朱兴龙，彭 冀

(1.深圳市市政工程总公司,深圳 518000;2.武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉 430070)

近年来，随着经济社会的不断发展与人口总量的持续增长，我国的交通运输压力急剧增大。为解决交通拥堵问题，各级政府规划、新建了大量市政道路与公路[1]，这些相关公路的建设也催生了大量新建桥梁的需求。预制箱梁桥作为中小跨径桥梁建设应用最为广泛的桥型之一，其现有的施工工艺仍存在着一定的不足，该文对其吊装施工技术发展现状与问题进行分析，从施工控制管理与施工监测方面提出基于GNSS的施工监测的技术方案。

1 预制箱梁吊装施工技术发展现状

早在20世纪50年代，我国就已经开始研究预应力混凝土技术，并于1956年在陇海线新沂河上建成了国内第一座预应力混凝土铁路桥，此后，预制混凝土梁在桥梁建设中得到了广泛的应用[2]。在桥梁的工程建设中，施工技术水平的高低常常起着至关重大的作用，采用合理的施工技术不仅能提高施工效率，降低工程费用，更是实现安全生产的重要保障。因此，许多学者与工程技术人员在工程实践的基础上，对预制箱梁的吊装施工不断地进行技术创新，主要体现在各类大型机械化运、架梁设备的研究应用上。

现如今，按照架梁施工的工艺类别进行划分，有针对地上架设、水上架设以及高空架设的各类技术方法，比较常见的如架桥机安装法、自行式吊车安装法、跨墩龙门吊安装法和浮运架设法等。在海面上或深水上修建桥梁时，通常使用可回转的伸臂式浮吊，配备有大型浮吊船的情况下，其吊装能力强大、功效高。当桥高有限、架梁孔数多且在线路两侧铺设吊车行走轨道较为方便时，可选用跨墩门式吊车法进行架梁。架桥机是针对箱梁吊装施工专门研发出来的起重设备，采用了微调控制结构，其吊装动作平稳精准，能实现一次落梁到位，并且具有可自行跨孔、不受桥下水深与通行限制等优点，在实际工程中得到了广泛应用，其缺点是往往需要进行复杂的机械结构组装施工，对设备及技术工种的需求相对较高。当单片梁架设重量较小且施工场地相对平坦坚实时，自行式吊车架梁法是一种很好的补充方法。自行式吊车本身具有动力，运转灵活，既能在桥下架梁，也能行驶至已架设的桥段上进行高空吊装作业，不仅对架设设备、技术工种的需求较低，而且架设速度快、保护交通效果良好，可起到缩短工期的效果。除上述几类常见的吊装施工技术外，还有多种灵活的方式可以选择。日新月异的机械化施工技术也为桥梁工程的发展提供了更为广阔的空间。

2 现存问题分析与对策

不论采用何种起重机具进行架梁，整个架梁作业通常严格按照试吊→起吊→提梁→移梁就位→落梁的工序进行，其总体目标是将主梁平稳、安全、精准地安放到目标梁位，如图1所示。

在传统的施工工艺里，为保证最终落梁位置的准确性，需事先在已验收合格的盖梁上对箱梁的安装边线、中轴延长线以及梁端线进行放样并标画出来，同时在梁端上也标画出梁体中轴线，待箱梁移运至目标梁位上方后保持悬停，由指挥人员反复校核梁体与标线的重合情况来调整落梁。该方法存在如下弊端：

1)箱梁的吊运安装主要依靠人工监控指挥，受指挥者所处位置、视角、距离以及现场照明条件的影响，指挥移梁与落梁就位时将不可避免产生一定的偏差。

2)指挥人员与操作人员通过语言沟通合作进行架梁作业，过程中往往需要进行多次、反复调整以保证箱梁准确地安装到目标位置，施工效率十分低下。

3)在进行吊装作业时，目标孔跨两端各需要1个以上的指挥人员，人力成本较高。

4)指挥人员往往需要进行长时间的高空作业，并且作业区域离安装点位较近，具有很大的安全隐患。

根据住建部发布的《2019年房屋市政工程生产安全事故情况通报》[3]：2019年，房屋市政工程生产安全事故按照事故类型划分，高处坠落事故占比最高，共发生415起，占事故总数的53.69%；因起重机械伤害造成事故42起，占总数的5.43%。通报对生产安全较大及以上事故也按类型进行了统计，其中因起重机械伤害造成的事故有7起，占比高达30.43%。以上数据也表明，预制构件吊装是一项危险性较高的施工作业，吊装指挥人员不仅面临着较大的高空坠落风险，当发生起重伤害事故时后果也比较严重，容易造成较大的人员伤亡及财产损失。

