在交通强国、数字交通等战略背景下，智能建造、智慧工地技术在交通基础设施建设领域方兴未艾。智能制造已经成为我国工业化和信息化深度融合的主攻方向，推动我国制造模式从“中国制造”向“中国智造”转变。
2023年，交通部发布了关于推进《公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》，进一步明确要提升公路设计、施工数字化水平，推动公路智能建造和智慧工地建设。推动桥梁智能建造，不仅能够提升工程的安全性、耐久性和环境适应性，还能通过优化资源配置、提高施工精度和加快工程进度，实现经济效益和社会效益的最大化。
打造国家级智慧工地
示范工程
张靖皋长江大桥包含一座梁跨布置为2300米+770米的双跨吊悬索桥和一座主跨1208米的单跨吊悬索桥，其南航道桥主跨2300米，创下六项“世界之最”，实现六项“世界首创”，实现中国桥梁建设从千米跨径到两千米跨径的突破。
随着跨径的突破，桥梁建设进入无人区，面临创新技术多、施工难度大、安全风险高等诸多困难，如何通过信息化手段加强协同管理，提高管理效率；如何全环节集成数字化应用，提升项目质量安全环保管理水平；如何依托新一代信息技术实现关键工序的可视、可测、可调，加强施工精细化控制，成为项目面临的重要挑战。
据此，项目在建设之初确定了智慧工地建设目标：综合运用大数据、云计算、物联网、移动互联网、BIM、数字孪生等信息化、数字化、智能化技术，通过工业化生产、智能化建造、数字化管控，多目标、全要素、全周期打造国家级智慧工地示范工程。
依据项目特点，超前梳理出62项智慧工地、智能建造应用场景，并列入招标文件要求，实现工程全业务、全方位、全场景的智慧管理与智能建造。
全业务高效能协同管理
张靖皋长江大桥聚焦特大跨径悬索桥工程管理特点，融合接入各标段智慧工地、智能建造、智慧工厂等系统，形成协调管理、智慧工地、智能建造一体化数字平台。
基于各系统平台功能协同应用与数据关联机制，融合搭建底层统一数据中心，实现项目建设全周期的高效协同管理和全过程的数字化交付，以数字化技术提升项目管理效能。
统一数据中心
随着信息化技术的迅猛发展，各项目均在推广应用信息化平台，集成质量、安全、计量、进度等多方面的功能，但目前绝大部分平台缺乏统一的数据标准，数据多头填报、重复录入，信息壁垒高筑，形成多个数据孤岛，极大影响项目管理效率。对此，本项目首次为特大跨径悬索桥构建了统一的数据标准体系，并建立了数据共享中心，各类基础数据一次录入，所有子系统共享提取，打破数据孤岛，为各个业务应用系统和各类服务系统提供数据支持。实现一数一源、一源多用、整合共享，保障数据的准确性和一致性，极大提高了数据的使用效率。
目前共享数据中心累计接入数据业务系统21个，每日调取数据近千次，数据调用总次数约54万次，模块单点对接从以往两个月周期缩短至一个月，各模块交叉对接数据处理效率整体提升75%。
流程协同化管理
针对项目建设周期长、各单位协同流程繁杂、工序质检环节多等特点，打通进度、质量、计量、试验检测、档案等核心业务数据流，实现核心业务智慧化协调管理。
通过项目OA系统规范工程管理用表，实现参建各方文件线上流转；进度、质量、计量、档案等系统采用统一的WBS，质量系统的工序报验流程推送至进度系统完成实际进度统计与分析；计量支付系统提取质量检验合格分项工程自动生成可计量清单；电子档案同步数据收集、自动归档组卷。工程管理各项事务在平台中实现一网统管，提高了整体沟通效率，降低了管理难度和管理成本。目前平台注册参建单位25家，注册用户上千人。现阶段仅结构部位拆分30000多个，审批资料逾8万件。
质量数智化管控
当前建设管理中，质量文件主要通过人工形成以及缺乏系统性的事前审批机制，存在审批流程不严谨、资料填报易修改、真实性难以保障等问题。
