把住智能建造发展之脉

  进入2023年，ChatGPT的火爆出圈，再次引发了全球对人工智能技术发展的广泛关注。

  恰逢其时，面对越来越复杂的建设环境、慢慢的升高的建设要求，以及劳动力紧缺的影响，桥梁行业正在加快推进智能建造与建筑工业化协同发展，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通基础设施建设运营深度融合。

  在桥梁建造的转型升级之路上，中国桥梁还存在哪些理论难题与关键技术瓶颈？未来又该如何加快核心研发技术、转化？在此前结束的“2022中国公路学会桥梁和结构工程分会——桥梁工业化与智能建造技术工作组年度会议”上，多位专家提出了自己的见解。

  中国交通建设集团有限公司首席总监、中交第二航务工程局有限公司高级顾问张鸿：

  应该说，我国桥梁目前的现状还是属于劳动密集型产业，工业化程度依然较低，安全质量环保问题依然突出。面对劳动力需求大与劳动力日益减少的矛盾、现场施工环境差与以人为本的发展理念的矛盾、生产方式落后与美丽中国建设的矛盾、质量控制难与高水平发展的矛盾的大背景下，人机一体化智能系统已成为产业变革的重要驱动力量，也是当前制造业转变发展方式与经济转型的必经之路。

  在过去这些年里，二航局参与建造了300余座跨江、跨海、跨高山峡谷的特大型桥梁，并依托这些世界级桥梁工程建设项目，积极开展桥梁工业化智能建造关键技术探索、研究与实践。

  我们认为，要想实现智能建造，关键是要改革桥梁建造模式，为工业化转型升级提供基础。核心是要建立“感知-分析-决策-执行”的建造全过程智能化控制体系。在这样的一个过程中，要伴随传感、通信、算法算力等数字化、网络化技术的发展而不断进行升级。根据这一总体思想，我们提出“从做工程向做产品转变”的理念。具体来说，要把工业化建造转变为“利用生产要素，以柔性建造的方式，将产品要素组拼为产品”。在此基础上，通过数字孪生技术实现实体车间、现场工厂与数字工厂之间的数据交互和传递，进行实时管控。并打造以BIM为基础的数字建造平台，为工程建设项目赋能。同时，通过新一代技术方法实现桥梁全过程、全要素的智能化控制。

  智能建造是我们整个桥梁行业发展不可或缺的一个重要方面。无论是桥梁，还是其他建筑结构，对智能建造的认识，还是该回归结构的本质，那就是安全、适用、经济、美观、耐久、环保。要求我们用更好的设计理念和建造手段来实现。

  另外，对我们桥梁行业的智能建造，我觉得应分成两个层面来分析。第一个层面是针对我们交通领域数量庞大的中小桥，要通过智能建造，来解决安全性、适用性和耐久性的课题，以及“双碳”目标下面临的问题和挑战。第二层面是针对有特殊性、代表性的特大型桥梁，要通过智能建造，对建造的手段、建造的水平进行提升。

  实际上，智能建造绝不是越花哨越好、越多越好，而是需要一个标准。在智能建造的理念上，“度”的把握很重。另外，要正确看待标准化与创新的关系，不能因为标准化而抑制创新。智能建造的标准化与创新应该是相辅相成、互动发展。

  中国交通建设集团有限公司首席总监、中交第二航务工程局有限公司高级顾问张鸿：

  相比于其他的制造业，我们土木行业还是属于比较“笨重”的行业，所面对的构件都是以“吨”来计量。如果都是个性化建造，则要付出高昂代价。所以说，设计是桥梁行业实现工业化智能建造的龙头，如果没有设计的标准化，则会给实施工程单位带来很大的压力。同时，由于实施工程单位会接触不同的设计单位，也可以从施工的角度推动设计的标准化。在设计标准化的基础上，我们实施工程单位就要把精力放在设备的改造和提升上。

  通过十余年的探索，我们大家都认为，围绕工业化、数字化、网络化、智能化，还需要着重研究适宜工业化智能建造的桥梁结构及高性能材料。在此基础上，通过一体化智能工程装备实现生产的全部过程的精准控制。同时，辅以先进传感、智能分析手段决策等，最终达到智能建造。

  在钢结构桥梁制造方面，随着我们人力资源的短缺，特别是技术工人匮乏问题的显现，劳动力成本也将慢慢的升高，所以也逼着我们要走自动化、智能化建造的路径。但是，现在我们也遇到一个比较困惑的问题，就是桥梁建造怎么来实现标准化的问题。

  比如，在自动化生产方面，首先要面对的就是需要适应不一样项目、不同结构的结构方式和尺寸，进而时我们要有单面焊、双面焊、双面全熔透焊等。还应该要考虑U肋的外观尺寸、U肋的间距……需要面临很多的参数化问题，为实现智能化建造带来了很大的制约。再比如，我国铁路桥梁在早期建设的时候，跨越大江大河的项目比较少，板梁基本上就分为16米、24米、32米；桁梁就分为48米、64米、96米……都是标准化设计。产品生产完成之后，项目之间还可以通用。从这方面考虑，虽然现在大型桥梁跨径比较大，但在一些部件上，我们是不是可以实现标准化设计？有了这样一个基础，我们生产制造企业也可以研发更多的专业生产装备，进一步提升效率、压缩成本。

