李可科 王成伟 王俊野 杨纪硕

中交一公局第六工程有限公司

摘 要：国道207孟州至偃师黄河大桥及连接线工程，全线18.39km，其中控制性工程黄河特大桥主桥共有19孔80米槽形钢梁，南北引桥共有20孔50m波形钢腹板梁其中，槽形钢梁吊装、反提过程中，架桥机、吊杆、反提梁体皆承受巨大荷载，须进行严格的施工过程安全监控。因施工工艺的新颖性、施工机械的特殊性，为了保证槽形钢梁及波形钢腹板梁在架设过程的施工安全，项目研究开发了特大型设备施工安全监控系统，在桥机过孔、架设、反提等不同的工序阶段进行安全数据及影像采集，实现梁体架设施工的全过程安全数据实时追踪。达成“一个平台，多点管控”目标，实现全动态实时监控，为特大型设备架设钢混组合梁施工安全提供了大力帮助，为后期的施工信息化体系建设提供保障。

关键词：装配式钢混组合梁;特大型架梁设备;施工安全监控;信息化管理;

现阶段，我国国内桥梁施工水平飞速发展，为了提高工程质量、降低施工成本，对新型梁体和施工工艺也处于不断创新的境况。本项目控制性工程孟州黄河特大桥为应用80m槽形钢梁及50m波形钢腹板梁规模最大的黄河桥，在机械化建造技术上也首次使用了80m大跨径钢梁整孔架设及反提拉施工工艺，在桥梁施工领域进行了挑战性的技术革新。因施工工艺的新颖性、施工机械的特殊性，为确保国内首创工艺的施工安全，项目贯彻信息化和数字化管理理念，创新研发了特大型设备安全监控系统，严格监控施工安全，监测施工中设备的安全运行状况，保证项目的顺利实施。

1 项目概况

国道207孟州至偃师黄河大桥及连接线工程，其控制性工程为黄河特大桥，全长3007m，上部结构全部采用装配式梁体。主桥采用80m跨单箱单室截面槽形钢梁，桥梁布置为2×(6×80)+(7×80)三联，跨移民防护堤桥采用50+80+50m槽形钢梁，南、北引桥采用50m波形钢腹板梁。全桥共计槽形钢梁44片，波形钢腹板梁120片。其中，80m大跨径槽形钢梁采用整孔厂内预制+架桥机双幅架设施工，利用桥机施加1300T提升力持荷7天，在国内尚属首次，所涉及特种设备为特殊定制。本项目所有槽形钢梁都是由工厂制作好板单元后运输至项目综合梁厂，在梁厂槽形钢梁总拼区进行整孔拼装完成后，由组合式模块车运至桥位后进行架设施工。

2 特大型设备施工难度

工程设计的80m槽形钢梁高度3.72m，采用开口槽形截面，单片槽形钢梁最大重量510t;50m波形钢腹板组合梁高3m，截面形式为箱式结构，设5道横隔板，波形钢腹板厚度为9～10mm，钢板材质为Q345q D，单片最大重量380t。且项目施工中所使用的LG550特大型架桥机，为国内最大公路架桥机，长169m，宽33.61m，高21.7m，总重量1500t，最大架设能力550t，最大反提能力1300t(见图1)。其实现了80m大跨径槽形钢梁的双幅整孔架设，同时利用桥机施加1300t提升力持荷7天，用以优化钢梁与混凝土的内力分布，改善组合梁受力性能。此规模架桥机及梁体架设工艺理念在国内均是首次使用，弥补了国内大跨径钢混组合梁装配式机械化建造施工技术的空白。也正因为是国内首创，所以针对特大型架桥机信息化施工管理并无类似案例可以借鉴，而且各工况的安全风险高，不确定因素较多，因此对各阶段进行实时安全数据及影像的采集与监控尤为重要。

图1 LG550特大型架桥机 下载原图

3 解决思路

为了保证大型梁体架设施工的安全管控，项目部研发了特大型设备施工安全监控系统，该系统依托于目前最先进的自动化监控技术及4G网络，通过在架桥机重要监控部位安装传感器自动采集数据，通过无线网桥发送到云端，通过系统的分析整理将数据展示到PC端，将各工况下架桥机的力学数据和视频监控数据进行集成，整合成为一套针对槽形钢梁、波形钢腹板梁运架施工过程的安全监控系统(见图2)。

