高速铁路智能建造导论 课件 第7章 智能建造典型装备

高速铁路智能建造导论智能建造典型装备第七章目录路基工程智能施工装备桥梁工程智能施工装备隧道工程智能施工装备轨道工程智能施工装备路基工程智能施工装备第一节路基压实作业在铁路路基工程中有着重要作用，路基压实度、压实速度、遍数、压实振动、机械转换决定着压实质量。但在现场施工中，由于现场工作面大、工艺转换复杂、施工人员水平参差不齐、外界环境影响因素大等问题造成路基压实作业管理难度，压实质量在施工过程中难以把控。随着“智能京张”“智能京雄”等高速铁路的建设，高速铁路智能化装备逐渐研发成功并在工程实践中得到推广应用。以智能压实为核心的路基智能建造就是典型技术之一，同时推动了铁路路基建设施工工艺和质量管理日益由机械化向信息化、智能化方向发展。路基智能压实设备-概述概述路基工程智能施工装备第一节路基智能压实设备-设备组成路基智能压实设备由压路机和智能连续压实系统组成，配备高精度定位定向接收机和ECV压实度传感器，实时记录压实数据并上传管理平台，平台可实时监控数据信息，异常时自动预警，生成压实质量成果报告。路基智能压实管理构架体系路基智能压实定位定向系统路基智能化压实系统组成路基工程智能施工装备第一节路基智能压实设备-功能特点0102030405平台化的信息管理现场作业的动态管理厘米级高精准定位便捷的用户管理多台设备的协同作业路基工程智能施工装备第一节CFG桩智能施工设备-概述及设备组成CFG桩是英文CementFly-ashGravel的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的具有一定强度的可变强度桩。通过桩体与桩间土地共同作用，组成水泥粉煤灰桩复合地基。CFG桩智能施工装备主要由长螺旋钻机和相应的CFG信息化系统组成，该系统由安装在桩机上的采集设备、定位差分系统、云服务平台、手机APP四部分构成。概述设备组成CFG桩智能施工装备架构图路基工程智能施工装备第一节CFG桩智能施工设备-原理及特点CFG桩智能施工原理是将北斗高精度定位定向终端、倾角传感器、电流传感器、灌入量传感器等设备安装在CFG/螺旋杆桩机上，通过北斗卫星定位系统监测钻孔位置及钻孔深度，利用倾角传感器监测桩身垂直度，电流传感器监测终孔电流，灌入量传感器监测灌浆量，再通过控制终端对以上数据进行采集、处理和展示；通过控制终端内置的移动通讯网络将数据实时上传至工程管理平台，实现CFG/螺旋杆桩机施工的远程管理。CFG/螺旋杆桩机施工远程管理系统构架自动化程度高施工效率高质量稳定性好123桥梁工程智能施工装备第二节混凝土智能拌合系统混凝土拌合站是基础设施建设的核心，通过混合水泥、砂、石等原料制成混凝土，运输至结构物所在地，经浇筑、振捣、养护后形成坚固的结构，对铁路建设至关重要。概述拌合站类型与模式根据生产规模、设备配置和移动性能，铁路混凝土拌合站系统采用固定式、半固定式和移动式模式，以满足不同施工需求，提高施工效率和质量。固定式拌合站是铁路工程主要设备，近年来自动化程度提升，智能建造要求推动其技术创新和升级，提高生产效率和质量，减少人力成本。桥梁工程智能施工装备第二节混凝土智能拌合系统混凝土智能拌合站系统铁路混凝土拌合站系统由骨料储存与输送系统、粉料储存与输送系统、计量系统、搅拌系统和控制系统组成，通过各系统协同工作，实现骨料、粉料、水和外加剂的精确计量和充分搅拌，生产出均匀的混凝土。智能化拌合站基于互联网、大数据、人工智能等技术，形成“混凝土拌合站智能管理系统”，实现数据自动采集、分析和处理，为稳定运营提供支持。