实际上，装配式桥梁因采用了标准化的设计与工厂化的生产工艺，不仅构件类型齐全，生产质量有保证，而且同一类型的构件外形尺寸固定，内部构造相似，更适合采用信息化的施工方案。近年来，有不少学者开始研究将GNSS定位技术应用于指导吊装施工，该文在阅读大量相关文献的基础上进行创新，提出建立一套基于GNSS定位技术的施工监测系统来指导实际吊装施工，以提高施工效率、安全性与准确性。

3 系统方案设计

系统的总体框架设计以实际应用为目标，以功能需求为基础，结合预制箱梁桥施工工艺的特点，采用动态、直观、高效的设计原则，形成了基于软硬件集成的多层逻辑架构，如图2所示。

基于总体构架，结合箱梁桥施工阶段的整体过程，以及需要的硬件和软件进行系统的方案分析设计，从而完成基于GNSS定位技术的预制箱梁的吊装施工过程的方案设计。

3.1 预制箱梁桥施工阶段分析

系统主要依靠安装在梁体上的GNSS定位设备来接收卫星定位数据，结合系统软件的内部算法计算出梁体的实时空间位置，从而实现对预制箱梁吊装施工的监控指挥。在确定定位硬件在梁体上的安装方案后，箱梁吊装就位时接收机的目标坐标可以在施工定位图上换算求出，但考虑到箱梁在预制、存梁阶段受一期恒载与钢束预应力的作用会产生形变[4]，若仅以其设计尺寸参数来计算接收机的目标坐标，必然会存在着一定的误差，从而影响到最终的安装精度。因此，运用有限元方法对预制混凝土箱形梁桥进行施工阶段分析，掌握其在各阶段的受力变形特性具有重要意义，能够为后续形成系统的吊装定位计算理论提供重要依据。施工阶段分析主要内容是不同标准跨径的各类梁片在任意存梁周期下的变形情况。

3.2 系统硬件设计

硬件是整个系统得以运行的基础与支撑，主要包含GNSS定位硬件，必要的数据通信设备以及具有交互接口的可显示用户终端。其中硬件的集成方案与GNSS定位设备在梁体上的安装布置方案是研究的关键。为保证系统指挥吊装施工的时效性与精度，采用了GNSS RTK实时动态定位技术，因此定位硬件中既包含了安装于梁体上的流动站接收机，也包括安装在施工现场的基准站接收机来提供实时差分信号。系统配备了3台流动站接收机并分置于梁体的固定安装点位上，通过实时解算接收机天线构成的非共线基线矢量来确定梁体的吊装姿态[5]。最后将所有的硬件设备通过数据链路联系在一起集成为系统的硬件子系统。

3.3 系统软件设计

系统开发的预期效果是：施工人员在操作大型起重机械时，能够根据系统所反馈的实时监控信息调整自己的操作，以便让预制构件能够平稳、安全、精准地移运到目标位置。因此，监控信息如果太过于复杂和数据化，反而会影响施工人员原本的操作，系统的实用性就会大打折扣。故在硬件监测系统的基础上，开发一款与之相适应的动态仿真软件，软件内部核心算法能够对所获取到的实时定位数据进行快速分析，然后通过仿真界面以图形化的形式直观地向施工人员提供操作指引。同时，软件具有直观、简洁、人性化的用户图形界面与操作模块，用户可以方便地定义必要的施工参数并进行实时仿真操控，轻松获取有效的施工信息。

4 结 语

预制箱梁桥的广泛应用为我国公路建设与桥梁事业的发展提供了巨大推力与保障，其施工技术也在实践中得到不断创新。但现有的吊装施工技术中仍存在着一定的不足，仍依赖于人工实时观察与指挥，不仅效率低下，而且存在着较大的安全隐患。该文创新式地提出一套基于GNSS监控系统来指挥架梁施工的新技术，通过对预制箱梁桥施工阶段的整体过程的分析，建立包含GNSS定位硬件和关联系统软件的研究，对基于此方案的新型吊装技术进行了完整的阐述。此项新技术及其实施方案将极大地改进现有箱梁桥的吊装技术，促进更加安全精确的吊装方案的发展。