成渝（成都—重庆）中线高速铁路（简称：高铁）是CR450科技创新的关键支撑工程。《“十四五”铁路科技创新发展规划》《国铁集团“十四五”发展规划》提出了建设智能高铁2.0的目标，推动智能铁路1.0向2.0发展^[1]。《数字铁路规划》将“成渝中线智能高铁2.0示范工程”列为示范项目^[2]，作为国铁集团贯彻落实国家数字中国战略、打造数字铁路示范的重要举措，对于智能高铁关键技术自主创新和持续领跑具有重要意义。

成渝中线智能建造2.0体系框架主要包括以下方面：（1）基于数字化设计理念，构建空天地一体化智能勘察系统、智能选线与集成设计系统及BIM（Building Information Modeling）协同设计系统；（2）结合铁路工业化发展趋势，建成一批数字化工厂；（3）建立桥（梁）隧（道）路（基）轨（道）体系化智能工装配备标准，实现机械化换人、自动化减人、智能化无人^[3]；（4）搭建成渝中线建设管理平台，打造全过程信息化管理体系；（5）在设计成果和竣工档案数字化交付方面开展探索。

本文主要从数字化工厂设计、智能化装备和智能管理平台等方面研究梁场、管片厂及钢构件厂在成渝中线高铁中的智能建造技术，总结其在成渝中线的应用效果，助力智能高铁2.0建设。

1   数字化工厂设计

数字化工厂是利用物联网技术和监控技术，加强信息管理服务，从而提高生产过程可控性，减少生产线人工干预，合理计划排程。智能高铁中的数字化工厂主要包括：梁场、板厂、管片厂、机制砂厂、钢构件厂及小型预制构件厂^[4]。成渝中线高铁根据项目建造需求，主要对梁场、管片厂及钢构件厂进行智能建造技术升级，助力数字化工厂从1.0向2.0发展^[5-6]。

1.1   数字梁场设计与规划

成渝中线安岳东制梁场通过数字孪生、人工智能等信息技术，建成全线第一个智慧梁场。安岳东制梁场主要分为办公生活区、试验检测区、制梁区、存梁区及运梁区等区域，设置一座污水处理站、数智梁场控制中心和智能钢筋加工配送中心。根据生产规模优化场区空间布局，统筹各区域间工序衔接、物流动线，实现集中化管理、产业化生产及低库存仓储。

1.2   数字管片厂设计与规划

成渝中线青白江管片厂规划面积128亩，负责同时向2个盾构区间供应管片。根据施工需求，管片日产能12环，平均月产量300环，配置了自动流水生产线1条、模具6套，HZS240拌和站1座。为满足管片养护龄期、储存周期的设计要求，管片厂设置独立养护窑13个、水养池4个，最大储存量1000环。

根据现场地形及交通条件，按照“集中布置、协同管理、靠前指挥”原则，利用BIM、地理信息系统（GIS，Geographic Information System）及倾斜摄影技术^[7]，结合生产任务、产能要求、智能工装等进行场地布置，直观精准表达场地内各功能区关系，辅助项目部更直观地策划场地布局，为建设高效智能的施工场地提供了保障。

1.3   数字钢构件厂设计与规划

成渝中线大足钢构件智造中心建筑面积3600 m²。设置钢板激光切割生产线、钢筋锯切套丝生产线、型钢拱架生产线、钢筋自动（剪切、弯曲、弯弧）加工生产线及格拱架生产线，共5条钢构件加工生产线。承担加工钢筋4.6万t、砂浆锚杆 47.5 万延m、型钢 1.7万t的施工任务。

2   智能化装备

2.1   数字梁场

成渝中线安岳东制梁场为打造“数智化梁场”，配置了35台（套）智能设备（系统），努力实现机械化换人、自动化减人、智能化无人。

（1）钢筋工程

将钢筋信息录入智能设备后，利用U型筋弯曲加工系统、箱梁定位网智能焊接系统等智能化设备完成钢筋智能加工、智能下料、智能焊接、成品自动摆放、辅助安装等工序。

（2）模板工程

配备模板自动打磨喷涂系统，实现在30 min内完成打磨、脱模剂喷涂自动化作业；采用内模自动走行系统，具备一键操控连续走行、点动走行等功能，定位精准度高；安装液压端模脱模系统，采用液压顶升脱模，有效降低锚穴破损率。

（3）混凝土工程

混凝土工程智能化装备主要包括混凝土智能浇筑系统和全方位自动喷淋雾化养护系统^[8]。智能浇筑系统可实现混凝土自动计量、智能布料，6 h内完成40 m箱梁浇筑；养护系统可自动感应梁体温度及湿度，实现零人作业，高效养护。