系统优势与效益固定式铁路混凝土智能化拌合站系统具有生产效率高、搅拌质量好、环保节能和适应性强等优点，能够满足不同工程需求，提高生产效率和混凝土质量，减少能耗和污染。该系统可根据不同工程需求进行配置和调整，满足不同规格和类型的混凝土生产需求，为铁路工程建设提供可靠的混凝土供应保障桥梁工程智能施工装备第二节混凝土智能振捣设备振捣施工概述在预制混凝土箱梁施工中，振捣施工至关重要，它排出有害气泡，增强密实性，确保骨料均匀分布，浆体包裹骨料，使混凝土性能最佳。传统模式的局限智能振捣设备的发展混凝土振捣设备振捣设备的原理振捣机器人系统传统的机械化预制模式以人工控制为主，效率低、质量波动大，已成为制约混凝土箱梁施工向高质量、高效率、低成本发展的瓶颈。面向信息化、数字化、智能化的发展方向，智能振捣设备应运而生，旨在替代人工操作，提升施工效率和质量，是工程建设的重要发展方向。铁路桥梁工程混凝土智能振捣设备包括手持式、大型自走式和附着式等多种类型，通过高效、均匀、精确的振捣作业，确保混凝土密实性和强度。智能振捣设备根据工作原理和使用场景分类，包括内部振动器、表面振动器和振动台等，各自适用于不同场景，确保混凝土施工的质量和效率。振捣机器人集感知、分析、决策、控制于一体，通过云端监控平台实现远程监控与控制，确保复杂环境下安全有效作业，是智能化振捣技术的先进实施方案。030201桥梁工程智能施工装备第二节智能提运梁设备-智能提梁机-概述及功能特点高效提升与悬吊智能提梁机具备强大的起重能力，能够实现大吨位预制箱梁的高效提升与悬吊，满足梁场移运梁需求，确保施工过程的高效进行。精确移动与定位利用精确的控制系统和先进的定位技术，在梁场内能够实现箱梁梁体的精确移动与定位，确保准确放置到指定位置，提高施工的精度。自动化作业流程集成自动化控制系统，智能提梁机能够按照预设的程序自动完成提升、移动、放置等一系列作业流程，减少了人工干预，提高了作业效率和安全性。铁路智能提梁机是专门用于预制梁吊装和移动的大型专用设备，该设备结合了先进的机械技术、自动化控制技术和智能化系统，能够完成预制梁的提升、运输和安装作业。桥梁工程智能施工装备第二节智能提运梁设备-智能提梁机智能提梁机较传统提梁机在智能化方面突出特点远程控制与运维智能调度与优化智能安全保护智能感知与监控数据驱动的决策支持桥梁工程智能施工装备第二节智能提运梁设备-智能移梁机智能移梁机概述铁路智能移梁机集成传感器、自动化控制及智能导航技术，精准控制梁体位置与姿态，分轻型、重型及多功能三种，满足不同施工需求。智能移梁机组成智能移梁机由行走机构、起重系统、控制系统及智能导航系统组成，实现梁体搬运和移位的自动化操作，确保施工的高效。自动控制系统智能移梁机操控基于先进控制系统和导航技术，通过控制系统设定参数，驱动行走机构和起重系统完成梁体搬运和移位，确保施工的精确和安全。智能导航与操控智能导航系统实时监测设备位置和姿态，确保操作的精确性和安全性；智能移梁机适应不同地形和气候条件，可在复杂环境下稳定工作。桥梁工程智能施工装备第二节智能架桥机设备高铁架桥机发展历程我国高铁运架一体机从引进应用到自主创新，经历了32m/900t到40m/1000t的飞跃；昆仑号架桥机成功实现40m/1000t级架桥；40m标准跨度箱梁及配套运架技术装备的研发意义重大。运架一体式架桥机构成高铁运架一体机分导梁式和无导梁式两种；导梁式由运架梁机和导梁机组成；无导梁式则以悬臂梁为导梁；昆仑号架桥机为无导梁式；可实现带梁倒腿过孔；展现我国自主创新能力。