0 引言
近年来，随着我国桥梁建设水平的显著提升，桥梁工业化建造模式在全国范围内逐步推广，装配化率持续提高，单机智能化设备研究取得重要进展，初步实现了预制构件的工厂化与自动化生产。然而，在公路桥梁大型装配式构件——尤其是具有显著通用性与经济性的25m/30m标准箱梁——的工业化智能建造过程中，仍存在一系列关键技术瓶颈。传统预制厂多以平面布局为主，缺乏立体化、系统化的生产线设计，导致设备协同效率低、工序衔接不畅、工艺精度控制不足、自动化检测覆盖率低，以及生产数据采集分散滞后等问题。上述问题严重制约了生产效能，造成厂区空间利用不充分、劳动强度大、能源消耗高、单日产量受限等现实困境。
针对当前预制构件生产体系中存在的碎片化、低效化和高耗能等问题，本文以实际工程为依托，以工艺创新为核心，开展装配式箱涵智能建造流水化施工技术研究。通过构建“工序联动、数据驱动、智能管控”的一体化流水生产线，实现资源配置、工艺执行与质量控制的系统优化，为推动我国桥梁构件预制向高效、精密、绿色方向升级提供关键技术支撑。
1 技术应用优势特征
1.1 定型化钢筋绑扎胎架与智能化加工技术
为提高箱涵钢筋骨架的加工精度与生产效率，本研究研究了定型化钢筋绑扎胎架加工生产技术。该技术结合智能弯曲与下料设备，实现了钢筋加工的标准化与自动化，显著提高了钢筋尺寸一致性及绑扎定位精度。胎架结构设计合理，操作简便，不仅大幅减少人工投入，还有效提升了钢筋施工的整体效率与质量可控性，为后续混凝土浇筑提供了可靠基础。
1.2 自动化整体推拉式钢模板系统
针对传统箱涵模板安装效率低、定位精度不足等问题，开发了自动化整体推拉式钢模板技术。该系统采用两侧及底部定型化钢模组成刚性模板体系，拼装牢固、密封性好。模板底部设有万向轮移动装置，可实现快速推拉移位与精准定位，显著提高了模板安装、拆除及周转的效率。该技术增强了模板系统的稳定性和操作便捷性，适用于流水化施工节拍要求。
1.3 智能化运料布料与振捣一体化施工系统
为实现混凝土浇筑过程的高效性与质量稳定性，引入了预制装配式箱涵智能化运料布料系统。该系统能够依据箱涵设计形状与混凝土方量自动规划布料路径，并自适应选择振捣方式与点位，确保混凝土密实度和均匀性。智能控制单元集成数据反馈与过程监测功能，在提高浇筑施工效率的同时，有效减少人工干预，提升了箱涵预制的智能化水平和整体工程质量。
2 技术应用核心原理
本技术的核心应用原理在于通过“工序联动、智能控制与一体化流水作业”，实现装配式箱涵的高效、精密与智能化建造。具体而言，在钢筋工程中，采用定型化绑扎胎架与智能弯曲下料设备（见图1），确保钢筋成型的精度与效率；在模板工程中，依托自动化整体推拉式钢模系统，通过带轮可移模架实现快速定位与稳定拼装（见图2）；在混凝土施工中，依托集成化的智能叫料、输送、布料与振捣控制系统，依据构件形状与重量自动执行布料与振捣作业。全过程以数据交互和系统协同为基础，显著提升了预制构件的质量均匀性、生产连续性与整体智能化水平，有效节约人力成本，实现了经济效益与社会效益的统一。
图1 定型化钢筋绑扎胎架 图2 自动化整体推拉式钢模板结构示意图
3 技术操作要点
3.1 移动台座与底模系统就位工艺
装配式箱涵的工业化智能建造依托高度组织化的流水生产线完成。该生产线设置于全封闭式的钢结构大棚中，具有良好的环境控制能力，可有效应对风雨、高温等不利气候条件，确保全年不间断生产。每条预制生产线系统配置了4个可移动底模台座，这些台座设计为模块化钢结构，搭载于带有导向和锁定装置的移动小车之上。每个底模均具备高平整度和刚度，表面通常进行抛光或镀膜处理，以保证构件底面的光滑度并利于脱模。在就位过程中，通过预设的轨道和电动驱动装置，移动台座可精准停靠在各个工位，如钢筋安装区、混凝土浇筑区、养护区等，实现了“构件流动、设备固定”的节拍化生产模式。该移动系统不仅显著提高了模板的周转效率，减少了传统固定台座所需的等待时间，还有效利用了厂区空间，为实现箱涵的规模化、流水化生产奠定了坚实基础。系统运行状态实时反馈至中央控制平台，实现位置监控与调度自动化。