（4）预应力工程

预应力工程主要配置智能凿毛切筋喷涂机器人和箱梁智能张拉一体台车。智能机器人增加喷雾降尘装置，通过集成传感器实现自动行走、精准定位、自动喷涂，具备智能定位识别、分析和预警功能；智能张拉一体台车具备张拉作业同步率高、施加预应力精准、持荷时间可控、锚固应力精确的特点，数据自动采集、实时上传。

2.2   数字管片厂

成渝中线青白江管片厂配置了钢筋智能加工焊接生产线、自动化流水生产线及智能养护系统。

（1）钢筋智能加工焊接生产线

该生产线以平面网焊机和立体网焊机为主体，搭载光学识别追踪仪、自动搬运机器人和自动焊接机器人。通过BIM深化设计，根据自动下达的钢筋数量、规格和长度等生产信息，一键完成钢筋上料定尺、切断、输送、翻料及储存。

（2）自动化流水生产线

该生产线采用平移排链系统驱动、子母合车横移完成生产线自动运作；同时，配备智能清模系统、智能脱模剂喷涂系统、智能抹面系统及螺栓辅助开合装备，实现管片预制智能化作业；结合智能管理平台，实现远程自动布料和蒸养控制。

（3）智能养护系统

设置垂直独立单元蒸汽养护系统、智能水养系统和智能喷淋养护系统。垂直独立单元蒸汽养护系统实时显示养护温度，能对温度、湿度进行独立自动控制，系统根据温度自动调节输气阀门，生成养护温度数据及温度曲线，实现管片养护智能化控制；智能水养系统通过智能水循环子系统及中水子系统，对水养池的蓄水量、PH值进行自动检控，将管片养护信息传送至管理平台，智能投药调质；智能喷淋养护系统布设自动感应探头和识别器，在手机端即可调节喷淋时间和喷淋间隔，智能管理平台自动计算各区域的养护时长，形成养护记录，实现无死角智能化养护。

2.3   数字钢构件厂

为实现钢构件生产流程的精细化管理和生产数据的全程追溯，引入机器人技术与智能控制器等对钢板切割、钢筋锯切套丝、型钢拱架、钢筋加工及格栅拱架等5条生产线进行技术升级。

（1）自动化数控激光切割生产线

该生产线包含切割机主机的床身、横梁、激光器等，采用高能激光束迅速熔化钢板，高速气流吹走熔渣，实现快速切割，割切口精准美观，无须额外加工即可直接应用。

（2）数控钢筋锯切套丝打磨生产线

该生产线采用可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）控制系统，集储料、送料、定锯断等多项功能于一体，操作简单，高效便捷。

（3）隧道型钢拱架自动化加工数控生产线

该生产线由智能数控系统、抓取切割焊接机器人、机数控冷弯机、激光视觉系统和等离子切断机等高精度系统/设备构成。采用先进的数控技术和机器人技术，自动完成型钢的抓取、定位、切割、焊接、冷弯、变位、输送等工序。

（4）智能化数控钢筋产线

该生产线集成数控弯箍机、下料机器人和全自动钢筋上料剪切弯曲弯弧生产线，具有多种功能。可加工直径ϕ为10～50 mm的钢筋，弯曲边长达110～117 cm；全自动精准完成钢筋调直、定尺、弯箍、切断及弯曲弯弧等流程，大幅提高生产效率。

（5）数控格栅拱架焊接生产线

该生产线集成8字筋自动化生产线、蝴蝶筋焊接机器人和格栅拱架焊接机器人等高效设备。8字筋生产线可自动完成钢筋棒材的定长、切断、弯曲、焊接及成型；蝴蝶筋焊接机器人则快速将8字筋焊接成蝴蝶状；格栅拱架自动翻转台架配合机器人，精确焊接蝴蝶筋与支撑钢筋。

3   智能管理平台

3.1   数智梁场指挥中心

围绕智能建造2.0少人化工厂建设目标，根据数字梁场建设需求，设计数智梁场指挥中心，如图1所示。引进先进、成熟的智能装备，安装梁场智能监控与智能广播设备，构建梁场智能管控体系，实现对箱梁预制施工人员、设备、物料、工艺及环境的全过程智能化管控。