图2 特大型架桥机反提过程安全监控 下载原图

此系统主要分为对力学数据的监测监控、现场实际情况的视频监控以及架桥机上主要运转构件的行动情况等进行跟踪监测。从而确保在整个架桥机的循行过程中进行实时监控。

4 具体方式

4.1 力学数据的监测监控

该架桥机为国内首次研发使用，槽形钢梁反提施工工艺也为国内首创，施工安全风险大。在设备设计阶段，项目对施工工艺进行了多次研讨、组织召开专家评审会、研究架桥机不利工况、多次优化桥机安全监控点位布置，主要针对以下因素进行考虑:架桥机中支腿压力、前支腿压力及水平推力、机体因受力所产生的水平和垂直的倾斜度、前后天车总荷载及卷扬荷载值、反提施工期间吊杆力值等，将其作为重点监控项。在架桥机组拼的过程中，在桥机上述各位置安装应力、应变计，通过传感器采集仪对数据进行及时采集和传输。并且对采集的数据设置报警值和极限值，用于提前预警和及时停止施工作业。这样系统可以在重点部位出现问题时，第一时间发现，并通过手机端实时反馈到相关管理人员、技术人员以及架桥机操作人员，报送问题发生位置及问题程度，为特大型设备管理过程做决策提供有力依据。

4.2 现场实际情况的视频监控

LG550桥机整体结构较为庞大，并且需要在桥梁两跨之间进行梁体的架设及反提等施工流程，现场虽安排多名技术人员进行全程管理，但要做到整体的全面安全管理仍然十分困难，较高位置发生问题也不易察觉。为杜绝视觉死角，做到全方位监控管理，架桥机上根据视角分布，安装了15套视频监控系统，可以通过点击图标进行视角的切换查看。实现了架桥机全方位监控无死角，各施工细节及主要机械构件均能进行查看，为施工安全保驾护航。

4.3 主要运转构件的行动监控

在架桥机运行过程中，各可动组件的运转情况也应实时掌控，如前、中支腿油缸顶进距离，各卷扬机和前、后天车运行的方向及速度(见图3)。因各组件自身重量和所吊运物品的重量单位均为t级，行进速度过快都有发生因惯性失衡的风险，所以相关管理人员可根据平台显示的运行情况对现场操作人员进行提示，防止事故发生。

图3 架桥机组件运转监控 下载原图

4.4 班前安全风险确认检查

为确保施工的安全进行，架桥机专属安全人员会在架桥机运作前对其进行班前安全风险确认检查，分别对架桥机上本身构件的安全性、监测仪器的运转情况及现场施工环境安全状况进行确认。并且协同架桥机机长对现场作业人员进行每日的“班前十分钟”教育活动，提高人员意识、确保特种设备施工作业安全。

5 应用分析

5.1 安全效益

当前，建筑行业安全生产事故引起的人员伤亡对项目及个人造成的经济损失巨大，同时对企业信用评价有很大影响。通过本系统的应用，可以全方位降低现场发生问题的隐患，减少施工过程中出现安全问题的几率，保障特大型设备在运转时有效的安全管控与监测，为危大工程实施的全过程保驾护航。安全是项目的关键核心，在信息化高速发展的时代，通过针对特种设备采用安全信息化的技术，对基础设施建设提供了安全保障。

5.2 工期效益

特大型设备日常运转维护难度大，且涉及到80m大跨径钢混组合梁的运梁、架设和反提的工序复杂。黄河特大桥作为项目的控制性工程，其施工进度直接对总工期产生影响。特大型设备施工安全监控系统实现了减少现场安全问题产生的频率，缩短了单片梁体架设周期，对于具有3km钢混组合梁的黄河特大桥而言，工期效益显著。

5.3 社会效益

国内目前还没有对LG550这类特大型架桥机上应用全方位、多维度、数字化和信息化安全监控手段的先例。本项目创新性地将设备力学监测、视频监控等多方数据集成在一个平台内，助推项目施工安全管理的创新升级。达到了本质安全、价值创造、提能增效，为以后大型钢梁施工的安全信息化管理提供宝贵的施工经验。

6 结语

随着国内桥梁建造技术水平和机械装备的不断提升，未来大跨径钢混组合梁技术应用将更为普遍，针对相关特种设备施工管理难度也随之加大。而处于推崇“本质安全”的大环境下，针对特大型设备安全监控系统的研发及实效应用，可大幅度提升类似架桥工艺及设备的施工安全管理水平。

通过对系统的应用和总结，并结合现场实际情况和使用人员的反馈意见不断地对系统功能进行扩展，结合物联网、互联网、5G等信息化技术应用，不断地对特大型设备安全监控系统进行创新升级，从而实现施工管理信息化、数字化，为后续类似工程施工提供管理经验。

参考文献

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