钢壳沉管混凝土施工信息化系统

相比于日本已建钢壳沉管隧道，深中通道沉管 单次浇筑舱室和混凝土方量更大，投入资源更多、施工组织和调度管理更复杂
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1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
目录
1 工程背景和研究现状 2 信息化施工系统必要性及目标 3 系统研发总体思路 4 系统总体构架及主要功能模块
1、工程背景和研究现状
工程背景-结构参数-工程难点
深中通道海底隧道采用钢壳混凝土沉管方案，隧道总长6845m，沉管段长5035m，分为32个管节 ，其中标准管节26个，非标准管节6个； 单个标准管节（E2~E27）长165m，宽46m，高10.6m； 单个标准管节舱室数量为2530个，不同体积舱室多达17种。 本工程总用钢量约32万吨，混凝土约90万m3。
2、信息化施工系统的提出及研发目标
信息化系统的提出
技术和管理问题
······
解决方案
······
目标
1···
研发一套钢壳混
2···
凝土沉管预制信
3···
息化系统，对混
4···
凝土生产、运输
5···
、浇筑、检测全
6···
过程进行管控
实时 高效 受控 优质
2、信息化施工系统的提出及研发目标
系统研发目标
钢壳混凝土沉管预制信息化系统 研发及模型试验汇报
让世界更畅通
中交第二航务工程局有限公司 2017年9月
目录
第一部分 钢壳混凝土沉管预制信息化系统 第二部分 模型试验
目录
第一部分 钢壳混凝土沉管预制信息化系统 第二部分 模型试验
目录
1 工程背景和研究现状 2 信息化施工系统必要性及目标 3 系统研发总体思路 4 系统总体构架及主要功能模块
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
工艺参数 可控性
施工过程数据量大 如何保证数据准确
性与可靠性？
信息记录 可靠性
信息传递 及时性
单舱关联数据多 如何保证数据准确匹
配与追溯？
施工过程 追溯性
资源配置 合理性
管节舱数＞2000个 如何快速、准确定
1、工程背景和研究现状
工程背景-结构参数-工程难点
国内首次采用“三明治”双层钢壳混凝土沉管结构，规模尺寸世界第一； 自密实混凝土性能要求高，配制和质量稳定性控制难度大； 密肋封闭结构，混凝土不易填充密实，脱空检测及缺陷处理难度大； 单个管节舱室数量大、规格多，工艺参数控制及施工组织难度大； 钢壳结构易受环境和已浇筑混凝土水化热影响，变化大，施工质量难控制； 混凝土浇筑顺序不当易导致钢壳变形，影响安装精度。
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
工艺参数 可控性
施工过程数据量大 如何保证数据准确
性与可靠性？
信息记录 可靠性
信息传递 及时性
单舱关联数据多 如何保证数据准确匹
配与追溯？
施工过程 追溯性
资源配置 合理性
管节舱数＞2000个 如何快速、准确定
•矩形断面：35.4m×8.6m •管节数量：8个 •断面舱室数量：约40个
•矩形断面：36.9m×8.7m •管节数量：8个 •断面舱室数量：约40个
•矩形断面：27.9m×8.4m •管节数量：7个 •断面舱室数量：约36个
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
单次任务＞1000m³ 如何实现各线各点间
资源合理配置?
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
工艺参数 可控性
施工过程数据量大 如何保证数据准确
性与可靠性？
信息记录 可靠性
信息传递 及时性
单舱关联数据多 如何保证数据准确匹
•砼浇筑前舱室 温度
•砼浇筑过程中 温度变化
当个舱室砼浇筑表单
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
工艺参数 可控性
施工过程数据量大 如何保证数据准确
性与可靠性？
信息记录 可靠性
信息传递 及时性
单舱关联数据多 如何保证数据准确匹
配与追溯？
施工过程 追溯性
资源配置 合理性
管节舱数＞2000个 如何快速、准确定
位缺陷舱室？
缺陷 快速定位
17类舱室对应17类 工艺控制参数
参数匹配与控制难 度大
施工工序环环相扣， 浇筑舱室转换频繁
如何保证信息传递及 时性？
单次任务＞1000m³ 如何实现各线各点间
资源合理配置?
管节长度（m） 约88m 约100m
90m~92m 67m~106m 165m/123m
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
相比于日本已建钢壳沉管隧道，深中通道沉管 舱室类型和数量更多，结构更为复杂（单个管节2530个舱室，共3大类17小类）
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
采用“三明治”沉管隧道主要有神户港隧道、大阪梦洲隧道、那霸隧道和新若户隧道等；
单个管节最大长度106m、最大断面宽度36.9m、最大高度约9m;
大阪港梦洲隧道
那霸沉管隧道
新若户沉管隧道
位缺陷舱室？
缺陷 快速定位
17类舱室对应17类 工艺控制参数
参数匹配与控制难 度大
施工工序环环相扣， 浇筑舱室转换频繁
如何保证信息传递及 时性？
单次任务＞1000m³ 如何实现各线各点间
资源合理配置?