图  1  数智梁场指挥中心

下载: 全尺寸图片 幻灯片

业务模块主要包括：个人管理模块，新增工作任务发布功能，提高上下级之间工作效率；物资管理模块，联动拌和站与试验室检测数据，可实现工单派发和物料预警功能；质量管理模块，新增工序检查和质检验收功能，可自动生成检查记录表；进度管理模块，新增智能排产功能和AI工序识别功能，实现了进度自动化填报和检验批资料的自动生成；技术管理模块，支持专项方案的编写及梁场制造证明书的在线生成，资料可自动整理归档。

3.2   管片厂生产数据中心

为有序实现成渝中线智能建造目标，运用BIM、GIS、物联网、云计算和大数据等技术，升级或定制钢筋智能生产线等装备，在降低劳动强度，提高施工精度的同时，全面采集物资进场、生产组织、质量检测、安全管理等各环节关键数据；应用AI视频监控、智能光学追踪三维扫描仪等智能化监测检测技术，强化安全质量管控能力，提高数据汇集水平，建成管片厂生产数据中心，开展相关统计分析的数据利用，辅助项目管理层进行决策，实现智能化管理。

管片厂生产数据中心包含物资、安全、生产、质量、设备、环水保等管理业务模块，具备数据互通、流转、采集，以及指令下达、数据录入存档等功能。通过各模块的数据收集与智能化控制，提升管片厂生产效率，减少作业人员配置，如图2所示。

图  2  管片厂生产数据中心

下载: 全尺寸图片 幻灯片

（1）物资管理模块

该模块通过料仓道闸、智能电子锁和物资称量系统，对原材料实行收、支、存“全过程”管理，有效规避了原材料“未检先用”风险。通过数据分析比，及时对物资节超和库存数量进行预警，物资管理更加精准高效。

（2）安全管理模块

该模块具有智能视频监控、语音广播喊话、电子围栏预警和安全积分等功能，形成了集监控人的安全行为、物的安全状态和人员积分考核为一体的安全综合管理能力，提高安全管理工作效率。

（3）生产管理模块

该模块应用二维码、RFID电子芯片、装备系统数据传输等信息技术，实现了数据集成、全工序监控和全过程可视，辅助管理人员统筹生产，提高生产效率和智能管理水平。

（4）质量管理模块

该模块通过手持终端对预制产品进行全过程质量检验，自动记录质检数据及质检结果，结合线下申请、线上审批程序，有效保障了预制件质量。

（5）设备管理模块

在该模块中录入特种设备参数、操作人员证件等信息，操作人员通过电子锁识别、匹配后方可启动设备，确保特种设备作业人员持证上岗、定人定机；同时，通过数据接口，实现设备工效、运行时间、维保等各类信息的采集、上传等。

（6）智能环水保管理模块

该模块通过收集环境检测、雾化除尘、污水处理喷淋养护、中水循环等运行数据，时刻监控设备运行状态，实现自动预警。

3.3   钢构件智造中心

为实现钢构件生产流程的智能化管理和生产数据的全程追溯，打造钢构件智造中心，通过智能模型解析和8个业务模块的协同运作，以及5条智能生产线的精准配合，实现钢构生产过程的自动化、智能化和少人化，如图3所示。

图  3  钢构件智造中心

下载: 全尺寸图片 幻灯片

钢构件智造中心连接“BIM 深化模型、原材料入厂、生产加工、现场安装使用”的各个环节，确保对钢构件制造全链条的精准掌控。通过引入大数据、云计算、物联网等技术，实现生产数据的实时采集、分析和处理，涵盖BIM模型图纸数据提取、自动拆分加工料单、合理分配加工任务、透明化管理原材料、精细化监管生产过程、严格把控产品质量、高效物流配送，以及提供直观的施工指导，实现钢构件生产过程透明化与高效精细化的管理目标。

钢构件智造中心可实现一键调度、自动化生产。依托远程监控与设备控制系统，将复杂的多按钮操作优化为简便的一键式操作；将生成的加工指令一键下发至智能化生产线，进而实现钢构件从设计方案到实际制造过程的高效衔接和全程自动化链接；钢构件智造中心实时跟进和把控生产进度，有力提升生产和加工环节的效率与精准性，为项目按计划稳步推进提供坚实保障。

4   结束语

数字化工厂已在成渝中线智能建造2.0建设中得到应用，使得梁场、管片厂及钢构件厂在工作效率和工厂少人化程度方面都有大幅度提升，取得了较好的应用效果。成渝中线智能建造2.0体系框架还需要持续探索和深化，未来将融合工程数智建造技术，全面采集工程现场数据，推动资源优化配置、进度有效管控、风险有效防范。