋隧路軌智能化施工是智能建造技術體系18個方向之一，統籌于智能建造板塊，與“第三代橋梁工程”的構想不謀而合［4］。我國高速鐵路建設過程中，多采用“以橋代路”經進入具有深度學習、跨界融合、人機協同、群智開發及自主操控等特性的新階段，智能技術的快速更迭為鐵路行業的發展注入新活力。中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）高度重視鐵路信息化、智能化發展，制定了鐵路工程建設信息化總體規劃，明確打造精品工程、智能鐵路、綠色鐵路的建設目標。圍繞智能高鐵的建設與運輸服務需求，構建了由技術體系框架、數據體系框架和標準體系框架組成的智能高鐵體系架構［1-3］。智能技術體系框架是智能高鐵體系架作者簡介：王同軍（1964—），男，副總經理，正高級工程師。處理、主動學習、科學決策是其顯著技術特征。依托CHINARAILWAY2021/09-1-本刊特稿方式。橋梁占線路里程比例平均約54%，最高達91%。大規模鐵路建設給鐵路橋梁發展帶來蓬勃生機：從標準跨度簡支梁、預應力混凝土連續梁、百米跨左右鋼桁梁，發展到跨度100～300m各類型組合結構、500m級大跨度拱橋、千米級跨斜拉橋及懸索橋順利投入運營；根據2020年統計，跨度100m以上高鐵橋梁600余座近千余聯，跨度200m及以上的達110余座，超過400m的25座，超過500m的11座，超過1000m的3座，橋梁跨度不斷增大，新結構、新工藝、新材料不鐵路智能建造技術發展和應用的完美詮釋。為了更好地豐富橋隧路軌智能建造方面的創新應用，伴隨我國川藏鐵路的高質量建設目標和全生命周期管理需求，有必要梳理總結我國鐵路橋梁智能建造應用現狀，進一步分析智能建造的本質內涵，發展橋梁智能建造生態，明確橋梁智能建造技術發展方向，促進鐵路橋梁智能建造向更高階段快速發展。斷涌現，不僅體現了國家工業水平的持續提升，也是鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍支模安全監測等；在鋼結構橋梁制造中推動新型工裝、先進設備及智能系統應用，如無碼組裝胎架、全自動鋼板預處理生產線、三維劃線機、龍門三維數控鉆床、焊接機器人、數字化套料系統、焊接群控、虛擬預拼裝、物料跟蹤系統等［7］，架設期間采用施工工藝智能管控、高強度螺栓連接施工智能控制［8］等；搭建基于BIM的施工管理系統，利用其可視化、模擬性特點，開進行有效管控。諸多信息化系統大大豐富了橋梁智能建造應用場景，實現了關鍵工序質量管控，有力促進了橋梁建造技術和管理水平的提升。現階段橋梁智能建造以“云大物移智”等新一代信息通信技術集成為主，側重于感知階段，信息化應用處于點狀向線狀發展，暫未對橋梁建造領域產生系統性變革；智能應用研發推廣仍以國鐵集團和建設單位為主導，面向施工單位、運維單位用戶的服務思維相對欠缺，應用價值增值性體現不明顯；盡管替代了部分重復性體力勞動，幫助完成以前無法完成或風險較大的工作，積累了海量數據，但數據的利用和分析能力相對薄弱，即多用于記錄和追溯而非利用和反饋提升。因此，橋梁智能建造應用仍處于初、中級而非中、高級階段，需結合人工智能、數字孿生等通用技術發展，深化橋梁智能建造關鍵專用技術的應用。展橋梁施工方案優化，對橋梁施工質量、安全、進度22.1鐵路橋梁智能建造本質特征橋梁智能建造應用現狀為了推進鐵路信息化發展，從2013年起，原中國鐵路總公司著力打造新一代鐵路工程管理平臺，為各建設業主和參建單位提供鐵路工程建設信息化的規劃咨詢和整體解決方案。經過近8年的發展，目前已發展成為V1.1版。平臺中橋梁智能建造應用的標準化配置涉及拌合站、試驗室、樁基施工管理、連續梁線形監測、梁場生產管理（含預應力自動張拉、管道壓漿、靜載試驗）、隱蔽工程影像、橋梁進度形象化等［5］。鐵路橋梁形式多樣，不同橋型材料不同、施工工藝不同，使得橋梁智能化施工應用不盡相同。除了標準化配置外，各參建單位積極發揮主觀能動性，結合重點工序業務充分挖掘數字化、智能化應用潛力：在混凝土橋梁中已通過BIM技術、自動養護、鋼筋數控加工、設備監控等升級智能梁場2.0［6］，打通預制箱梁的運架智能管理，形成簡支箱梁制運架全流程技術應用；試點應用基于BIM+GIS的橋梁裝配式一體化管理，實現對裝配式管樁、墩身、墩帽、橋面系從出廠到施工的全過程監管；發展了大體積混凝土自動溫控、高2.2面向全生命周期管理的橋梁智能建造鐵路全生命周期管理是指將鐵路工程規劃、建設、竣工驗收及運營維護作為一個有機整體，采用集成化的管理組織模式、管理方法及先進的管理手段，通過標準體系的建立和新技術、新工藝、新材料、新設備推廣應用，統籌協調各環節的均衡發展。