铁路桥梁智能建造关键技术研究

2023年12月13日发(作者：潘玮柏的歌)

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本刊特稿铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军（中国国家铁路集团有限公司，北京100844）摘要：目前桥梁智能建造着眼于问题导向，侧重于具体场景应用。为进一步促进桥梁智能建造向更高级阶段的纵深发展，阐述桥梁智能建造是面向全生命周期管理系统性变革的本质内涵；在智能高铁体系架构下，基于“模数驱动、轴面协同”的智能高铁建设运营管理系统模型，依托信息流、数据流的流通主线，建立包含技术生态、管理生态和数据生态的智能建造场景，形成注智、赋能和使能的动态循环机制；明确桥梁智能技术生态包含虚拟建造与辅助决策、施工过程精准管控与追溯、建养共融联动，分析桥梁智能数据生态侧重于数据互联、算法、数据质量及数据分析与应用，验证以标准为支撑、模型为基础、数据为核心、协同是关键的智能建造框架，分析铁路桥梁智能建造典型应用案例。研究成果为桥梁智能建造服务能力的系统性、全面性升级和数字经济桥梁产业发展指引方向，也为铁路桥梁标准化管理的进阶发展提供有益尝试。关键词：铁路桥梁；智能建造；生态；数据；虚拟建造；建养共融中图分类号：U442文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）09-0001-10DOI：10.19549/.1001-683x.2021.09.0011概述作为引领未来的创新性革命，智能技术的发展已构的核心，明确了智能建造、智能装备、智能运营三大板块，勘察设计、工程施工、建设管理、移动装备、通信信号、牵引供电、检测监测、客运服务、运输组织、养护维修10个领域，18个方向，N项创新和1个平台的分类分层设计。全面感知、泛在互联、融合智能京张和智能京雄的建设及全面开通，正式开启了中国智能高铁建设新篇章，形成了新智能建造模式，探索数字孪生交付，智能高铁概念正加速落地。桥梁是铁路线路的重要组成部分，桥隧路轨智能化施工是智能建造技术体系18个方向之一，统筹于智能建造板块，与“第三代桥梁工程”的构想不谋而合［4］。我国高速铁路建设过程中，多采用“以桥代路”经进入具有深度学习、跨界融合、人机协同、群智开发及自主操控等特性的新阶段，智能技术的快速更迭为铁路行业的发展注入新活力。中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）高度重视铁路信息化、智能化发展，制定了铁路工程建设信息化总体规划，明确打造精品工程、智能铁路、绿色铁路的建设目标。围绕智能高铁的建设与运输服务需求，构建了由技术体系框架、数据体系框架和标准体系框架组成的智能高铁体系架构［1-3］。智能技术体系框架是智能高铁体系架作者简介：王同军（1964—），男，副总经理，正高级工程师。处理、主动学习、科学决策是其显著技术特征。依托CHINARAILWAY2021/09-1-本刊特稿方式。桥梁占线路里程比例平均约54%，最高达91%。大规模铁路建设给铁路桥梁发展带来蓬勃生机：从标准跨度简支梁、预应力混凝土连续梁、百米跨左右钢桁梁，发展到跨度100～300m各类型组合结构、500m级大跨度拱桥、千米级跨斜拉桥及悬索桥顺利投入运营；根据2020年统计，跨度100m以上高铁桥梁600余座近千余联，跨度200m及以上的达110余座，超过400m的25座，超过500m的11座，超过1000m的3座，桥梁跨度不断增大，新结构、新工艺、新材料不铁路智能建造技术发展和应用的完美诠释。为了更好地丰富桥隧路轨智能建造方面的创新应用，伴随我国川藏铁路的高质量建设目标和全生命周期管理需求，有必要梳理总结我国铁路桥梁智能建造应用现状，进一步分析智能建造的本质内涵，发展桥梁智能建造生态，明确桥梁智能建造技术发展方向，促进铁路桥梁智能建造向更高阶段快速发展。