架桥机组成及功能特点高铁运架一体机由主梁、前车、后车等组成；可实现简支梁的提吊、安装及推送；通过多支腿系统和液压、电气控制系统完成复杂空间动作；展现我国在高铁桥梁建设领域的卓越技术实力。桥梁工程智能施工装备第二节运架梁一体船运架梁一体船是一种专门用于海上桥梁建设的特种工程船舶，集取梁、运梁和架梁功能于一体，是现代化大型基建工程中不可或缺的重要设备。典型代表有我国最近研制的“天一”号运架梁一体船，其作为我国自主研发的创新产品，展现了极高的技术水平和工程应用能力。概述设备应用及功能特点"天一"号运架梁一体船总长93.4m；排水量达1.2万吨；最大起重量3600t；可架设不同类型、规格箱梁。"天一"号已成功应用于多座世界级跨海工程；能独立完成取梁、运梁和架梁工作；提高箱梁架设功效和安全性；在深中通道建设中架设最重达3180t的箱梁。桥梁工程智能施工装备第二节智能造桥机-智能悬臂施工造桥机连续梁悬臂浇筑施工常用装备为挂篮，但存在倾覆风险及拆装工序复杂、自动化程度低等缺点，而智能悬臂施工造桥机则是在这一传统施工方法基础上，融入智能化控制系统，使整个施工过程装备使用更加自动化和智能化，实现了悬臂浇筑施工的高精度、高效率与高安全性。智能悬臂施工造桥机主要由承重构件、液压整体模板、液压调节、自动走行、信息化监控、钢筋骨架整体吊装、平台防护等系统组成。同时还预设智能蒸汽养护、自动喷淋等多种功能的系统安装接口，满足梁体混凝土养护要求。智能悬臂施工造桥机模型及现场图桥梁工程智能施工装备第二节智能造桥机-大节段悬臂施工造桥机为满足超大节段梁段悬浇的施工需求，大节段悬臂施工造桥机应运而生，目前已实现8m甚至更大节段的悬臂浇筑施工，解决了传统挂篮适用性差、抗倾覆系数低以及施工风险高的问题，目前该技术已在斜拉桥主梁、连续梁等施工中得以应用。大节段悬臂施工造桥机主要由主梁、前横梁、中横梁及挂腿、后锚、底平台、悬吊系统、走行系统、模板系统、张拉平台、随行塔吊、液压控制系统、电气系统、安全防护系统等组成。大节段悬臂施工造桥机构造图桥梁工程智能施工装备第二节智能吊装设备根据吊装所处环境、应用场景不同，吊装设备有缆载吊机、混凝土箱梁吊具、架梁机械等。但其设备的主要结构大致相同，包括起重机构、行走机构、起重控制系统、视频辅助监控系统等部分。混凝土箱梁吊具智能化缆载吊机030201隧道工程智能施工装备第三节智能凿岩台车概述隧道施工智能凿岩台车集高效、精确、自动化于一体，采用先进凿岩技术和智能化控制系统，提升施工效率和质量，降低劳动强度和安全风险。三臂凿岩台车能提高隧道施工效率，精准定位，适应多种地质条件，保障施工安全，其稳定性能验证，为隧道施工提供可靠支持。提高开挖效率，保证施工安全，降低施工成本，改善施工环境，节省欠挖与出渣时间，智能凿岩台车成为隧道施工中的重要设备。三臂凿岩台车优势施工效果分析隧道工程智能施工装备第三节智能湿喷台车20世纪60年代末，在铁路隧道施工中推广新奥法施工时开始采用混凝土喷射技术，其是一种隧道前期支护手段，在隧道爆破后立即采用喷射混凝土支护能有效地抑制岩层变形，防止岩层塌落，控制应力的扩展，增强岩层的稳定性，从而保证隧道支护的及时性和有效性。智能湿喷台车主要由料斗、输送泵、喷射臂、控制系统等部分组成。料斗负责存储和供应混凝土，输送泵将混凝土输送至喷射臂，喷射臂通过旋转和伸缩实现混凝土在隧道衬砌上的均匀喷射。控制系统则负责整个湿喷过程的自动化控制和优化。隧道工程智能施工装备第三节智能衬砌台车隧道智能衬砌台车是用于隧道工程快速、高效完成衬砌作业的重要设施；主要结构包括：行走机构、工作平台、衬砌模板、控制系统等。