深中通道是世界級的集「橋-島-隧-水下樞紐互通」於一體的超大型跨海交通集群工程。項目建設條件複雜、工程規模宏大、綜合技術難度非常高。
為適應項目建設面臨的挑戰，貫徹國家「科技強國、質量強國、交通強國」戰略，實現深中通道高質量建設，迫切需要結合當前信息技術、網際網路技術的發展，進行跨海工程建設技術的產業升級。
智能建造需求
1.國家戰略要求
2015年，國家提出《中國製造2025》發展戰略，提出以提質增效為中心，以加快新一代信息技術與製造業深度融合為主線，以推進智能製造為主攻方向，促進產業轉型升級；十九大報告提出建設「交通強國、質量強國、製造強國、科技強國」戰略，實現高質量發展；同時，新一輪科技革命和產業變革蓄勢待發，網際網路、雲計算、大數據、智能製造等新技術方興未艾。
2.行業需求
當前，我國跨海通道建設技術雖已取得較大進步，建成了以「大型化、標準化、工廠化、裝配化」為主要特徵的港珠澳大橋跨海集群工程，但是也面臨交通行業與工業化、信息技術如何深度融合，集群工程智能建造技術與裝備等問題，迫切需要依託國家重大跨海通道工程，在「工業化、智能化」等現代工程技術領域實現精準突破，從而提升我國跨海集群工程的智能建造水平。
3.項目需求
深中通道沉管隧道為世界最長、最寬的鋼殼混凝土沉管隧道，傳統鋼結構製造技術難以適應項目鋼殼沉管規模大、構造複雜、厚板焊接難度大、製造精度要求高、工效要求高等特點，迫切要求產業升級。
項目鋼箱梁主梁長度超過10km，橋面面積超過40萬m2，橋樑用鋼量約27萬噸。而正交異性鋼橋面板疲勞耐久性依然是世界性難題。為保障項目服務質量及結構安全，迫切需要從鋼結構製造設備和工藝進行創新，逐步根除鋼橋面板特殊構造帶來的焊接接頭初始缺陷。
單個鋼殼管節自密實混凝土方量達2.8萬m3，對自密實混凝土工作性能、體積穩定性、澆築工藝及速度控制要求非常高，脫空控制嚴格（≤5mm），環境溫度敏感性高。傳統混凝土澆築工藝難以適應鋼殼沉管隧道自密實混凝土澆築需求，對混凝土的澆築工藝和澆築裝備提出了升級要求。
受建設條件制約，本項目沉管施工面臨：長距離超大體量沉管管節浮運、大橫流條件下沿基槽長距離橫拖、複雜水文泥沙條件下管節深水沉放對接精度控制等系列技術難題。傳統的沉管浮運安裝方法難以適應本項目需求，對管節浮運安裝裝備及工藝提出了非常高的要求。
項目智能建造體系創建
以項目需求為導向，以「兩化融合」（工業化、信息化）為基礎，以《中國製造2025》為契機，以提質增效為中心，大力推行智慧建造，策劃了本項目智能建造體系規劃。具體包括：鋼殼智能製造、鋼箱梁智能製造、鋼殼混凝土智能澆築、智慧梁場、智慧安裝、智慧工地6個部分。
1.鋼殼智能製造。以網際網路+BIM技術+智能機器人為抓手，深度推動造船行業與交通行業深度融合（軍民融合），研發鋼殼小節段車間智能製造、中節段數字化搭載、大節段自動化總拼生產線。其中小節段車間智能製造是核心，研發「四線一系統」智能製造生產線。具體包括板材/型材智能切割生產線、片體智能焊接生產線、塊體智能焊接生產線、智能塗裝生產線、車間製造執行過程的信息化管控系統。從而實現鋼殼智能製造，提升鋼殼結構製造品質及工效，促進我國交通行業與造船業技術提升，打造國家南方現代化造船基地，提高國家戰略儲備能力。
圖1 8萬噸鋼殼沉管移動軌道及移模小車