本项目基于统一质量管理流程，以材料溯源、智慧品控、试验检测、拌和站MES、质量资料等质量子系统为依托，通过数据互联互通，打造材料-试验-生产-施工-检查-验收的质量精细化、智慧化管控体系。研发材料溯源系统，通过材料报验数据与拌合站数据、试验室数据的深度融合实现混凝土材料的精准正反向溯源；应用智慧品控系统，实现隐蔽工程影像记录实时在线保存；试验检测系统基于统一的WBS，自动采集试验数据生成报告，线上签章发布，推送至相关结构部位及具体工序，与现场质检资料共同形成完整的工序质检文件；辅以纸云同步+电子云签章+区块链技术融合运用新技术，电子文件填报错误后须保留错误文件方可重新进行填报，杜绝了工序资料人为修改，实现电子文件的信息化采集、自动化流转、实时化归集，提高项目内业管理的真实性和时效性。
AI盯仓 管控入库盲区
全过程数字化交付
当前交通领域全面推广数字化交付，但由于缺乏统一的数据标准，导致数据难以兼容和共享，同时交付涉及设计、施工、运维等多个阶段超长周期，流程复杂，数据流转和利用效率较低。
本项目设计阶段依托BIM、云计算等新一代信息技术，开展数字化设计，建立设计信息模型，对悬索桥基础、主梁、索塔、锚碇和缆索等关键结构，开展BIM正向设计、校审及设计可视化交付，并将设计数字化模型传递并应用至施工、运维阶段，实现设计、施工、运维数字模型一体化。施工阶段搭建一站式大数据服务平台，可查验任意结构构件的原材料、设计图档、质检资料，项目交工后，交付含设计、施工、桥梁初始状态的全过程数据体系，实现真正意义上的桥梁工程数字化交付。
全方位高科技智慧工地
张靖皋长江大桥围绕“人机料法环”五大要素，形成工地“数字化”管理模式，实时感知现场，辅助高效决策，助力工程质量安全环保精细化管控，推动现场降本提质增效。
生产可管可溯
在钢筋云工厂方面，围绕钢筋原材进场、订单提交、加工配送等流程，开发钢筋生产MES系统，采用智能网关打通钢筋设备与云端的数据通道，实现生产任务在线下发和生产数据的自动采集，完成订单、翻样、排产、加工、配送全业务数字化以及全流程的数据整合；应用嵌入AI套丝自动检测的钢筋笼一体化生产线，实现钢筋笼全自动生产，填补了国内套丝加工质量自动化监控的空白，全面提升钢筋加工的数字化和智能化水平。在混凝土云工厂方面，通过混凝土智能生产远程集中控制中心应用集业务流程管理、远程操控、视频监控、原材料温度监控、质量卡控于一体的智能拌和站管理系统，实现拌合站远程集中操控少人化、业务流程管理自动化、混凝土生产全环节的自动管控和质量追溯。
安全可知可防
项目全面推广“以人为本”的科技兴安管理，建设智慧化产业工人培训中心，通过视频交底、工地云课堂、“无人教室”等多形式的安全教育多角度调动工人的情绪、注意力和兴趣。研发工地云手环安全装备，与工地门禁、平安守护系统相关联，通过科技手段对工人身体状况、定位、上下岗进行实时监测，并赋予紧急通信、危险监测等功能，实时把控、评估现场工人进出场、培训上岗和健康状态。建立基于AI的数字化安全隐患监控系统，实现自动化监管，及时发现人的不安全行为、物的不安全状态和环境管理缺陷，减轻安全监管人员负担，解决人工盯控的“盲区”。推广应用起重吊装安全生产智能管控系统，通过人员安全识别、吊装环境感知、设备运行安全感知、起重设备结构安全感知、吊装可视辅助等科技手段，建立全覆盖、成体系、多手段、智能化、及时性、分级管理推送的全新管控模式。
“慧眼”违章抓拍
群塔作业智能管控系统
结构可视可控
搭建隔仓取土智能监控系统，实现对开挖进度、结构应力、变形、周边环境、大临机械设备数据的自动化采集、分析，建立结构安全分级预警体系，达到动态监测、主动预警的效果。在首节段钢塔安装测量中，采用无人机工业数字摄影测量技术，通过导入无人机摄影的图片到Metro3D工业数字近景摄影测量软件进行解算，形成目标锚杆高精度的“三维实景模型”，实现对于锚杆的“云测量”，集群式锚杆定位控制误差小于2mm。
无人机工业数字摄影测量
低碳可见可测
项目建设融合绿色、双碳、智慧元素与理念，通过设立环境监测站、扬尘检测器、水质监测器，实现对空气环境、水质环境、声环境等进行全方位在线网格化监测。联动扫水车与智能喷淋等设备，当环境监测数据超标时自动预警与启动，实现环境监测、处理、维护一体化管理。针对进场非道路移动机械和运输车辆安装OBD、油耗传感器等在线监测设备，开展碳排放因子修正测定，实现建设施工能耗与碳排放动态监控、主动上传及信息化管理。
全场景高质量智能建造