全生命周期管理是基于建設為運輸服務的目標導向和結果導向為基礎，從源頭抓起，重視過程控制，通過建立物理、信息、價值三位一體的高度集約化管理模式，進一步提升為工程建設和使用增值服務水平，最終實現鐵路工程建設項目在其全生命周期內的最大使用效益、最長使用壽命及最低綜合成本的目標。鐵路全生命周期管理不是鐵路建設各階段的物理揉合和簡單疊加，而是一種既能反映各階段目標需求與管理特點，又能體現以實現預期運營目標為期望的-2-CHINARAILWAY2021/09鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍本刊特稿數字世界同生共存、虛實交融的格局，為標準化管理的進階發展和服務能力提升提供重要支撐，是“模數驅動、軸面協同”理念在鐵路橋梁建造的具體實踐［9］。集成協同管理模式。為此，鐵路全生命周期管理內涵是以安全質量為核心，數據流為主線，以BIM+GIS、物聯網、云計算、大數據等為主要技術特征，以標準為行為規范，以協同設計、建設和運維管理平臺為載體，形成一套信息空間與物理空間之間基于數據無損流轉的狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行的閉環賦能體系，解決鐵路工程全生命周期的復雜性和不確定性，實現鐵路基礎設施的數字化、智能化，這與國鐵集團提出的“探索構建基于全生命周期的鐵路建設管理新模式，為打造精品工程、智能鐵路、綠色鐵路提供有力支撐”一脈相承，全生命周期管理與智能鐵路的理念共融相通，前者指引后者發展方向，也是后者實踐的必然結果。面向全生命周期管理的先進理念，鐵路橋梁智能建造外延除了各個點狀應用外，還應從系統論和實踐論的角度重點關注以下幾個方面：（1）對橋梁建設中“人、機、料、法、環”等要素進行全面透徹的信息感知，提供更優質、更主動的交互及廣泛、深度、安全可信的互聯互通，將橋梁物理空間的數據不斷傳遞到信息空間，實現信息和資源的虛實共生。（2）對感知和共享的海量數據信息進行有效存儲、分析，形成對鐵路橋梁工程建設質量、安全、效率等要素的實時分析，并基于自主學習實現動態評定。（3）以BIM+GIS技術為數據載體，實現橋梁全生命周期數據湖與具體橋梁建造過程的深度融合、傳遞與反饋，基于數據驅動、模型驅動、知識驅動等方法，逐步進行從數據到信息到知識直至智慧的迭代發展，構建鐵路智能建造新模式。（4）探索建立智能服務認證體系，建立以施工、運維實際用戶為中心的服務質量評價制度，明確評價主體、對象、周期、方法、反饋機制等內容，制定服務質量評價模型、指標、流程和標準。上述特征突出了以數據流和施工組織為雙主線，利用先進技術高質量高效率完成施工組織要求，基于平臺實現全要素數據的自動采集、上傳、存儲，通過標準體系實現數字化要素的互聯互通，為綜合分析和智能決策提供基礎，最終形成物理維度的實體世界和信息維度的2.3橋梁智能建造生態目前橋梁智能應用往往是碎片化的，著眼于問題導向，側重于具體場景應用。未來發展不是依靠孤立技術發展或局部場景應用，而是依托信息流、數據流的流通主線，協調整合不同技術，將全生命周期不同業務場景、類型主體、模型數據有效貫穿于整個產業鏈。橋梁智能建造技術體系突出以標準為支撐、模型為基礎、數據為核心、協同是關鍵。通過建立鐵路工程基礎數據標準和橋梁工程智能建造應用標準體系，規范數字資產交付；以BIM+GIS、云計算等基礎技術構建協同設計、建設、施工、運營管理平臺，通過全方位、多層次、鏈條化的智能場景應用，將信息空間產生的決策轉換成物理實體可執行的命令，使橋梁物理體建造更加優質高效，產業鏈資源分配更加合理。面向鐵路橋梁建造中“人、機、料、法、環、成本、交付”全要素，橋梁智能建造框架蘊含三大場景，即技術生態、管理生態和數據生態（見圖1）。技術生態虛擬建造與輔助決策施工質量精準管控與追溯協同整合建養共融聯動BIM互為促進人工智能邊緣計算…………跨專業跨部門跨階段跨平臺……管理生態標準鐵路橋梁建造全要素算法算力人機料法環成本交付交易互聯互通數據生態圖1橋梁智能建造生態組成（1）技術生態（注智）：橋梁智能建造技術包括關鍵通用技術和專用技術。