断涌现，不仅体现了国家工业水平的持续提升，也是铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军支模安全监测等；在钢结构桥梁制造中推动新型工装、先进设备及智能系统应用，如无码组装胎架、全自动钢板预处理生产线、三维划线机、龙门三维数控钻床、焊接机器人、数字化套料系统、焊接群控、虚拟预拼装、物料跟踪系统等［7］，架设期间采用施工工艺智能管控、高强度螺栓连接施工智能控制［8］等；搭建基于BIM的施工管理系统，利用其可视化、模拟性特点，开进行有效管控。诸多信息化系统大大丰富了桥梁智能建造应用场景，实现了关键工序质量管控，有力促进了桥梁建造技术和管理水平的提升。现阶段桥梁智能建造以“云大物移智”等新一代信息通信技术集成为主，侧重于感知阶段，信息化应用处于点状向线状发展，暂未对桥梁建造领域产生系统性变革；智能应用研发推广仍以国铁集团和建设单位为主导，面向施工单位、运维单位用户的服务思维相对欠缺，应用价值增值性体现不明显；尽管替代了部分重复性体力劳动，帮助完成以前无法完成或风险较大的工作，积累了海量数据，但数据的利用和分析能力相对薄弱，即多用于记录和追溯而非利用和反馈提升。因此，桥梁智能建造应用仍处于初、中级而非中、高级阶段，需结合人工智能、数字孪生等通用技术发展，深化桥梁智能建造关键专用技术的应用。展桥梁施工方案优化，对桥梁施工质量、安全、进度22.1铁路桥梁智能建造本质特征桥梁智能建造应用现状为了推进铁路信息化发展，从2013年起，原中国铁路总公司着力打造新一代铁路工程管理平台，为各建设业主和参建单位提供铁路工程建设信息化的规划咨询和整体解决方案。经过近8年的发展，目前已发展成为V1.1版。平台中桥梁智能建造应用的标准化配置涉及拌合站、试验室、桩基施工管理、连续梁线形监测、梁场生产管理（含预应力自动张拉、管道压浆、静载试验）、隐蔽工程影像、桥梁进度形象化等［5］。铁路桥梁形式多样，不同桥型材料不同、施工工艺不同，使得桥梁智能化施工应用不尽相同。除了标准化配置外，各参建单位积极发挥主观能动性，结合重点工序业务充分挖掘数字化、智能化应用潜力：在混凝土桥梁中已通过BIM技术、自动养护、钢筋数控加工、设备监控等升级智能梁场2.0［6］，打通预制箱梁的运架智能管理，形成简支箱梁制运架全流程技术应用；试点应用基于BIM+GIS的桥梁装配式一体化管理，实现对装配式管桩、墩身、墩帽、桥面系从出厂到施工的全过程监管；发展了大体积混凝土自动温控、高2.2面向全生命周期管理的桥梁智能建造铁路全生命周期管理是指将铁路工程规划、建设、竣工验收及运营维护作为一个有机整体，采用集成化的管理组织模式、管理方法及先进的管理手段，通过标准体系的建立和新技术、新工艺、新材料、新设备推广应用，统筹协调各环节的均衡发展。全生命周期管理是基于建设为运输服务的目标导向和结果导向为基础，从源头抓起，重视过程控制，通过建立物理、信息、价值三位一体的高度集约化管理模式，进一步提升为工程建设和使用增值服务水平，最终实现铁路工程建设项目在其全生命周期内的最大使用效益、最长使用寿命及最低综合成本的目标。铁路全生命周期管理不是铁路建设各阶段的物理揉合和简单叠加，而是一种既能反映各阶段目标需求与管理特点，又能体现以实现预期运营目标为期望的-2-CHINARAILWAY2021/09铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军本刊特稿数字世界同生共存、虚实交融的格局，为标准化管理的进阶发展和服务能力提升提供重要支撑，是“模数驱动、轴面协同”理念在铁路桥梁建造的具体实践［9］。集成协同管理模式。为此，铁路全生命周期管理内涵是以安全质量为核心，数据流为主线，以BIM+GIS、物联网、云计算、大数据等为主要技术特征，以标准为行为规范，以协同设计、建设和运维管理平台为载体，形成一套信息空间与物理空间之间基于数据无损流转的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系，解决铁路工程全生命周期的复杂性和不确定性，实现铁路基础设施的数字化、智能化，这与国铁集团提出的“探索构建基于全生命周期的铁路建设管理新模式，为打造精品工程、智能铁路、绿色铁路提供有力支撑”一脉相承，全生命周期管理与智能铁路的理念共融相通，前者指引后者发展方向，也是后者实践的必然结果。