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距離真正實(shí)現(xiàn)橋梁智能還有多遠(yuǎn)？

2017年10月，一位名叫索菲亞的AI機(jī)器人創(chuàng)造了歷史，她能言善辯、表情豐富，成為全球首個被賦予公民權(quán)的機(jī)器人。她的誕生，被視為第四次工業(yè)革命的標(biāo)志性時刻。

與人類此前經(jīng)歷的蒸汽機(jī)時代、電氣化時代、信息化時代三次工業(yè)革命相比，正在進(jìn)行中的第四次工業(yè)革命，則是由人工智能、生命科學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人等技術(shù)革新組成，這些創(chuàng)新會帶來物理空間、網(wǎng)絡(luò)空間和生物空間的三重交互，工業(yè)化與信息化、智能化的深度融合。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起。“工業(yè)4.0”“中國制造2025”等國內(nèi)外戰(zhàn)略紛紛明確了智能制造的發(fā)展目標(biāo)，傳統(tǒng)建造業(yè)也將迎來深刻變革。為此，面向技術(shù)現(xiàn)狀及未來需求，亟待圍繞橋梁智能設(shè)計(jì)、智能施工及裝備、裝配式結(jié)構(gòu)及高性能材料、智能管養(yǎng)等方面，全面開展橋梁智能建造技術(shù)研發(fā)與實(shí)踐，進(jìn)一步提高我國橋梁建設(shè)水平。

在橋梁建造的轉(zhuǎn)型之路上，中國橋梁界有哪些得與失、成就與瓶頸、經(jīng)驗(yàn)與困惑？本刊記者采訪了多位專家，帶您探究橋梁智能建造背后的“智慧”。

不破不立傳統(tǒng)建造方式期待轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的橋梁建造屬于勞動密集型行業(yè)，主要模式是混凝土攪拌站+產(chǎn)業(yè)工人+橋吊，無論是鋼筋的綁扎、混凝土的澆筑還是鋼材的切割、焊接、涂裝等，均靠產(chǎn)業(yè)工人操作，生產(chǎn)方式落后。這種方式已經(jīng)沿用了上百年，直到目前，占我國90%以上的中小橋梁和城市橋梁，仍采用傳統(tǒng)建造方式，離真正的工業(yè)化建造還有很大差距。

浙江省交通集團(tuán)副總工程師兼浙交建設(shè)總工程師方明山認(rèn)為，隨著我國對橋梁工程高品質(zhì)的日益追求、人口紅利的消失及國家環(huán)保的嚴(yán)格要求，傳統(tǒng)橋梁建造方式所面臨的資源、環(huán)境、人力等制約問題將愈發(fā)凸顯，難以滿足新時代橋梁建造的發(fā)展，迫切需要轉(zhuǎn)變建造方式，改變過去勞動密集型且粗放型發(fā)展方式。當(dāng)前正在加速推進(jìn)的第四次工業(yè)革命和信息、數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，將推動橋梁建造朝著綠色化、工業(yè)化和智慧化程度更高的新型建造方式發(fā)展。

目前看來，傳統(tǒng)的橋梁建造方式存在諸多弊端或不足。首先，這種以勞動密集型為特征的橋梁建造方式，在生產(chǎn)過程中，人的因素仍然占據(jù)主導(dǎo)，工程的質(zhì)量、安全及進(jìn)度與一線施工作業(yè)工人隊(duì)伍的素質(zhì)息息相關(guān)。隨著中國社會老齡化的到來，施工作業(yè)工人隊(duì)伍在迅速萎縮；特別是有經(jīng)驗(yàn)、有素質(zhì)、有責(zé)任的工人越來越稀缺。人工作業(yè)成本高、作業(yè)效率低、安全管控風(fēng)險(xiǎn)高等傳統(tǒng)的人工作業(yè)弊端仍未得到根本改變。

近年來，橋梁生產(chǎn)正朝著構(gòu)件制作工廠化、機(jī)械化、預(yù)制化生產(chǎn)的方向發(fā)展，但與先進(jìn)的制造業(yè)對標(biāo)，在自動化、流水化、信息化等方面，仍有較大差距；橋梁構(gòu)件安裝現(xiàn)場作業(yè)受氣候、環(huán)境條件因素干擾大，安裝作業(yè)效率和作業(yè)精度有待提升。

傳統(tǒng)的建造方式也給現(xiàn)場管理帶來難題。尤其是工程管理方對人、機(jī)、料、法及環(huán)等生產(chǎn)要素的集約管控度仍然較低，生產(chǎn)組織方式不夠先進(jìn)，橋梁建造仍然存在建筑材料資源、人力資源及環(huán)境資源等資源要素分配不均衡、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同度不高、資源消耗過高、生產(chǎn)效能低及投入產(chǎn)出比低的困境。

在傳統(tǒng)模式下，工程管理決策效率低且科學(xué)性差，受制于工程信息的及時性、準(zhǔn)確性及完整性制約。工程信息的采集和分析能力不匹配。一方面存在海量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)過載的普遍現(xiàn)象；另一方面又存在信息孤島、數(shù)據(jù)斷鏈乃至數(shù)據(jù)真實(shí)性等諸多問題，工程質(zhì)量可追溯性差，項(xiàng)目成本分析和管控水平不高，工程安全管控仍處于被動狀態(tài)。