關鍵通用技術包括BIM、物聯網、人工智能、邊緣計算等；根據施工環節和實施方式不同，專用技術主要體現在虛擬建造與輔助決策、施工過程精準管控與追溯、建養共融聯動三方面，三方面是在基于領域知識的智能技術、無人工地智能技術CHINARAILWAY2021/09-3-本刊特稿和全生命周期信息一體化協同技術框架下，通過智能應用深度化、智能裝備系列化和智能建養一體化等，形成終端注智、應用注智，打造橋梁智能建造技術生態。（2）管理生態（賦能）：不僅考慮橋梁工程本身產業鏈的協同，更強調跨專業、跨部門、跨階段和跨平臺的協同合作與集成融合。與過渡段專業（橋隧/路橋過渡段）、四電專業（接觸網）等在施工工序上的節點銜接，實現不同專業間工程接口界面的協同與集成；通過部門間的協作配合及不同平臺間的數據流轉及信息共享，大大降低溝通成本；加強完善運維提前介入和建養一體化應用，實現不同階段的協作配合，加強橋梁工程全生命周期服務和配套體系建設，實現要素等資源智能配置的管理生態。（3）數據生態（使能）：“數據”正在變為“數智”，“數字化”正加速轉向“數智化”，數據、算力和算法交叉融合，催生數據價值的持續挖掘。數據生態中，安全和算力是基礎，標準著眼數據治理能力，算法針對數據利用水平，交易致力橋梁數據經濟，最終通過開放的平臺架構形成完整橋梁數據生態，為橋梁結構全生命周期的安全性、可靠性、耐久性等方面使能，推動形成真正的、落地的人工智能算法，實現從“數”到“智”的飛躍。橋梁智能建造生態框架與智能高鐵體系框架對應關系見圖2。可見，橋梁智能建造的技術生態、管理生態與數據生態分別與智能高鐵的技術體系框架、標準體系框架和數據體系框架相匹配。通過技術升級+管理重塑+數據挖掘的動態循環應用，引領解決復雜嚴酷多樣環境橋梁智能建造系統性變革，對實現橋梁綠色建造、生態建造目標等進行賦能和使能。管理平臺是分層級的，目前鐵路工程管理平臺服務方主要為國鐵集團和建設單位，橋梁施工方本身仍需結合自身實際情況和管理特點構建一個滿足自身應用需求的施工管理系統，該系統可與鐵路工程管理平臺互聯互通。管理生態是一個共性問題，不僅面向橋梁專業或鐵路工程20余項專業的管理，而是整個鐵路復雜巨系統的統籌協調，以實現管理效率與效益的整體最優化，所以著重對鐵路橋梁智能建造技術生態與數據生態進行分析。關系任務應用展示智能高鐵數據體系框架數據匯集存儲分析鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍智能高鐵技術體系框架智能建造智能裝備智能運營智能高鐵標準體系框架技術生態數據生態管理生態模數一體數字化交付動態循環橋梁智能建造生態通用基礎與管理標準智能高鐵應用標準平臺及支撐技術標準圖2橋梁智能建造生態框架與智能高鐵體系框架對應關系33.1鐵路橋梁智能建造技術生態虛擬建造與輔助決策虛擬建造是實現特殊復雜橋梁結構數字孿生的重要措施，通過對大橋設計、制造、施工關鍵工序的任務、關系進行虛擬仿真，基于實物+虛擬方式進行數字化驗證，在考慮建設任務基礎上，納入因果、條件、時空等邏輯關系和協同機制，實現不同工序的重大安全隱患可減、關鍵風險可控和知識工程累積，構建柔性生產方式，包括柔性化設計、柔性化施工、柔性化管理。面向全生命周期管理的虛擬建造定位見圖3。柔性管知識理制造設計數字化交付架設數字化孿生智能化運營虛擬建造圖3面向全生命周期管理的虛擬建造定位虛擬建造可在面向全生命周期的大橋虛擬設計、施工多維度可視化模擬及面向未來運營的提前驗證等方面進行探索，這些內容皆涉及不同建設任務之間、建設任務內部關系，以及知識工程的交叉融合。3.1.1面向全生命周期的虛擬設計面向全生命周期的虛擬設計體現在以下3個方面：（1）BIM正向設計。全生命周期管理首先是設計，-4-CHINARAILWAY2021/09鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍本刊特稿應用BIM技術開展橋梁結構全過程的正向設計［10］和多專業系統性設計，打通復雜結構參數化BIM設計、BIM與結構分析計算協同、BIM模型出圖等，從源頭上規避差錯漏碰，厘清與其他專業的接口交叉。（2）可達、可修和可檢理念落地。結合無人化、少人化的管養發展趨勢，應實現橋梁所有構件的可達、可修和可檢，設計之初應提前規劃結構檢查通道，規劃或預留智能檢修裝備的安裝位置、運行軌道、供電及數據傳輸線路等，涉及措施布設的合理性、科學性。