面向全生命周期管理的先进理念，铁路桥梁智能建造外延除了各个点状应用外，还应从系统论和实践论的角度重点关注以下几个方面：（1）对桥梁建设中“人、机、料、法、环”等要素进行全面透彻的信息感知，提供更优质、更主动的交互及广泛、深度、安全可信的互联互通，将桥梁物理空间的数据不断传递到信息空间，实现信息和资源的虚实共生。（2）对感知和共享的海量数据信息进行有效存储、分析，形成对铁路桥梁工程建设质量、安全、效率等要素的实时分析，并基于自主学习实现动态评定。（3）以BIM+GIS技术为数据载体，实现桥梁全生命周期数据湖与具体桥梁建造过程的深度融合、传递与反馈，基于数据驱动、模型驱动、知识驱动等方法，逐步进行从数据到信息到知识直至智慧的迭代发展，构建铁路智能建造新模式。（4）探索建立智能服务认证体系，建立以施工、运维实际用户为中心的服务质量评价制度，明确评价主体、对象、周期、方法、反馈机制等内容，制定服务质量评价模型、指标、流程和标准。上述特征突出了以数据流和施工组织为双主线，利用先进技术高质量高效率完成施工组织要求，基于平台实现全要素数据的自动采集、上传、存储，通过标准体系实现数字化要素的互联互通，为综合分析和智能决策提供基础，最终形成物理维度的实体世界和信息维度的2.3桥梁智能建造生态目前桥梁智能应用往往是碎片化的，着眼于问题导向，侧重于具体场景应用。未来发展不是依靠孤立技术发展或局部场景应用，而是依托信息流、数据流的流通主线，协调整合不同技术，将全生命周期不同业务场景、类型主体、模型数据有效贯穿于整个产业链。桥梁智能建造技术体系突出以标准为支撑、模型为基础、数据为核心、协同是关键。通过建立铁路工程基础数据标准和桥梁工程智能建造应用标准体系，规范数字资产交付；以BIM+GIS、云计算等基础技术构建协同设计、建设、施工、运营管理平台，通过全方位、多层次、链条化的智能场景应用，将信息空间产生的决策转换成物理实体可执行的命令，使桥梁物理体建造更加优质高效，产业链资源分配更加合理。面向铁路桥梁建造中“人、机、料、法、环、成本、交付”全要素，桥梁智能建造框架蕴含三大场景，即技术生态、管理生态和数据生态（见图1）。技术生态虚拟建造与辅助决策施工质量精准管控与追溯协同整合建养共融联动BIM互为促进人工智能边缘计算…………跨专业跨部门跨阶段跨平台……管理生态标准铁路桥梁建造全要素算法算力人机料法环成本交付交易互联互通数据生态图1桥梁智能建造生态组成（1）技术生态（注智）：桥梁智能建造技术包括关键通用技术和专用技术。关键通用技术包括BIM、物联网、人工智能、边缘计算等；根据施工环节和实施方式不同，专用技术主要体现在虚拟建造与辅助决策、施工过程精准管控与追溯、建养共融联动三方面，三方面是在基于领域知识的智能技术、无人工地智能技术CHINARAILWAY2021/09-3-本刊特稿和全生命周期信息一体化协同技术框架下，通过智能应用深度化、智能装备系列化和智能建养一体化等，形成终端注智、应用注智，打造桥梁智能建造技术生态。（2）管理生态（赋能）：不仅考虑桥梁工程本身产业链的协同，更强调跨专业、跨部门、跨阶段和跨平台的协同合作与集成融合。与过渡段专业（桥隧/路桥过渡段）、四电专业（接触网）等在施工工序上的节点衔接，实现不同专业间工程接口界面的协同与集成；通过部门间的协作配合及不同平台间的数据流转及信息共享，大大降低沟通成本；加强完善运维提前介入和建养一体化应用，实现不同阶段的协作配合，加强桥梁工程全生命周期服务和配套体系建设，实现要素等资源智能配置的管理生态。（3）数据生态（使能）：“数据”正在变为“数智”，“数字化”正加速转向“数智化”，数据、算力和算法交叉融合，催生数据价值的持续挖掘。数据生态中，安全和算力是基础，标准着眼数据治理能力，算法针对数据利用水平，交易致力桥梁数据经济，最终通过开放的平台架构形成完整桥梁数据生态，为桥梁结构全生命周期的安全性、可靠性、耐久性等方面使能，推动形成真正的、落地的人工智能算法，实现从“数”到“智”的飞跃。桥梁智能建造生态框架与智能高铁体系框架对应关系见图2。可见，桥梁智能建造的技术生态、管理生态与数据生态分别与智能高铁的技术体系框架、标准体系框架和数据体系框架相匹配。通过技术升级+管理重塑+数据挖掘的动态循环应用，引领解决复杂严酷多样环境桥梁智能建造系统性变革，对实现桥梁绿色建造、生态建造目标等进行赋能和使能。