行走机构负责台车的移动和定位；工作平台为操作人员提供安全舒适的工作环境；衬砌模板是衬砌施工的核心部件，根据隧道断面尺寸定制；控制系统实现对整个衬砌过程的智能化控制。智能衬砌台车隧道工程智能施工装备第三节TBM智能施工装备-概述及组成隧道掘进机（TunnelBoringMachine，简称TBM）是一种广泛应用于隧道施工的大型工程机械。TBM根据工作原理、掘进方式以及适用地质条件的不同，可分为多种类型。在高铁施工中，常见的TBM类型包括硬岩TBM、软岩TBM和混合岩TBM等。不同类型的TBM各有其特点，适用于不同的地质条件和施工环境。TBM主机主要由刀盘、主轴承及驱动组件、前盾、伸缩盾、支撑盾、盾尾及其辅助设备组成。TBM组成隧道工程智能施工装备第三节TBM智能施工装备-数字孪生架构TBM隧道掘进数字孪生架构隧道工程智能施工装备第三节TBM智能施工装备-优势TBM智能掘进TBM超前地质预报TBM智能支护TBM智能导向隧道工程智能施工装备第三节智能盾构机-概述盾构机是用于隧道施工的大型复杂工程设备，结合了光学、机械、电气和液压系统，属于一种全工作面隧道掘进机。盾构机在钢盾罩的掩护下，通过协同子系统，实现了自动和机械化的隧道开挖、渣土清除和衬砌作业。与传统的开挖方法(如露天开挖、切盖开挖和钻爆法)相比，盾构法具有掘进速度快、地质适应性强、安全性高、自动化程度高、劳动强度低、对施工环境影响小等诸多优点。隧道工程智能施工装备第三节TBM智能施工装备-功能与特点特点智能盾构机是新一代高性能隧道掘进设备，其特点是采用了先进的智能技术，具有高度的自主性。其集成了先进的传感器、自动化和人工智能，可以独立执行复杂的隧道掘进任务，同时智能地适应不断变化的地质条件。盾构机智能化主要体现在增强自主应对复杂地质环境和机器本身产生的不确定性的能力。此外，它还包括自主完成隧道施工作业，在确保任务完成性能的同时，最大限度地减少或消除对人工干预的需求。轨道工程智能施工装备第四节智能预制生产线++生产线组成与智能化特征轨道板智能预制生产线采用流水机组法，结合智能建造施工工艺，搭建信息管理、中央控制、自动生产等管理体系，形成“智控”管理平台，实现全场信息化系统互联互通。生产线引入智能机器人，将自动化生产与流水线作业相结合，通过中央控制系统集中管理，采用预埋套管自动安装、预应力自动张拉等新材料、新工艺，优化资源，实现智能化管控、设备协同和制造流程协同。技术优势与效益智能预制生产线提高了生产质量和效率，减少了人工操作，降低了劳动强度，通过多元化数据接口集成与信息融合，形成了自动化、信息化、网络化、标准化的生产管理模式，推动了轨道板制造从机械化、自动化向智能化发展。轨道工程智能施工装备第四节模具自动清洗设备-概述及组成轨道板脱模后，模具内会有水泥残渣遗留，同时每次打板前轨道板都有清洗需求。早期是通过人工手持电动打磨工具在轨道板脱模工序完成后对模具型腔内水泥残渣进行清理的，时间长而且工人劳动强度大，且清理过程中产生大量粉尘，对工人身体健康伤害较大。之后人工的一些工作由机械代替，依靠清模机械手对模具侧面、底面和承轨台进行全方位清理。随着计算机、算法、机器视觉的兴起，为模具清洗智能化发展创造了条件。按硬件来分主要由相机、机器人、机器人末端执行器和计算机四部分组成，如右图所示。轨道工程智能施工装备第四节自动安装预埋件设备010203040506传统预埋件安装智能预埋件安装自动识别与定位精准安装与控制智能路径规划智能故障诊断与预警预埋件安装涉及套管、钢棒、起吊螺母等，传统方法依赖人工协作，安装繁琐且精度受限，多用人检。