  在工业化的探索中，我个人认为，首先要强化工业化建造的思维。目前，据我了解，许多设计院还没有形成工业化建造的思维，用传统现浇的方式去要求装配化，所以往往达不到预期的效果。

  在智能建造方面，我把目前的智能建造定义为1.0版本。当前，整个行业对于智能建造的定义，还有待进一步的加深。简单来说，首先，智能建造核心应该是建造而非智能。建桥的核心应该是桥梁，而非智能。第二，正向设计是真正实现智能建造的前提。目前行业内的“翻模”现象，还需要进一步改变。第三，虽然当前“云大物移智”技术在行业的应用已经达到了一定的高度，但是经济性还没有显现出来，还需要在桥梁设计理论方面加强研究。最后，我们还需要强化智慧工地的管控、系统的顶层设计，以及智能化控制算法的开发。

  目前，在钢结构自动化、智能制造方面，只有板单元制造还比较成熟，其余方面还有很大的提升空间，包括智能打砂、智能涂装、钢桁梁制造等。对于这一问题，我们认为，除了要解决标准化设计的问题以外，还应该加强与设备制造企业、软件企业间的相互合作，通过协同研发，提高自动化、智能化水平。

  另外，当前，各个项目都在推进桥梁建筑信息模型(BIM)技术的应用，但是实际上能够真正使用BIM正向设计的项目并不多，大量项目还存在对照设计图纸进行BIM建模，也就是“翻模”的现象，而且大多是各自为战——业主建模、设计建模、制造企业建模。也就是说，BIM技术并未真正在项目的全寿命周期管理中发挥应有的作用。未来，在软件、硬件方面，我们还需要进一步提升。

  从设计的角度来看，我们要想达到工业化、智能化建造，关键是要打造一个统一的平台。尽管BIM技术在行业内受到了高度关注，但大部分企业都是购买国外的BIM软件，而国内虽然也有企业在进行相关的研发，但是大多数还是处于研发和探索中。这也就往往导致在一个项目中，业主、设计、施工分别购买、使用不同的管控平台，且平台与平台之间的数据接口也不相同，进而造成了设计、施工、管理、维养等环节的相互脱节。如果有了统一的平台，设计单位就可以从正向设计入手，之后传递给业主、施工单位……一环一环地推进下去。

  结合个人在安罗高速黄河特大桥的工作实践，我们认为，第一，设计是桥梁行业实现工业化的源头，能轻松实现材料和结构的物尽其用；第二，从施工层面，包括专业化制造单位，自动化装备的保障、数字化信号的感知，以及信息化集成的协同，是至关重要的。

  以安罗高速黄河特大桥50m梁型的选择为例，前期我们有三个方案，包括T形梁、波形钢腹板、工字形组合梁。后来我们深入几家设计院进行对比，最终选择了工字形组合梁这一方案。首先是这一结构的形式更通透、更简洁。同时，施工总体更高效。从后场加工，到前场焊接拼装，再到架桥……整个过程都非常简洁。所以，我们说，设计是实现桥梁工业化智能建造的源头。

  另外，在50m跨的工字梁施工中，后场钢结构单位发运之后，我们在前场进行二拼，包括桥面板安装。总体工效从预计的6天的一孔，到后来可以压缩到4天至4.5天一孔，超出了我们的预期。我们的100米梁，起初预计顶推的时间为10天至14天。后来，通过信息化手段，包括与最优算法的结合，减少施工过程中的人工干预，推动顶推的连续化施工，进而将顶推作业时间压缩7天左右。

  简而言之，个人觉得，无论是工业化，还是智能化，关键是要通过我们硬件和软件的升级，实现提质增效的目标。

  当前，桥梁工业化建造的经济性未能很好地体现，其原因是使用规模的问题，还是核心技术没有掌握？这是需要我们思考的。

  通过大量的案例和数据显示，与欧美发达国家相比，我国的装配式桥梁材料用量大、造价整体偏高。个人觉得，从这些问题可以看出，我国目前是桥梁大国，还称不上桥梁强国，在桥梁工业化建造方面还有很多问题是需要琢磨、研究。更重要的一点就是，我们的规范可能还存在不合理的地方。例如，由于工业化采用预制拼装技术以后，其设计理论可能与传统教科书上的理论是不一样的。再比如，在新材料应用方面，有一些很好的材料，但是在应用中的成本很高。其中一个缘由是在应用中没有充分的发挥材料的性能。所以，在桥梁工业化建造方面，我们还有很多方面要提升，包括连接处的计算理论研究、构造细节的研究、新材料应用的研究等。另外，还需要强化构件预制工厂的建设与开发，以及装配式人才队伍的建设。

  目前，在一些省份的中小桥建设中，我们的工业化智能建造的理念和模式，包括前期的桥型比选、后期的工业化生产，都是非常适用的。因此，我们大家可以尝试在这些省份打造智能桥梁“共同体”的理念，贯彻执行这种工业化智能化建造的理念和标准。

  另外，随着桥梁行业的发展，桥梁既是一门学科，也是一门科学，交叉学科，融合科学，涉及桥梁、力学、化学、机械化、自动化、计算机、新兴材料……这是一个融合的概念。所以我们该依托重点项目、依托重点高校，把这些融合的理念和新兴的模式，传递给未来的从业者，进而推动整个产业持续发展。