這些內容可通過虛擬建造進行提前模擬、規劃、驗證和完善，避免后期不必要的二次施工。（3）可更換部件施工工藝驗證。針對復雜惡劣服役環境，如何應對可更換部件（如索夾、吊索、支座等）服役期間的加固更換是運營管理面臨的重要事項，考慮工作任務、配套機具及對應風險，融合VR、AR等技術，為設計是否考慮后期操作提供直觀驗證，對大橋健康管理進行虛擬評估。（a）走行模擬13.1.2施工多維度可視化模擬施工多維度可視化模擬主要應用3個方面：（1）通過建立的三維模型將施工工藝、關鍵節點等施工過程以三維動畫的形式展現出來，不僅能直觀、簡潔地展示施工工藝，實現可視化交底，而且可以進行不同結構構件的碰撞分析、施工可行性分析等（見圖4）。（2）利用已有三維模型，結合施工進度計劃的時間屬性，細化EBS結構分解，形成4D進度模擬，關聯施工過程中的“人、機、料”清單定額，實現5D模擬，通過與工程實際情況的對比分析發現問題，為優化調整提供決策支持，實現對施工進度和成本的優化與控制。（3）應急方案演練：結合施工組織設計，梳理每個工序的風險點及對應的應急方案措施，在施工交底環節，可基于虛擬仿真技術將關鍵工序的施工風險、人員衛生安全、自然環境風險等應急響應、處置措施等進行直觀展示，必要時基于虛擬技術對應急方案進行演練，為現場應對突發事件提供參考。施工多維度可視化模擬改變了原有平面的、靜止的施工工藝表現手段，通過在3D模型基礎上關聯4D時間和5D成本，使參建各方不僅可利用模擬結果提前發圖4（b）走行模擬2架梁車走行過程與復雜橋梁結構碰撞示意圖現問題，減少不必要成本支出，而且可通過關聯相關施工資源、應急措施，對施工組織進行快速、動態調整，輔助決策優化。3.1.3面向未來運營的提前驗證鐵路橋梁服役環境惡劣，為實現面向全生命周期的管理，針對環境、材料及設備可提前進行現場測試，以精準獲取環境作用，并驗證材料、設備技術條件的合理性，將首制件評估理念進行外延，基于結構建設期的測試反饋優化設計或提前驗證運營。（1）環境作用特征識別與預測：項目籌建伊始即監測橋址區域處的溫濕度、風場、腐蝕等特殊環境作用，掌握大橋所處位置的環境溫濕度、紫外線強度、瞬時風速等區域場的特征分布，為設計優化、施工安全性、運營可靠性提供基礎資料。（2）結構材料適用性：對主纜防腐材料、鋼結構防腐涂裝體系、高分子有機材料、耐候鋼等的適用性CHINARAILWAY2021/09-5-本刊特稿提前進行掛板、暴曬等耐久性試驗，為設計方案優化或運營期預防性維修提供數據支撐。（3）監測設備適應性：對大橋運營期需安裝的監測設備（如健康監測、除濕、攝像機等）進行實地部署，比較各種監控設備和安裝布置方式的優缺點，選擇穩定性好、可靠性高、測量精度滿足要求的設備，為設備技術條件進一步優化提供基礎。鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍機械，如大體積混凝土施工方面，建立“水化-溫度-濕度-約束”多場耦合作用機制與模型，綜合利用拌合站追溯、自動化噴淋養護、主動加熱養護、混凝土溫度監控、智能溫控模板等手段保障抗裂性能；針對河床預防護、沉井浮運、定位、著床全過程進行智能化風險監控，如采用水下吸泥可視化施工、沉井下沉實時監控、刃腳結構應力監控等全方位保障；在螺栓連接施工信息化基礎上，不僅擴展螺栓從生產到運維的全過程管理，還可納入焊接連接質量信息化管理，進而外延至鋼結構架設現場連接施工的一體化管控。3.2施工過程精準管控與追溯利用各種傳感器、遠程監控與評估診斷技術，對橋梁建造工藝工序中參數指標、設備運行狀況和施工狀態進行全面監測，根據監測數據分析結果，以質量和效率的最佳平衡為優化原則，基于專家系統或知識庫控制模型對工藝工序進行動態調整，并及時反饋設備輸入的更新，進而實現工藝工序的多角度、多層次、立體化、全方位管理。3.2.3智慧工地建設智慧工地是在現有鐵路標準化建設基礎上的升級，涉及充分利用各種先進手段，如BIM、VR、AR、RFID、三維掃描、移動通信、信息技術等，實現施工現場管理各環節可視化智能管理：人員/車輛實時定位，升降機、塔吊、液壓爬模等施工裝備使用狀態管控，施工場地揚塵、噪聲、氣象參數、水源水質等監測，危險區域電子柵欄等管理，實現對人的不安全行為、物的不安全狀態的提前管控。3.2.1面向工業化的全過程管理建造工業化主要標志是生產工廠化、施工機械化和組織管理科學化，是實踐源頭控制、過程監控和成品檢測的最佳載體。