管理平台是分层级的，目前铁路工程管理平台服务方主要为国铁集团和建设单位，桥梁施工方本身仍需结合自身实际情况和管理特点构建一个满足自身应用需求的施工管理系统，该系统可与铁路工程管理平台互联互通。管理生态是一个共性问题，不仅面向桥梁专业或铁路工程20余项专业的管理，而是整个铁路复杂巨系统的统筹协调，以实现管理效率与效益的整体最优化，所以着重对铁路桥梁智能建造技术生态与数据生态进行分析。关系任务应用展示智能高铁数据体系框架数据汇集存储分析铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军智能高铁技术体系框架智能建造智能装备智能运营智能高铁标准体系框架技术生态数据生态管理生态模数一体数字化交付动态循环桥梁智能建造生态通用基础与管理标准智能高铁应用标准平台及支撑技术标准图2桥梁智能建造生态框架与智能高铁体系框架对应关系33.1铁路桥梁智能建造技术生态虚拟建造与辅助决策虚拟建造是实现特殊复杂桥梁结构数字孪生的重要措施，通过对大桥设计、制造、施工关键工序的任务、关系进行虚拟仿真，基于实物+虚拟方式进行数字化验证，在考虑建设任务基础上，纳入因果、条件、时空等逻辑关系和协同机制，实现不同工序的重大安全隐患可减、关键风险可控和知识工程累积，构建柔性生产方式，包括柔性化设计、柔性化施工、柔性化管理。面向全生命周期管理的虚拟建造定位见图3。柔性管知识理制造设计数字化交付架设数字化孪生智能化运营虚拟建造图3面向全生命周期管理的虚拟建造定位虚拟建造可在面向全生命周期的大桥虚拟设计、施工多维度可视化模拟及面向未来运营的提前验证等方面进行探索，这些内容皆涉及不同建设任务之间、建设任务内部关系，以及知识工程的交叉融合。3.1.1面向全生命周期的虚拟设计面向全生命周期的虚拟设计体现在以下3个方面：（1）BIM正向设计。全生命周期管理首先是设计，-4-CHINARAILWAY2021/09铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军本刊特稿应用BIM技术开展桥梁结构全过程的正向设计［10］和多专业系统性设计，打通复杂结构参数化BIM设计、BIM与结构分析计算协同、BIM模型出图等，从源头上规避差错漏碰，厘清与其他专业的接口交叉。（2）可达、可修和可检理念落地。结合无人化、少人化的管养发展趋势，应实现桥梁所有构件的可达、可修和可检，设计之初应提前规划结构检查通道，规划或预留智能检修装备的安装位置、运行轨道、供电及数据传输线路等，涉及措施布设的合理性、科学性。这些内容可通过虚拟建造进行提前模拟、规划、验证和完善，避免后期不必要的二次施工。（3）可更换部件施工工艺验证。针对复杂恶劣服役环境，如何应对可更换部件（如索夹、吊索、支座等）服役期间的加固更换是运营管理面临的重要事项，考虑工作任务、配套机具及对应风险，融合VR、AR等技术，为设计是否考虑后期操作提供直观验证，对大桥健康管理进行虚拟评估。（a）走行模拟13.1.2施工多维度可视化模拟施工多维度可视化模拟主要应用3个方面：（1）通过建立的三维模型将施工工艺、关键节点等施工过程以三维动画的形式展现出来，不仅能直观、简洁地展示施工工艺，实现可视化交底，而且可以进行不同结构构件的碰撞分析、施工可行性分析等（见图4）。（2）利用已有三维模型，结合施工进度计划的时间属性，细化EBS结构分解，形成4D进度模拟，关联施工过程中的“人、机、料”清单定额，实现5D模拟，通过与工程实际情况的对比分析发现问题，为优化调整提供决策支持，实现对施工进度和成本的优化与控制。（3）应急方案演练：结合施工组织设计，梳理每个工序的风险点及对应的应急方案措施，在施工交底环节，可基于虚拟仿真技术将关键工序的施工风险、人员卫生安全、自然环境风险等应急响应、处置措施等进行直观展示，必要时基于虚拟技术对应急方案进行演练，为现场应对突发事件提供参考。施工多维度可视化模拟改变了原有平面的、静止的施工工艺表现手段，通过在3D模型基础上关联4D时间和5D成本，使参建各方不仅可利用模拟结果提前发图4（b）走行模拟2架梁车走行过程与复杂桥梁结构碰撞示意图现问题，减少不必要成本支出，而且可通过关联相关施工资源、应急措施，对施工组织进行快速、动态调整，辅助决策优化。