3.2 智能化钢筋加工与绑扎技术
钢筋工程的质量和效率直接决定了箱涵产品的结构性能和生产节拍。本项目采用了一套完整的智能化钢筋加工与绑扎集成系统。在加工阶段，立式剪切机器人负责钢筋的定长剪切，剪切误差控制在毫米级；MEP智能弯曲中心可根据输入的设计图形，自动完成多种复杂形状钢筋的弯曲成型；数控弯箍机则专门用于箍筋的连续化、高效率生产。所有这些设备均集成于一整套自动化上料、传送和分类系统中，实现了从原材料到半成品的无缝衔接。核心在于其强大的图形数据库管理系统：操作人员可在人机交互界面直接输入或编辑钢筋的几何参数（如边长、角度、弯弧直径等），系统自动生成加工代码并保存图形数据，图形库存容量可达数万种，支持按构件型号、钢筋编号等方式进行检索与一键调用。
在绑扎工位，设有专用定型化胎架，胎架上设有精准定位装置和卡具，确保主筋、分布筋和箍筋的位置准确符合设计图纸要求，大大提高了钢筋骨架的整体性和尺寸精度，为后续混凝土浇筑提供均匀的保护层厚度奠定了基础。
3.3 自动化模板安装与质量控制
模板是保证预制箱涵外形尺寸和表观质量的关键工装。本技术采用了先进的自动化整体式液压模板系统。当钢筋骨架通过电动移运台车精准送入模板安装区后，液压系统驱动侧模进行整体合模动作，合模过程中设有位移传感器实时监测模板位置，确保合模精度。模板面板采用6mm厚不锈钢板，不仅刚度大、不易变形，而且表面光洁，可赋予混凝土构件优异的表面光泽度。在侧模内部，集成布置了附着式分频振捣器，可根据浇筑工况选择不同的振动频率和时长，均由自动化系统控制。底模则设计为模块化可更换式，通过桁车进行吊装，适应不同规格箱涵的生产需求。
每一套模板在投入使用前必须进行严格的试拼装验收。验收指标主要包括：模板拼缝的高差与密闭性（防止漏浆）、内部截面尺寸（长、宽、高等）的偏差、以及对角线误差等。只有所有指标均符合规范要求后，方可投入正式生产，从工艺装备层面坚决杜绝质量隐患。
3.4 混凝土智能浇筑与振捣系统
混凝土浇筑与振捣的智能化是提升构件内在质量和表观效果的核心。该流程起始于浇筑点的“叫料”指令：操作人员在工位触发需求，叫料任务通过无线网络实时下发至搅拌站管理系统（MES）。搅拌站接收指令后，排产并生产混凝土，同时调度“鱼雷罐”式搅拌运输车至出料口接料。鱼雷罐接料后，沿预定轨道自动运行至指定浇筑工位，并将实时位置信息发送给智能布料机。整个运输过程需确保混凝土拌合物的均匀性，坍落度严格控制在160mm~180mm的适宜范围内。布料机就位后，与鱼雷罐完成通讯确认，接收混凝土。智能布料机的核心在于其内置的专家数据库系统。该系统预存了各种规格箱涵的三维模型信息，可根据当前生产的构件形状、尺寸与方量，自动规划布料路径、计算分层厚度并控制下料速度，实现全覆盖、无遗漏的均匀布料，有效避免因布料不均造成的离析、冷缝等缺陷。
振捣系统与布料系统联动工作。根据浇筑方量、浇筑速度及构件形状，系统自动推荐振捣方案（如振捣器启停组合、振动频率、持续时间等）。附着在侧模上的振捣器按程序启振，操作人员辅助以观察，待混凝土表面呈现平坦、泛浆且无显著气泡冒出时，系统发出停止振捣指令，确保混凝土达到最佳密实状态。
3.5 温控蒸汽养护工艺
混凝土浇筑振捣完成后，箱涵构件进入精准控制的蒸汽养护阶段，以加速水泥水化、提高早期强度、缩短脱模周期。移动底模台车将构件载入专用的密闭养护棚内。养护热源由燃气锅炉提供的蒸汽，通过保温管道输送至养护棚底部的分布式喷汽管，确保蒸汽均匀分布。养护制度采用“升温-恒温-降温”三阶段自动控制：升温阶段严格控制速率不超过15°C/小时，避免表面水分急剧蒸发产生裂纹；当棚内温度升至设定值（70°C）后，进入恒温阶段，维持该温度5小时，使混凝土强度快速增长；降温阶段控制速率在10°C/小时以内，直至棚内温度接近环境温度。整个过程中，布置在养护棚不同区域的温湿度传感器持续采集数据，并反馈至控制系统，通过调节蒸汽阀门开度实现温度的动态精确控制。降温结束时，确保构件表面与外界环境温差小于15°C后方可打开棚门，防止温度应力导致构件开裂。这套系统大幅缩短了养护时间，保证了不同批次构件养护质量的一致性和稳定性。