橋梁智能建造工業化體現在智能梁場、基于裝配化智能構件場及鋼結構智能制造車間。一方面，通過物聯網、機群協同、激光雷達及機器視覺等先進技術打通信息壁壘，各建造環節能智能化盡智能化，實現全流程有記錄、全信息可查詢、全質量可追溯的閉環管理，如實現簡支箱梁制、運、架全過程質量管控，對鋼結構焊材、線材、棒材、桿件、拉索、主纜（索股）、索鞍、索夾等制造進行數字化管控，全面納入智能制造工藝、裝焊技術、生產線規劃、涂裝設計、BIM技術應用和信息系統集成等實施內容。另一方面，形成智能物流和供應鏈體系，開展智能管理，推進智能服務。如構件物流運輸不僅考慮車輛運行軌跡、實時位置，還應對制造、架設間的邏輯關系、時空關系等進行聯動分析，涉及架設工期、現場拼裝存放空間、線路運輸等相互間的協同，實現智能調度。同時數據信息的積累和綜合分析、反向追溯為工藝調整和改進提供依據，也為施工標準體系深化和行業級大數據對接提供有利條件。3.33.3.1建養共融聯動面向軌道形位保持的施工監控目前大跨度橋梁施工監控以重點工序的安全性（如應力）和施工線形為主，通過下達施工指令指導下一步施工，缺少對成橋軌道形位的影響分析和建造反饋，而軌道形位恰恰是影響列車運行安全性和舒適性的關鍵因素。因此，應深化施工監控理念，圍繞最終軌道形位目標開展施工要素監控，以及施工工序的調整優化。重視橋梁全生命周期的形位監控。針對大范圍不均勻沉降區，可基于時序InSAR技術［11］，獲取毫米級精度地表形變速度場，結合地下水賦存分布特征及演化規律，融合北斗定位基準點的變形監測，探查沉降漏斗的空間分布及時空演化趨勢，獲取橋梁變形全過程監測數據，分析挖掘橋梁形變與軌道形位的耦合關系。3.3.2基于主動控制的智能管控（1）測力支座：可實時掌握運營中列車通過時的支點反力及架設過程中支點反力等關鍵參數，實現橋梁荷載遠程實時測試、受力分析、狀態判斷和預、報警，可用于新建鐵路項目橋梁工程施工及運營狀態監測，為橋梁結構性能評估提供依據。3.2.2風險管控的專項智能化對施工風險大、直接影響橋梁建造質量的專項工序進行綜合化智能管控，大力發展無人自主智能施工-6-CHINARAILWAY2021/09鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍本刊特稿供重要依據，而且也是智能建造進入高級階段的重要特征，為此需在數據標準與規范、數據安全、數據采集、數據存儲與管理、數據分析與挖掘、數據運維及數據應用等環節構建完整的數據生態，目前可著重在以下方面進行突破。（2）橋梁防撞系統：針對跨越大江大河的鐵路橋梁宜采用被動和主動防撞系統相結合的形式［12］。主動防撞系統根據橋梁通航特點，設置墩體激光掃描監測模塊和梁體掃描模塊，對橋梁上下游通航船舶進行雙向監測，可對超高船舶和偏離航道船舶撞擊梁體、橋墩的可能性進行預警和報警，實現對橋梁和橋墩的全面防護。（3）斜拉索索力自感知監測：為全過程掌控斜拉索索力情況，可通過對斜拉索本身或施工工藝進行智能化升級改造，嵌套測力環或壓力傳感器，實時監測斜拉索安裝、調索等全過程的受力情況，并為斜拉索運營期間服役狀態的精準管控提供良好基礎。（4）鋼軌伸縮調節器狀態監測：鋼軌伸縮調節器是大跨度橋梁不可或缺的結構措施，本身屬于軌道的薄弱環節，但與橋梁結構日常養護維修息息相關。設計之初即考慮對鋼軌伸縮調節器關鍵指標的采集監測需求，并納入橋梁綜合一體化監測體系，及時驗證其工作狀態是否正常，提高設備可用性。4.1數據互聯數據是流動的，作為生產資料只有整合關聯才能發揮更大價值。目前橋梁單個智能建造應用數據都是各自分開獨立，雖升級和提升了該工序的智能化水平，但與其他工序之間、其他相關業務之間又形成一個數據孤島，很難完全實現知識共享，無法發揮創新鏈、數據鏈、產業鏈的交互增值。因此，應加強橋梁不同工序數據的關聯分析，發展橋梁數據流通市場，引導合規的數據需求，必要時啟動橋梁數據交易試點。4.2算法算法是創造和深化智能應用的基石，是大數據的核心價值。從橋梁建造結構化數據和非結構化數據兩方面出發，分別開展大數據分析方法、文本數據分析方法、流媒體數據分析方法等，探索邊緣計算、專用AI算法平臺開發，建立多態多源異構數據的自主聯合分析機制，為充分挖掘數據價值提供基礎。3.3.3面向數字孿生的交付（1）探索無人機巡檢驗收：無人機綜合巡線技術不僅用于鐵路橋梁工程施工形象進度、施工質量管理，而且在靜態驗收、運維期外部環境監測等方面均有廣闊應用空間。