3.1.3面向未来运营的提前验证铁路桥梁服役环境恶劣，为实现面向全生命周期的管理，针对环境、材料及设备可提前进行现场测试，以精准获取环境作用，并验证材料、设备技术条件的合理性，将首制件评估理念进行外延，基于结构建设期的测试反馈优化设计或提前验证运营。（1）环境作用特征识别与预测：项目筹建伊始即监测桥址区域处的温湿度、风场、腐蚀等特殊环境作用，掌握大桥所处位置的环境温湿度、紫外线强度、瞬时风速等区域场的特征分布，为设计优化、施工安全性、运营可靠性提供基础资料。（2）结构材料适用性：对主缆防腐材料、钢结构防腐涂装体系、高分子有机材料、耐候钢等的适用性CHINARAILWAY2021/09-5-本刊特稿提前进行挂板、暴晒等耐久性试验，为设计方案优化或运营期预防性维修提供数据支撑。（3）监测设备适应性：对大桥运营期需安装的监测设备（如健康监测、除湿、摄像机等）进行实地部署，比较各种监控设备和安装布置方式的优缺点，选择稳定性好、可靠性高、测量精度满足要求的设备，为设备技术条件进一步优化提供基础。铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军机械，如大体积混凝土施工方面，建立“水化-温度-湿度-约束”多场耦合作用机制与模型，综合利用拌合站追溯、自动化喷淋养护、主动加热养护、混凝土温度监控、智能温控模板等手段保障抗裂性能；针对河床预防护、沉井浮运、定位、着床全过程进行智能化风险监控，如采用水下吸泥可视化施工、沉井下沉实时监控、刃脚结构应力监控等全方位保障；在螺栓连接施工信息化基础上，不仅扩展螺栓从生产到运维的全过程管理，还可纳入焊接连接质量信息化管理，进而外延至钢结构架设现场连接施工的一体化管控。3.2施工过程精准管控与追溯利用各种传感器、远程监控与评估诊断技术，对桥梁建造工艺工序中参数指标、设备运行状况和施工状态进行全面监测，根据监测数据分析结果，以质量和效率的最佳平衡为优化原则，基于专家系统或知识库控制模型对工艺工序进行动态调整，并及时反馈设备输入的更新，进而实现工艺工序的多角度、多层次、立体化、全方位管理。3.2.3智慧工地建设智慧工地是在现有铁路标准化建设基础上的升级，涉及充分利用各种先进手段，如BIM、VR、AR、RFID、三维扫描、移动通信、信息技术等，实现施工现场管理各环节可视化智能管理：人员/车辆实时定位，升降机、塔吊、液压爬模等施工装备使用状态管控，施工场地扬尘、噪声、气象参数、水源水质等监测，危险区域电子栅栏等管理，实现对人的不安全行为、物的不安全状态的提前管控。3.2.1面向工业化的全过程管理建造工业化主要标志是生产工厂化、施工机械化和组织管理科学化，是实践源头控制、过程监控和成品检测的最佳载体。桥梁智能建造工业化体现在智能梁场、基于装配化智能构件场及钢结构智能制造车间。一方面，通过物联网、机群协同、激光雷达及机器视觉等先进技术打通信息壁垒，各建造环节能智能化尽智能化，实现全流程有记录、全信息可查询、全质量可追溯的闭环管理，如实现简支箱梁制、运、架全过程质量管控，对钢结构焊材、线材、棒材、杆件、拉索、主缆（索股）、索鞍、索夹等制造进行数字化管控，全面纳入智能制造工艺、装焊技术、生产线规划、涂装设计、BIM技术应用和信息系统集成等实施内容。另一方面，形成智能物流和供应链体系，开展智能管理，推进智能服务。如构件物流运输不仅考虑车辆运行轨迹、实时位置，还应对制造、架设间的逻辑关系、时空关系等进行联动分析，涉及架设工期、现场拼装存放空间、线路运输等相互间的协同，实现智能调度。同时数据信息的积累和综合分析、反向追溯为工艺调整和改进提供依据，也为施工标准体系深化和行业级大数据对接提供有利条件。3.33.3.1建养共融联动面向轨道形位保持的施工监控目前大跨度桥梁施工监控以重点工序的安全性（如应力）和施工线形为主，通过下达施工指令指导下一步施工，缺少对成桥轨道形位的影响分析和建造反馈，而轨道形位恰恰是影响列车运行安全性和舒适性的关键因素。因此，应深化施工监控理念，围绕最终轨道形位目标开展施工要素监控，以及施工工序的调整优化。重视桥梁全生命周期的形位监控。