目录
1 工程背景和研究现状 2 信息化施工系统必要性及目标 3 系统研发总体思路 4 系统总体构架及主要功能模块
采用“三明治”沉管隧道主要有神户港隧道、大阪梦洲隧道、那霸隧道和新若户隧道等； 已开发信息化系统对混凝土生产和运输进行了监管，并未覆盖至全部工序（混凝土浇筑与检测），且 大部分数据通过人工记录、传递与分析，因此并未实现生产全过程管控。
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
相比于日本已建钢壳沉管隧道，深中通道沉管 管节数量更多，断面尺寸更大
工程
管节数量（个）
神户港沉管隧道
6
大阪港梦洲沉管隧道
8
那霸沉管隧道
8
新若户沉管隧道
7
深中通道沉管隧道
32
断面尺寸（m） 34.6m×9.1m 36.9m×8.7m 35.4m×8.6m 27.9m×8.4m 46m×10.6m
采用“三明治”沉管隧道主要有神户港隧道、大阪梦洲隧道、那霸隧道和新若户隧道等； 混凝土从生产、运输到浇筑进行过程管理，并记录关键参数（扩展度、入模温度、出机时长、浇筑速 度等）信息。
施工管理概图
运行管理界面
1、扩展度 2、入模温度 3、出机时长 4、浇筑速度
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
采用“三明治”沉管隧道主要有神户港隧道、大阪梦洲隧道、那霸隧道和新若户隧道等； 采用高流动性自密实混凝土，浇筑速度“先快后慢”，顶部20cm以下浇筑速度30m3/h，顶部20cm以 内15m3/h ；
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
配与追溯？
施工过程 追溯性
资源配置 合理性
管节舱数＞2000个 如何快速、准确定
位缺陷舱室？
缺陷 快速定位
17类舱室对应17类 工艺控制参数
参数匹配与控制难 度大
施工工序环环相扣， 浇筑舱室转换频繁
如何保证信息传递及 时性？
单次任务＞1000m³ 如何实现各线各点间
资源合理配置?
位缺陷舱室？
缺陷 快速定位
17类舱室对应17类 工艺控制参数
参数匹配与控制难 度大
施工工序环环相扣， 浇筑舱室转换频繁
如何保证信息传递及 时性？
单次任务＞1000m³ 如何实现各线各点间
资源合理配置?
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
施工工序环环相扣， 浇筑舱室转换频繁
如何保证信息传递及 时性？
单次任务＞1000m³ 如何实现各线各点间
资源合理配置?
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
工艺参数 可控性
施工过程数据量大 如何保证数据准确
性与可靠性？
工艺参数 可控性
施工过程数据量大 如何保证数据准确
性与可靠性？
信息记录 可靠性
信息传递 及时性
单舱关联数据多 如何保证数据准确匹
配与追溯？
施工过程 追溯性
资源配置 合理性
管节舱数＞2000个 如何快速、准确定
位缺陷舱室？
缺陷 快速定位
17类舱室对应17类 工艺控制参数
参数匹配与控制难 度大
系统研发总体思路
基于BIM、智能传感和物联网技术，研发涵盖混凝土生产、运输、浇筑、检测的钢壳沉管预制全过程信 息化管理系统，利用大数据辅助决策，实现沉管预制各环节任务智能分配、实时监控记录以及施工缺陷快速定 位、自动生成报表的优质、高效、智能化、精细化管理。
混凝土生产
混
混
智能
凝
凝
Baidu NhomakorabeaBIM
土
传感
土 运
3000 2500 2000 1500 1000
500 0
2530 1320 1200 1260
1870 792 720 700
528 480 560 660
舱室数量
矩形舱室
大阪港梦洲 那霸隧道 新若户 深中通道
梯形舱室
矩形舱室 （1870）
梯形舱室 （660）
1、工程背景和研究现状
研究现状-工程案例及技术成果-前期研究成果-工程难度对比-待解决技术和管理问题
研制出高流动性自密实混凝土，扩展度650±50mm、V形漏斗＜15s; 验证并优化了加劲肋开孔布置及开孔大小； 标准舱室浇筑速度：顶面20cm以下40m³/h，顶面20cm以内20m³/h ； 采用冲击回波法，可检测较大脱空缺陷。
排气孔开孔现场
冲击回波法测试现场
检测结果
1、工程背景和研究现状
•保证预制质量 •优化资源配置 •提高施工工效 •建设“智慧工地”
项目目标
•提高工程质量 •提升管理水平 •打造品质工程
工程目标
引领行业进步，实 现“智能建造”。
行业目标
目录
1 工程背景和研究现状 2 信息化施工系统必要性及目标 3 系统研发总体思路 4 系统总体构架及主要功能模块
3、系统研发总体思路
砼生产表单
•检测舱室编号 •砼28天强度 •砼缺陷位置 •砼缺陷范围 •砼缺陷深度 •检测技术员 ······
砼检测表单
•每个运输车辆 基本信息
•每车砼终检流 动度及入模温度
•砼终检试验员
······
砼运输表单
•砼浇筑过程中 管节温度
•砼浇筑速度
•砼实际浇筑方 量
•值班技术员
······
•浇筑舱室信息 （舱室编号及方 量）
相比于日本已建钢壳沉管隧道，深中通道沉管 单舱室砼施工采集数据多，人工记录易出错，单个管节（2530个舱）数据匹配与追溯更繁琐
•当前任务信息 （砼生产方量、 浇筑舱室信息） •各主管部门负 责人签字复核 •项目负责人签 发新任务 ······
生成任务单
2530个舱 室！！
•各线砼生产任 务量 •每车砼初检流 动度和出机温度 •砼初检试验员 ······
检
输
测
物联网
混凝土浇筑
•参数可控性 •记录可靠性 •传递及时性 •过程追溯性
相关 问题
•实时监控 •自动采集 •无线网络 •数据库管理
解决 手段
目录
1 工程背景和研究现状 2 信息化施工系统必要性及目标 3 系统研发总体思路 4 系统总体构架及主要功能模块
信息记录 可靠性
信息传递 及时性
单舱关联数据多 如何保证数据准确匹
配与追溯？
施工过程 追溯性
资源配置 合理性
管节舱数＞2000个 如何快速、准确定
位缺陷舱室？
缺陷 快速定位
17类舱室对应17类 工艺控制参数
参数匹配与控制难 度大
施工工序环环相扣， 浇筑舱室转换频繁
如何保证信息传递及 时性？