张靖皋长江大桥依托新一代信息技术、先进制造技术及人工智能技术，围绕支护转结构复合地连墙、深层地基加固、沉井、索塔制造施工等关键工序研发应用智能建造系统，赋能传统产业技术转型升级，不断提升工程建设的智能化、数字化水平，实现高危、隐蔽工程的可视、可测、可控、可调。
支护转结构复合地连墙智能建造
支护转结构复合地连墙施工工序复杂，精度要求高。通过抓取施工现场全要素感知数据，实现地连墙施工铣槽、钢筋笼/钢箱下放、混凝土浇筑的全过程监控。铣槽作业过程中，实时获取铣槽机运行数据，对成槽过程进行数字仿真建模，对槽孔垂直度、泥浆指标进行动态纠偏。在钢箱吊装过程中，通过数据可视化技术实现了水下钢箱姿态数字孪生模型，通过姿态调整系统满足钢箱下放精度要求；同时针对超长钢筋笼翻身时主、副吊不平衡受力的风险，开发双机抬吊模块，实时动态监测主、副吊状态，有效降低超长超重钢筋笼吊装风险。混凝土浇筑过程中，对分布式光纤传感器温度监测数据进行分析，确认是否发生混凝土绕流，并进行报警，实现地连墙施工过程智能控制。
成槽动态纠偏
钢箱姿态精准调节
深层地基加固智能建造
大桥桥址处基础软弱覆盖层深厚，为确保锚碇基础满足承载能力、抗滑移能力和防渗要求，南、北航道桥均采用了大规模深层地基加固。研发、应用深层地基加固智能建造系统，施工过程中，每10秒自动采集一次提升速度、提升步距、浆液流量等关键指标，实现旋喷施工全过程的动态监控，对高压泵、空压机等后台设备运行状态以及水、浆、气的压力和流量等参数动态监测，保证数据稳定、设备安全可靠。每根高压旋喷桩均形成独立施工数字档案，包含引孔、喷浆全过程的施工参数，便于质量溯源管理。
旋喷过程动态监测
逐桩数字档案
沉井智能建造
搭建沉井5D智能建造系统，全方位预埋智能传感器，数据实时接入，对沉井施工中的水位变化、土体沉降、应力应变、空间姿态等关键指标进行实时监测与孪生。同时结合智能取土装备、智能决策算法，实现沉井施工过程全时段可视、可测、可控，减小以往施工技术人员凭借个人经验进行主观判断所带来的不利影响。
沉井关键指标实时监测与孪生
智能决策模块
主塔智能建造
搭建超高索塔节段智能装配系统，设定钢塔节段安装目标值，采用北斗定位、倾角测量、激光测距等信息化手段，实时获取索塔节段吊装过程中的三维坐标及空间姿态参数，将安装目标偏差分析结果反馈至机操控室云端系统，为塔机操作提供旋转角度、吊钩提升/下降、天车变幅等智能决策指令，辅助钢塔节段快速高精度吊装。
针对钢塔节段形状不规则、截面尺寸大、吨位重、焊接控制要求高等技术难题，项目全方位推广自动化焊接技术。工厂内应用具有电子跟踪系统的六臂门式板肋转机和横隔板双臂焊接机器人等，可一次性、高质量完成多条焊缝。桥位现场，针对钢塔环缝及纵向对接焊缝首次采用轨道式机器人、履带式机器人、多位置焊接机器人等，实现桥位焊缝的自动化焊接，焊缝一次探伤合格率由不足90%提升至96%以上，高空焊接作业实现“零安全事故”。目前，全桥综合自动化焊接率达到94%以上，有力保障了焊缝质量的稳定性。
索塔节段智能装配
桥位自动化焊接
开发更高水平的
智能建造系统
当前，张靖皋长江大桥智慧工地和智能建造实践仍处于探索阶段，有必要研发更高精度的传感器，满足现场大节段全自动、精准装配的需要；推动施工、装备上下游厂商数据互联互通，实现多源数据融合和更高阶的自动控制；加强典型工况真实样本数据积累，为大数据和人工智能技术的应用奠定样本基础；打通有限元分析和BIM模型的底层通道，结合内置力学算法获得任一工况下结构理论受力变形状况，实现更精确的施工过程预测及预警。
后续，本项目会结合缆索架设、钢箱梁吊装等上部结构施工工艺、工序特点，融合最新的信息技术，研发应用新型智能装备和传感器，开发更高水平的智能建造系统，着力推动交通基础设施新质生产力发展，为高质量建设世界第一跨大桥保驾护航。
本文刊载 / 《数智视界》杂志
2024年 第3期 总第30期
作者 / 李洪涛
作者单位 / 江苏省交通工程建设局
编辑 / 李诗韵
美编 / 赵雯
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲
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