针对大范围不均匀沉降区，可基于时序InSAR技术［11］，获取毫米级精度地表形变速度场，结合地下水赋存分布特征及演化规律，融合北斗定位基准点的变形监测，探查沉降漏斗的空间分布及时空演化趋势，获取桥梁变形全过程监测数据，分析挖掘桥梁形变与轨道形位的耦合关系。3.3.2基于主动控制的智能管控（1）测力支座：可实时掌握运营中列车通过时的支点反力及架设过程中支点反力等关键参数，实现桥梁荷载远程实时测试、受力分析、状态判断和预、报警，可用于新建铁路项目桥梁工程施工及运营状态监测，为桥梁结构性能评估提供依据。3.2.2风险管控的专项智能化对施工风险大、直接影响桥梁建造质量的专项工序进行综合化智能管控，大力发展无人自主智能施工-6-CHINARAILWAY2021/09铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军本刊特稿供重要依据，而且也是智能建造进入高级阶段的重要特征，为此需在数据标准与规范、数据安全、数据采集、数据存储与管理、数据分析与挖掘、数据运维及数据应用等环节构建完整的数据生态，目前可着重在以下方面进行突破。（2）桥梁防撞系统：针对跨越大江大河的铁路桥梁宜采用被动和主动防撞系统相结合的形式［12］。主动防撞系统根据桥梁通航特点，设置墩体激光扫描监测模块和梁体扫描模块，对桥梁上下游通航船舶进行双向监测，可对超高船舶和偏离航道船舶撞击梁体、桥墩的可能性进行预警和报警，实现对桥梁和桥墩的全面防护。（3）斜拉索索力自感知监测：为全过程掌控斜拉索索力情况，可通过对斜拉索本身或施工工艺进行智能化升级改造，嵌套测力环或压力传感器，实时监测斜拉索安装、调索等全过程的受力情况，并为斜拉索运营期间服役状态的精准管控提供良好基础。（4）钢轨伸缩调节器状态监测：钢轨伸缩调节器是大跨度桥梁不可或缺的结构措施，本身属于轨道的薄弱环节，但与桥梁结构日常养护维修息息相关。设计之初即考虑对钢轨伸缩调节器关键指标的采集监测需求，并纳入桥梁综合一体化监测体系，及时验证其工作状态是否正常，提高设备可用性。4.1数据互联数据是流动的，作为生产资料只有整合关联才能发挥更大价值。目前桥梁单个智能建造应用数据都是各自分开独立，虽升级和提升了该工序的智能化水平，但与其他工序之间、其他相关业务之间又形成一个数据孤岛，很难完全实现知识共享，无法发挥创新链、数据链、产业链的交互增值。因此，应加强桥梁不同工序数据的关联分析，发展桥梁数据流通市场，引导合规的数据需求，必要时启动桥梁数据交易试点。4.2算法算法是创造和深化智能应用的基石，是大数据的核心价值。从桥梁建造结构化数据和非结构化数据两方面出发，分别开展大数据分析方法、文本数据分析方法、流媒体数据分析方法等，探索边缘计算、专用AI算法平台开发，建立多态多源异构数据的自主联合分析机制，为充分挖掘数据价值提供基础。3.3.3面向数字孪生的交付（1）探索无人机巡检验收：无人机综合巡线技术不仅用于铁路桥梁工程施工形象进度、施工质量管理，而且在静态验收、运维期外部环境监测等方面均有广阔应用空间。无人机沿桥位开展高精度航测数据采集，产生高空间分辨率的数字地表模型（DSM，地形）和数字正射影像图（DOM，影像）数据，利用地形、影像数据构建三维地表模型。基于模型对沿线桥梁设施进行普查，重点核查桥面及附属设施、环水保设施及外部环境侵限等情况，为数字交付和后期智能运营提供原始状态参考。（2）基于BIM的竣工交付：提出设计、施工、静态验收、联调联试等阶段数据竣工交付标准内容，如收集范围、整理规范、移交运维要求等，试点应用电子化资料交付，探索桥梁设备精细化台账的自动生成，为后期运营提供数据结构组织有序、易于维护的数字孪生工程。4.3数据质量数据不仅能用，更要好用。高质量数据才能衍生更好的算法、模型、引擎，进而创造出更好服务。目前铁路桥梁智能建造存在部分数据质量不高现象，针对同一对象，前端系统的不同开发商标准不统一，如针对厂商，有些是全称，有些则用简称，给数据分析利用带来不利影响。为此，应结合智能高铁标准体系框架，构建统一的桥梁建造标准体系，解决企业内部及跨组织、跨企业数据标识与关联问题。4.4数据分析与应用数据分析与应用是一个长期持续不断的过程，随着数据互联、算法、数据质量3项内容的不断深入，未来可在以下方面进行探索。