無人機沿橋位開展高精度航測數據采集，產生高空間分辨率的數字地表模型（DSM，地形）和數字正射影像圖（DOM，影像）數據，利用地形、影像數據構建三維地表模型。基于模型對沿線橋梁設施進行普查，重點核查橋面及附屬設施、環水保設施及外部環境侵限等情況，為數字交付和后期智能運營提供原始狀態參考。（2）基于BIM的竣工交付：提出設計、施工、靜態驗收、聯調聯試等階段數據竣工交付標準內容，如收集范圍、整理規范、移交運維要求等，試點應用電子化資料交付，探索橋梁設備精細化臺賬的自動生成，為后期運營提供數據結構組織有序、易于維護的數字孿生工程。4.3數據質量數據不僅能用，更要好用。高質量數據才能衍生更好的算法、模型、引擎，進而創造出更好服務。目前鐵路橋梁智能建造存在部分數據質量不高現象，針對同一對象，前端系統的不同開發商標準不統一，如針對廠商，有些是全稱，有些則用簡稱，給數據分析利用帶來不利影響。為此，應結合智能高鐵標準體系框架，構建統一的橋梁建造標準體系，解決企業內部及跨組織、跨企業數據標識與關聯問題。4.4數據分析與應用數據分析與應用是一個長期持續不斷的過程，隨著數據互聯、算法、數據質量3項內容的不斷深入，未來可在以下方面進行探索。（1）重大基礎性材料用量統計與分析：分析統計不同速度等級、不同區域鐵路橋梁建設過程中水泥、砂、石、礦物摻合料等大宗原材料用量，甄別原材料用量與鐵路建設周期間的內在規律，結合材料市場價4鐵路橋梁智能建造數據生態通過技術生態和管理生態保障了橋梁建造全流程關鍵數據的采集，但如何將數據轉化為有效信息則是落地應用的關鍵，不僅為橋梁設計施工的優化指導提CHINARAILWAY2021/09-7-本刊特稿格數據，預測價格走勢，為未來大宗原材料制定采購計劃提供支撐。（2）鐵路混凝土配合比統計與分析：依托鐵路拌合站和試驗室工程管理信息化系統，對鐵路工程不同結構部位的混凝土配合比進行分類統計，識別不同區域、不同季節、不同環境類別下典型鐵路橋梁工程的混凝土配合比參數設計范圍，以及混凝土力學性能、耐久性能和長期性能的差異，優化完善鐵路橋梁混凝土配合比設計經驗，為相關標準、規范修訂提供借鑒。（3）施工質量監督與防控：通過收集鐵路橋梁工程混凝土生產報警和強度統計數據，分析報警發生的頻次和原因，歸納總結不同拌合站、不同區域、不同季節下混凝土強度數據離差系數，分析問題產生的內在因素，為混凝土生產質量控制提供指導；通過對施工過程的安全質量問題分析，歸納整理某類施工質量產生原因、處置方案、優化措施等，打造施工質量“專家知識庫”，提前防控規避同類施工問題。（4）通用材料力學性能統計分析：開展鐵路工地試驗室關鍵抗力參數性能特征研究，利用試驗室信息化管理系統采集的混凝土抗壓、鋼筋原材、鋼筋焊接、鋼筋機械連接等真實有效數據，以及鋼結構制造過程的鋼材質保書、試板檢測等數據，提出橋梁工程結構材料質量分布特征，為橋梁工程結構極限狀態法抗力參數分析提供堅實數據支撐。（5）預制簡支梁施工質量分析：統計混凝土彈性模量、預應力張拉力和伸長量、簡支梁靜載試驗數據等，提出鐵路預制簡支梁質量評價模型。（6）施工單位行為畫像分析：根據收集的數據信息對施工單位的施工行為、施工習慣、變更事項、風險事故等信息抽象出一個標簽化的用戶模型，不僅可用于潛在投標單位的遴選，還可為施工單位提供精準咨詢服務，如基于施工現場問題數據，分析不同施工單位施工質量發生的頻次或頻率，預測企業發生質量問題的趨勢曲線，進而補強施工單位短板，提升施工單位企業競爭力。鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍組裝機床、自動焊接系統（見圖5）及焊接數據監控系統，搭建鋼桁梁自動焊接設備平臺。利用鋼桁梁智能控制多點同步頂推及自動監測系統，實現施工監控量測和預報修正，形成鋼桁梁模塊化、工廠化、自動化和智能化建造技術。圖5自動焊接系統5.2京雄城際鐵路橋梁京雄城際鐵路固安特大橋跨廊涿高速公路連續梁是目前高速鐵路最大跨度的墩頂轉體連續梁，也是全路首例不平衡轉體連續梁，創新采用“不平衡長懸臂下滑道墩頂轉體”技術，利用BIM技術對轉體區域復雜構造部位的鋼筋進行三維布設，球鉸處方形鋼筋網片通過碰撞檢查優化為放散型網片（見圖6），解決了鋼筋與轉體球鉸預埋件相互干擾的難題，提出現澆連續梁混凝土下料、振搗，鋼筋及預應力筋優化和定位一體化解決方案；施工時采用BIM和GIS融合技術，對工點施工工序進行WBS分解，與BIM模型進行關聯，實現以工作流驅動BIM模型進行進度、質量、安全、成本等管理。