3.6 智能张拉与压浆技术
对于预应力箱涵，当同期养护的混凝土试块强度及现场回弹强度均达到设计强度的90%以上时，方可进行预应力张拉作业。穿束采用自动穿束机，保证钢绞线束平行顺直且两端外露长度一致。张拉设备为智能数控系统，千斤顶和配套油压表均经过国家级计量部门配套标定，并拟合出张拉力-油压表读数的回归方程。张拉时，系统根据输入的张拉控制应力、钢束截面面积及孔道摩阻参数等，自动计算并分级施加张拉力（如0→10%σcon→20%σcon→100%σcon持荷），同步测量钢束伸长值并与理论值进行比对，实现“双控”管理，所有数据自动记录，不可篡改，确保张拉力的准确性和可追溯性。
张拉完成后，紧随其后进行孔道压浆。采用真空辅助大循环压浆工艺，先对孔道抽真空，然后在孔道另一端用压浆泵持续压入专用高性能浆体。智能压浆台车自动控制压浆压力、稳压时间等参数，确保孔道内浆体饱满密实，有效保护预应力筋免受腐蚀，保证结构耐久性。
3.7 自动化喷淋养生系统
预应力施工完成后，箱涵构件仍需进行持续保湿养护以促进后期强度发展并防止干缩裂缝。采用门式起重机将构件吊运至专用的喷淋养生区。该区域顶部和侧面布设了管网系统，喷头经过水力计算后合理布置：在腹板等竖直区域，每间隔2米设置一个旋转喷头；在顶板区域，则每5米布置一道喷淋管。系统由中央控制器定时启停，可根据环境温湿度自动调整喷淋频率和持续时间（如开启10分钟/间隔1小时），实现无人化、全覆盖的精细化养护，直至养护龄期结束，构件强度完全达到设计要求后方可移运至存放区。
3.8 一体化信息管理平台
以上所有智能化子系统并非孤立运行，而是通过一个顶层的信息化管理系统实现深度融合与协同指挥。该平台以生产工序流程为主线，整合了物料管理（MES）、拌合站控制系统、生产线调度系统、RFID/BIM信息识别系统等。平台构建了“数字孪生”生产环境，实时采集各环节的生产数据（如钢筋加工数量、模板就位时间、混凝土方量、养护温湿度曲线、张拉压浆数据等），实现全流程质量信息的自动采集、追溯与分析。管理人员可通过看板实时监控生产进度、设备状态、质量偏差，并及时做出调度决策。
最终解决了“信息孤岛”问题，实现了从订单下达到产品出厂的全过程智能化管控，不仅大幅提升了生产效率和质量稳定性，也为工艺参数的持续优化提供了宝贵的数据支撑，标志着箱涵预制生产正式迈入智能化、数字化新时代。
4 效益对比分析
本技术通过构建以智能装备与信息协同为核心的箱涵预制流水化生产线，在经济效益与社会效益方面均取得显著成效。如表1所示，该体系通过钢筋智能加工与绑扎、模板自动化安装与周转、混凝土智能布料与振捣等关键技术的集成应用，实现了生产效率、资源利用率和质量控制水平的系统提升。与传统工艺相比，该技术可提高综合施工效率约20%，节约项目总成本10%，同时大幅减少人力需求与建筑垃圾排放，符合绿色建造与可持续发展方向。其社会效益体现在推动桥梁工程工业化转型、促进智能建造技术迭代、降低环境负荷等方面，为行业技术升级提供了实践依据与应用范例，见表1。
表1 装配式箱涵智能建造流水化施工技术效益量化分析
5 结论
本文系统研究并成功应用了装配式箱涵智能建造流水化施工技术，通过集成定型化钢筋绑扎胎架、智能弯曲与下料设备、自动化整体推拉式钢模板及智能化混凝土运料布料与振捣系统，构建了一套以工艺为核心、数据为驱动的柔性生产线。该技术显著提高了箱涵预制的工业化与智能化水平：钢筋加工精度高、模板安拆效率提升、混凝土浇筑质量均匀稳定，整体施工效率较传统工艺提升约20%，项目成本降低10%，同时大幅减少了人力需求与建筑垃圾排放。工程实践表明，该体系不仅经济高效，更具良好的社会效益与环保价值，为我国桥梁装配化建造的标准化、绿色化与可持续发展提供了可靠的技术路径与工程示范。
参考文献
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