（1）重大基础性材料用量统计与分析：分析统计不同速度等级、不同区域铁路桥梁建设过程中水泥、砂、石、矿物掺合料等大宗原材料用量，甄别原材料用量与铁路建设周期间的内在规律，结合材料市场价4铁路桥梁智能建造数据生态通过技术生态和管理生态保障了桥梁建造全流程关键数据的采集，但如何将数据转化为有效信息则是落地应用的关键，不仅为桥梁设计施工的优化指导提CHINARAILWAY2021/09-7-本刊特稿格数据，预测价格走势，为未来大宗原材料制定采购计划提供支撑。（2）铁路混凝土配合比统计与分析：依托铁路拌合站和试验室工程管理信息化系统，对铁路工程不同结构部位的混凝土配合比进行分类统计，识别不同区域、不同季节、不同环境类别下典型铁路桥梁工程的混凝土配合比参数设计范围，以及混凝土力学性能、耐久性能和长期性能的差异，优化完善铁路桥梁混凝土配合比设计经验，为相关标准、规范修订提供借鉴。（3）施工质量监督与防控：通过收集铁路桥梁工程混凝土生产报警和强度统计数据，分析报警发生的频次和原因，归纳总结不同拌合站、不同区域、不同季节下混凝土强度数据离差系数，分析问题产生的内在因素，为混凝土生产质量控制提供指导；通过对施工过程的安全质量问题分析，归纳整理某类施工质量产生原因、处置方案、优化措施等，打造施工质量“专家知识库”，提前防控规避同类施工问题。（4）通用材料力学性能统计分析：开展铁路工地试验室关键抗力参数性能特征研究，利用试验室信息化管理系统采集的混凝土抗压、钢筋原材、钢筋焊接、钢筋机械连接等真实有效数据，以及钢结构制造过程的钢材质保书、试板检测等数据，提出桥梁工程结构材料质量分布特征，为桥梁工程结构极限状态法抗力参数分析提供坚实数据支撑。（5）预制简支梁施工质量分析：统计混凝土弹性模量、预应力张拉力和伸长量、简支梁静载试验数据等，提出铁路预制简支梁质量评价模型。（6）施工单位行为画像分析：根据收集的数据信息对施工单位的施工行为、施工习惯、变更事项、风险事故等信息抽象出一个标签化的用户模型，不仅可用于潜在投标单位的遴选，还可为施工单位提供精准咨询服务，如基于施工现场问题数据，分析不同施工单位施工质量发生的频次或频率，预测企业发生质量问题的趋势曲线，进而补强施工单位短板，提升施工单位企业竞争力。铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军组装机床、自动焊接系统（见图5）及焊接数据监控系统，搭建钢桁梁自动焊接设备平台。利用钢桁梁智能控制多点同步顶推及自动监测系统，实现施工监控量测和预报修正，形成钢桁梁模块化、工厂化、自动化和智能化建造技术。图5自动焊接系统5.2京雄城际铁路桥梁京雄城际铁路固安特大桥跨廊涿高速公路连续梁是目前高速铁路最大跨度的墩顶转体连续梁，也是全路首例不平衡转体连续梁，创新采用“不平衡长悬臂下滑道墩顶转体”技术，利用BIM技术对转体区域复杂构造部位的钢筋进行三维布设，球铰处方形钢筋网片通过碰撞检查优化为放散型网片（见图6），解决了钢筋与转体球铰预埋件相互干扰的难题，提出现浇连续梁混凝土下料、振捣，钢筋及预应力筋优化和定位一体化解决方案；施工时采用BIM和GIS融合技术，对工点施工工序进行WBS分解，与BIM模型进行关联，实现以工作流驱动BIM模型进行进度、质量、安全、成本等管理。在制梁场实现了基于BIM数据及云技术的钢筋自动化加工成套技术（见图7）：研发了基于BIM模型的钢筋智能加工数据云平台，完善了BIM模型与钢筋加工设备数据接口，实现了采用钢筋BIM数据直接远程驱动自动化加工设备。通过将桥墩、桥面系各构件模块化、标准化和工厂化制作，现场装配化施工，实现了缩短施工周期、保证施工质量、降低施工成本的目标；应用BIM可视化、参数化、协同性、可模拟、易优化等优势，开展桥梁预制拼装，并对特殊结构桥梁的施工工艺、进度、质量、安全、物料组织、监控监测等进行全面管控。55.1铁路桥梁智能建造典型应用京张高铁桥梁基于京张高铁官厅水库特大桥研制新型数控机床、-8-CHINARAILWAY2021/09铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军本刊特稿施工BIM技术应用涵盖施工进度、质量安全、三维技术交底、钢梁制造、安防监控等方面，促进了大桥进度、质量、安全、人员、材料、机械等数据的共享和协同管理。