在制梁場實現了基于BIM數據及云技術的鋼筋自動化加工成套技術（見圖7）：研發了基于BIM模型的鋼筋智能加工數據云平臺，完善了BIM模型與鋼筋加工設備數據接口，實現了采用鋼筋BIM數據直接遠程驅動自動化加工設備。通過將橋墩、橋面系各構件模塊化、標準化和工廠化制作，現場裝配化施工，實現了縮短施工周期、保證施工質量、降低施工成本的目標；應用BIM可視化、參數化、協同性、可模擬、易優化等優勢，開展橋梁預制拼裝，并對特殊結構橋梁的施工工藝、進度、質量、安全、物料組織、監控監測等進行全面管控。55.1鐵路橋梁智能建造典型應用京張高鐵橋梁基于京張高鐵官廳水庫特大橋研制新型數控機床、-8-CHINARAILWAY2021/09鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍本刊特稿施工BIM技術應用涵蓋施工進度、質量安全、三維技術交底、鋼梁制造、安防監控等方面，促進了大橋進度、質量、安全、人員、材料、機械等數據的共享和協同管理。圖6復雜構造區域鋼筋布設優化圖8三維聲吶泥面掃測圖示6結束語為促進橋梁智能建造應用由點向線、面的綜合立體發展，面向鐵路橋梁建造中“人、機、料、法、環、成本、交付”全要素，闡述橋梁智能建造本質：踐行圖7鋼筋智能加工流程全生命周期管理理念，實現鐵路橋梁工程建設項目在其全生命周期內的最大使用效益、最長使用壽命及最低綜合成本的目標，是對橋梁建造產業鏈的系統性變革；構建集成技術生態、管理生態和數據生態的應用場景，分別對應智能高鐵框架的技術體系、標準體系和數據體系，通過建立技術生態注智、管理生態賦能、數據生態使能的閉環流程機制，實現鐵路橋梁工程設計、施工、運營3個階段信息的傳遞、接入、共享開放和價值利用；智能建造技術生態包括虛擬建造與輔助決策、施工過程精準管控與追溯、建養共融聯動3個維度，虛擬建造維度分為面向全生命周期的虛擬設計、施工多維度可視化模擬和面向未來運營的提前驗證，施工過程精準管控與追溯維度分為面向工業化的全過程管理、風險管控的專項智能化和智慧工地建設，建養共融聯動分為面向軌道形位保持的施工監控、基于主動控制的智能管控和面向數字孿生的交付；橋梁智能數據生態目的是數據向信息、知識及智慧的迭代，為確保有效信息的價值挖掘，應關注橋梁建造的數據5.3五峰山長江大橋連鎮高鐵五峰山長江大橋是我國首座主跨千米級公鐵兩用懸索橋，也是目前世界上運營速度最高、荷載最大的懸索橋。大橋采用混凝土溫度監控信息化系統、混凝土養護信息化系統（自動化噴淋養護、主動加熱養護）、基坑及邊坡監測信息化系統、沉井下沉實時監控系統、刃腳結構應力監控系統等信息化技術，對建造過程關鍵工藝中的參數指標進行實時采集、實時預警，及時提供管控措施，保障規范化施工。五峰山長江大橋運用水下三維聲吶技術（見圖8），對沉井狹小、渾濁水域泥面情況進行可視化監測，通過其他輔助手段實現沉井泥面標高測量；采用基于物聯網的高強度螺栓連接施工管理系統，避免班前班后標定，降低終擰扭矩檢查比例，優化了現場人力資源配置；通過搭建VR體驗館、借助多媒體安全培訓箱等方式重構培訓模式，提高人員培訓質量和效率。大橋CHINARAILWAY2021/09-9-本刊特稿互聯、算法、數據質量及數據分析與應用。橋梁智能建造生態不僅促進橋梁智能建造服務能力的系統性、全面性升級和橋梁產業數字經濟發展，更為鐵路橋梁標準化管理的進階和橋梁強國軟實力的提升提供堅實支撐。鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究王同軍［7］張貴忠.滬通長江大橋鋼梁制造管理［J］.中國鐵路，2017（6）：1-6.［8］潘永杰.面向全生命周期管理的高強度螺栓施工管理系統［J］.鐵道建筑，2020，60（4）：115-119.［9］王同軍.基于系統論的智能高鐵建設運營管理創新與實踐［J］.中國鐵道科學，2021，42（2）：1-8.［10］傅戰工，郭衡，張銳，等.BIM技術在常泰長江大橋主航道橋設計階段的應用［J］.橋梁建設，［11］康學東.我國鐵路智能建設與運營管理初探［J］.鐵路工程學報，2019，36（4）：84-89.［12］謝錦妹，趙志剛，汪發根，等.鐵路橋梁防撞監測系統的研究［J］.鐵道建筑，2019，59（1）：39-42.2020，50（5）：90-95.