2.鋼箱梁智能製造。圍繞克服正交異性鋼橋面板焊接接頭初始缺陷、提升正交異性鋼橋面板疲勞性能主要目標，推行BIM技術、移動網際網路、智能焊接機器人等技術，在製造生產線中實施應用，構建鋼箱梁智能製造生產線。具體為「四線一系統」，包括板材、型材智能切割下料生產線、板單元智能焊接生產線、節段梁智能化總拼焊接生產線、智能塗裝生產線和智能製造MES管控系統。智能製造生產線著力解決正交異性鋼橋面焊接接頭初始缺陷問題，提高耐久性。主要為：提出新型U肋和頂板焊接接頭細節構造，開發U肋和頂板的全熔透焊接技術，實現焊縫全熔透、無缺陷、可檢測，消除初始缺陷；採用高精度雷射切割技術，以確保橫隔板弧形缺口切割面光滑，減少應力集中現象；研發橫隔板與U肋雙機器人熱熔包腳焊接技術，以消除該部位的焊接初始缺陷。通過智能製造工藝提升正交異性鋼橋面板疲勞耐久性。
圖2 片體智能焊接機器人
圖3 鋼箱梁U肋與頂板雙面全熔透焊接接頭
3.鋼殼混凝土沉管自密實混凝土智能澆築。為保障自密實混凝土澆築質量，研發自密實混凝土澆築設備，開發智能澆築控制系統。一是研發智能化澆築監測裝備和智能澆築小車，通過傳感器（溫度傳感器、定位儀、混凝土液面測距儀等）、智能澆築小車，可實現混凝土自動布料、自動澆築、澆築速度控制；二是基於BIM、智能傳感和物聯網技術，研發涵蓋混凝土生產、運輸、澆築、檢測的鋼殼沉管混凝土澆築全過程智能化、信息化管理系統，利用大數據輔助決策，實現沉管預製各環節任務智能分配、實時監控記錄以及施工缺陷快速定位、自動生成報表的優質、高效、智能化、精細化管理，提升混凝土澆築品質。
圖4 鋼殼沉管混凝土智能澆築控制系統
圖5 可自動尋位、自動控制澆築速度的鋼殼沉管智能澆築小車
4.鋼殼沉管管節智慧安裝。結合項目需求，研發沉管運輸安裝一體船及沉管沉放智能控制系統，實現智慧安裝。一體船具有接沉管出塢、帶沉管自航到施工水域進行自動定位安裝等功能，綜合沉放駁及動力船的特點。具有航跡線控制、自航速度快、抵抗橫流、減少航道通航影響、可實現應急回拖、施工風險可控、管節結構適應性強等優點，提升長距離管節浮運施工安全保障能力，並大幅提升浮運安裝工效。
5.打造預製梁智慧梁場。研發「六線一系統」的智慧預製梁場生產線。具體包括：混凝土智能攪拌生產線、鋼筋自動化數控加工生產線、液壓模板自動控制系統、智能布料、澆築及振搗系統、預應力智能張拉及壓漿系統、智能化噴淋養護系統、集成控制系統。通過生產線設備智能化、工序卡控智能化、施工管理精細化，提升預製梁的品質及工效，實現橋樑建造向工業化生產轉型，促進我國交通行業技術水平及裝備水平提升，提高國家競爭力。
圖6 預應力混凝土箱梁混凝土澆築自動布料
圖7 智能噴砂
圖8 自動噴淋養護
圖9 自動振搗
6.建設基於BIM+移動網際網路的智慧工地，實現數據共享及工作協同。
探索「網際網路+交通基礎設施現代管理理念」發展新思路，推進大數據與項目管理系統深度融合，建立以BIM技術為基礎的項目管理平台，逐步實現工程全壽命周期關鍵信息的互聯共享，以及參建各方工作協同；推行「智慧工地」建設，積極推廣智慧工卡、一機一碼、工藝監測、安全預警、隱蔽工程數據採集、遠程視頻監控等設施設備，在施工管理中的集成應用，實現項目建設全過程、全方位管控，提升項目管理信息化水平，推動現代工程管理水平及工程品質的提升。
作為粵港澳大灣區的核心交通樞紐工程，深中通道與剛剛建成通車的港珠澳大橋一樣，每座超級工程的建設，不僅是我國改革開放後綜合國力提高的體現，也有著無數亟待征服的「技術高地」。值得期待的是，深中通道項目凝聚了行業內最頂尖的建設團隊和專家智慧，從實際需求出發，堅持科技創新，系統、全面地推行智能建造，必定能引領中國的交通基礎設施建設水平再上新台階。
本文刊載 / 《橋樑》雜誌 2019年 第1期 總第87期
作者 / 宋神友
作者單位 / 深中通道管理中心