图6复杂构造区域钢筋布设优化图8三维声呐泥面扫测图示6结束语为促进桥梁智能建造应用由点向线、面的综合立体发展，面向铁路桥梁建造中“人、机、料、法、环、成本、交付”全要素，阐述桥梁智能建造本质：践行图7钢筋智能加工流程全生命周期管理理念，实现铁路桥梁工程建设项目在其全生命周期内的最大使用效益、最长使用寿命及最低综合成本的目标，是对桥梁建造产业链的系统性变革；构建集成技术生态、管理生态和数据生态的应用场景，分别对应智能高铁框架的技术体系、标准体系和数据体系，通过建立技术生态注智、管理生态赋能、数据生态使能的闭环流程机制，实现铁路桥梁工程设计、施工、运营3个阶段信息的传递、接入、共享开放和价值利用；智能建造技术生态包括虚拟建造与辅助决策、施工过程精准管控与追溯、建养共融联动3个维度，虚拟建造维度分为面向全生命周期的虚拟设计、施工多维度可视化模拟和面向未来运营的提前验证，施工过程精准管控与追溯维度分为面向工业化的全过程管理、风险管控的专项智能化和智慧工地建设，建养共融联动分为面向轨道形位保持的施工监控、基于主动控制的智能管控和面向数字孪生的交付；桥梁智能数据生态目的是数据向信息、知识及智慧的迭代，为确保有效信息的价值挖掘，应关注桥梁建造的数据5.3五峰山长江大桥连镇高铁五峰山长江大桥是我国首座主跨千米级公铁两用悬索桥，也是目前世界上运营速度最高、荷载最大的悬索桥。大桥采用混凝土温度监控信息化系统、混凝土养护信息化系统（自动化喷淋养护、主动加热养护）、基坑及边坡监测信息化系统、沉井下沉实时监控系统、刃脚结构应力监控系统等信息化技术，对建造过程关键工艺中的参数指标进行实时采集、实时预警，及时提供管控措施，保障规范化施工。五峰山长江大桥运用水下三维声呐技术（见图8），对沉井狭小、浑浊水域泥面情况进行可视化监测，通过其他辅助手段实现沉井泥面标高测量；采用基于物联网的高强度螺栓连接施工管理系统，避免班前班后标定，降低终拧扭矩检查比例，优化了现场人力资源配置；通过搭建VR体验馆、借助多媒体安全培训箱等方式重构培训模式，提高人员培训质量和效率。大桥CHINARAILWAY2021/09-9-本刊特稿互联、算法、数据质量及数据分析与应用。桥梁智能建造生态不仅促进桥梁智能建造服务能力的系统性、全面性升级和桥梁产业数字经济发展，更为铁路桥梁标准化管理的进阶和桥梁强国软实力的提升提供坚实支撑。铁路桥梁智能建造关键技术研究王同军［7］张贵忠.沪通长江大桥钢梁制造管理［J］.中国铁路，2017（6）：1-6.［8］潘永杰.面向全生命周期管理的高强度螺栓施工管理系统［J］.铁道建筑，2020，60（4）：115-119.［9］王同军.基于系统论的智能高铁建设运营管理创新与实践［J］.中国铁道科学，2021，42（2）：1-8.［10］傅战工，郭衡，张锐，等.BIM技术在常泰长江大桥主航道桥设计阶段的应用［J］.桥梁建设，［11］康学东.我国铁路智能建设与运营管理初探［J］.铁路工程学报，2019，36（4）：84-89.［12］谢锦妹，赵志刚，汪发根，等.铁路桥梁防撞监测系统的研究［J］.铁道建筑，2019，59（1）：39-42.2020，50（5）：90-95.参考文献［1］王同军.中国智能高速铁路体系架构研究及应用［J］.铁道学报，2019，41（11）：1-9.［2］王同军.中国智能高速铁路发展战略研究［J］.中国铁路，2019（1）：9-14.［3］王同军.智能铁路总体架构与发展展望［J］.铁路计算机应用，2018，27（7）：1-8.［4］周绪红，张喜刚.关于中国桥梁技术发展的思考［J］.［5］解亚龙，李琳，郑心铭.铁路工程管理平台及其深化应用［J］.铁路计算机应用，2020，29（1）：49-54.［6］张俊存.京雄城际铁路智能化梁场建设［J］.铁道建筑，2020，60（5）：ering，2019，5（6）：1120-1130，1245.责任编辑高红义收稿日期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

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