參考文獻［1］王同軍.中國智能高速鐵路體系架構研究及應用［J］.鐵道學報，2019，41（11）：1-9.［2］王同軍.中國智能高速鐵路發展戰略研究［J］.中國鐵路，2019（1）：9-14.［3］王同軍.智能鐵路總體架構與發展展望［J］.鐵路計算機應用，2018，27（7）：1-8.［4］周緒紅，張喜剛.關于中國橋梁技術發展的思考［J］.［5］解亞龍，李琳，鄭心銘.鐵路工程管理平臺及其深化應用［J］.鐵路計算機應用，2020，29（1）：49-54.［6］張俊存.京雄城際鐵路智能化梁場建設［J］.鐵道建筑，2020，60（5）：ering，2019，5（6）：1120-1130，1245.責任編輯高紅義收稿日期2021-09-14RearchonKeyTechnologiesforIntelligentConstructionofRailwayBridgeWANGTongjun(ChinaStateRailwayGroupCoLtd,Beijing100844,China)Abstract:Atprent,theintelligentconstructionofbridgeismrtobringtheintelligentconstructionofbridgetoahigherlevel,thispaperexpoundsthattheesntialconnotationofintelligentconstructionofbridgeisasystematicchangehighlightingthewholelifecyclemanagement;undertheintelligenthighspeedrailwaysystemarchitecture,badontheintelligenthighspeedrailwayconstruction,operationandmanagementsystemmodelof“modulus-driven,axis-planecoordination”,andrelyingoninformationflowanddataflow,intelligentconstructionscenariosincludingtechnologyecology,managementecologyanddataecologyareestablished,forminganintelligent,empoweredandenableddynamiccyclemechanism;itisclarifiedthattheintelligenttechnologyecologyofbridgeincludesvirtualconstructionandauxiliarydecision-making,precicontrolandtracingofconstructionprocess,integrationandlinkageofconstructionandmaintenance;theanalysisonintelligentdataecologyofbridgefocusondatainterconnection,algorithm,dataquality,dataanalysisandapplication,andtheintelligentconstructionframeworkwithstandardasthesupport,modelasthefoundation,dataasthecoreandcooperationasthekeyisverified;thetypicalappliearchresultsofferaguideforthesystematicandcomprehensiveupgradingofintelligentconstructionrvicecapabilityandthedevelopmentofdigitaleconomybridgeindustry,andrveasausds:railwaybridge;intelligentconstruction;ecology;data;virtualconstruction;integrationofconstructionandmaintenance-10-CHINARAILWAY2021/09

-