轨道板预埋件设备集成识别、抓取、运动及智能控制系统，提升安装效率与精度，实现智能化操作。采用视觉识别与传感器技术，通过高清摄像头捕捉图像，结合深度学习算法，准确识别并定位预埋件。采用精密控制系统与先进运动算法，通过力反馈和位置校正功能，确保预埋件精准安装到预定位置。设备能根据施工现场的具体情况，智能规划安装路径，能够灵活避开各类障碍物，从而显著提升安装效率。设备具备智能故障诊断和预警功能，能够实时监测设备的运行状态，保证设备的稳定运行。轨道工程智能施工装备第四节轨道板智能张拉设备张拉监控保质量张拉设备保精度自动张拉设备张拉系统微机控制张拉张拉作业过程预应力筋张拉是轨道板关键工序，保障强度耐久性。张拉方式分同步与单根，需对模具进行力学分析与智能监控，确保精度达标。张拉预应力筋后锚固可靠，油缸伸长通过传感器精确控制。张拉到位后锁紧机构确保钢筋不回缩，智能化控制保障工序实施及质量控制。自动张拉设备自动连接、张拉、锁紧预应力钢筋，液压系统完成张拉工作，机械部分包括传动机构等，锚固设施确保钢筋稳定张拉。张拉液压系统由液压泵站等组成，小车沿轨道移动张拉不同位置钢筋，升降缸分别张拉两层平行筋，张拉缸通过活塞运动张拉钢筋。智能化设备用闭环测力系统，多油缸同步张拉预应力筋，设定速度力量，自动记录。测力传感器准确度高，控制界面实时显示每根钢筋张力。模板就位后启动张拉设备进行模糊定位，定位完成贴合模板张拉，传感器实时监测力并上传。力值达控后持荷锁紧螺母，全程自动运行。轨道工程智能施工装备第四节智能铺架设备智能铺架设备概述智能铺架设备组成智能化铺架技术参数智能铺架设备优势智能铺架设备集成先进技术，实现铁路轨道施工自动化、智能化，提升精度、效率，减少人工成本。由行走、铺轨、控制系统等组成。行走机构包括轨道走行和轮胎走行等；铺轨机构实现轨道自动铺设。设备运行速度25～35m/min；分枕速度30～60s；中线精度±0.5mm；间距精度±1.5mm；方正度±1mm。自动铺轨精简人力，铺设精准稳定，适应多种地形气候。智能监测预警保障安全，提升施工效率与安全性。轨道工程智能施工装备第四节无砟轨道智能铺架配套设备WPZ-500型设备组成及技术优势WPZ-500型无砟轨道智能铺轨机组，如图7-36所示，由长钢轨智能化分拣车、推送车、滚筒回收车和牵引车等四大智能设备构成。装备集成轮胎、轮轨和履带走行于一体，充分运用智能机器人、物联网、大数据、激光扫描精确定位、AGV自动循迹等新技术，能完成长钢轨精准牵引和推送，滚筒精确布放，及滚筒自动回收、堆码、倒运等系列工序。轨道工程智能施工装备第四节无砟轨道智能铺架配套设备长钢轨智能滚筒回收车15.后抓/锁机械手9.车架1.倒装机构

2.液压控制系统

3.动力系统

4.胶轮行走装置5.铁轨行走装置

6.履带行走装置

7.前抓/锁机械手

8.司机室10.堆码滚筒机械手组11.中转传输带12.推/拉滚筒机械手组13.拾取滚筒机械手组14.电气控制系统

轨道工程智能施工装备第四节无砟轨道智能铺架配套设备智能群吊智能轨道标记机器人由32台龙门吊和集控系统组成，实现长钢轨堆场信息化管理；通过格雷母线技术保障精准定位；支持同步动作、集中控制、自动吊装。由多功能轨道测距、激光清洗、标识机器人组成；具备自动行走与数据处理能力；为数字化技术推进奠定良好基础。轨道工程智能施工装备第四节有砟轨道智能铺轨成套装备针对有砟轨道本节从铺轨机组自动巡航走行定位技术、新型长钢轨牵引车、扣件智能安装车、有砟轨道智能捣固、钢轨焊接绿色技术、移动式钢轨中频正火作业车、自动化精磨机和钢轨闪光焊远程监控诊断系统