中交第二航務(wù)工程局有限公司副總工程師、常泰長江大橋指揮長徐剛認(rèn)為，要打破傳統(tǒng)建造業(yè)的瓶頸，應(yīng)考慮如何最大程度減少勞動力投入，提高橋梁建造品質(zhì)及效率，降低施工成本和安全風(fēng)險(xiǎn)，這些都是當(dāng)前需要解決的重大課題。因此，建造方式的轉(zhuǎn)型勢在必行。

任重道遠(yuǎn) 羅馬不是一天建成的

當(dāng)前，我國橋梁建設(shè)正向工業(yè)化、數(shù)字化建造變革，未來還將融入先進(jìn)的智能制造技術(shù)，向智能建造方向發(fā)展。盡管工業(yè)化、數(shù)字化建造技術(shù)取得了初步發(fā)展，但技術(shù)應(yīng)用還處于起步階段。例如預(yù)制裝配式新型橋梁結(jié)構(gòu)，由于專用設(shè)備、體外預(yù)應(yīng)力造價偏高等原因，總體經(jīng)濟(jì)效益還難以體現(xiàn)。隨著新型工業(yè)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型等國家戰(zhàn)略的實(shí)施，橋梁工業(yè)化需求和項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模逐步提升，工業(yè)化智能建造的效益必將凸顯。

深中通道管理中心副主任兼總工程師宋神友表示，我國建筑業(yè)由傳統(tǒng)的建造方式向工業(yè)化、數(shù)字化建造變革仍然面臨著不少的挑戰(zhàn)。首先是來自理念方面的挑戰(zhàn)。一橋四方(業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理)已經(jīng)習(xí)慣了傳統(tǒng)建造方式，對于推行工業(yè)化建造、數(shù)字化建造的必要性、迫切性有一定抵觸和畏難情緒，需要理念的轉(zhuǎn)變。

其次是技術(shù)的挑戰(zhàn)。無論是混凝土的智能澆筑、自動振搗，鋼筋的自動化平面彎折、立體彎折，鋼結(jié)構(gòu)的智能焊接、涂裝，均需要研發(fā)新裝備及控制系統(tǒng)，設(shè)備及系統(tǒng)的成熟性需要不斷探索及積累，還要面臨工程建造復(fù)雜性的挑戰(zhàn)。大型橋梁工程生產(chǎn)體系高度復(fù)雜，點(diǎn)多面廣，且公路橋梁結(jié)構(gòu)非標(biāo)設(shè)計(jì)居多，給全面全過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來了很大挑戰(zhàn)。

最關(guān)鍵的一點(diǎn)，來自“成本”層面的挑戰(zhàn)。工程建造涉及大量的固定資產(chǎn)投資，是一個對成本高度敏感的產(chǎn)業(yè)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型意味著投入的增加，生產(chǎn)線升級改造和信息化建設(shè)需要投入大量資金，顯著增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。特別是如果某些領(lǐng)域的數(shù)字化不能帶來直接的價值增值，沒有相應(yīng)的利益合理分配機(jī)制，就難以形成市場內(nèi)在動力。因此，由傳統(tǒng)的建造方式向工業(yè)化、數(shù)字化建造變革還需要國家政策扶持。

挑戰(zhàn)與機(jī)遇總是并存。我國橋梁建設(shè)處于高速發(fā)展階段，市場發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｔ谡麄€制造業(yè)大力推行智能制造的大背景下，橋梁制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)均在大力促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級，各行業(yè)相互促進(jìn)，有利于實(shí)現(xiàn)全面智能制造。

方明山認(rèn)為，工業(yè)化、數(shù)字化建造將促進(jìn)生產(chǎn)方式、生產(chǎn)效能的大提升，橋梁建造綜合效益的最大化，并將改變傳統(tǒng)建造管理由管人向管物、由分散管理向集成管理、由被動管理向主動管控、由信息輔助決策向信息智能決策的全方位轉(zhuǎn)變。以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件預(yù)制化、施工裝配化、管控信息化等為特征的新橋梁工業(yè)化理念正悄然形成。未來，以人工智能為代表的一批新的信息、數(shù)字化技術(shù)的工程研發(fā)應(yīng)用將面臨諸多新機(jī)遇。

同時，跨界技術(shù)的有機(jī)融合，也將給橋梁行業(yè)注入新的動力。當(dāng)今信息與數(shù)字技術(shù)發(fā)展日新月異，信息與數(shù)字化技術(shù)自身迭代更新周期短、速度快，而橋梁建造周期長、技術(shù)更新慢；數(shù)字化技術(shù)研發(fā)周期短，而橋梁建造新技術(shù)培育周期長。這兩大方面均存在較大矛盾，如何有效處理這些矛盾，將決定信息化、數(shù)字化技術(shù)能否賦能橋梁建造的成敗。同時，橋梁建造將土木工程技術(shù)、工業(yè)制造技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等跨界融合，橋梁建造者的知識體系需要適時更新和重構(gòu)，其技能和水平將面臨新的考驗(yàn)。可以預(yù)見，現(xiàn)有橋梁裝備的數(shù)字化改造和升級、智能化新裝備的研發(fā)、橋梁產(chǎn)業(yè)數(shù)字化及橋梁數(shù)字產(chǎn)業(yè)化等各個環(huán)節(jié)，都將面臨諸多新機(jī)遇。

總而言之，轉(zhuǎn)變建造方式必然使橋梁建造的上下游相關(guān)單位面臨轉(zhuǎn)變固有思想觀念和管理模式，短期內(nèi)增加資金投入的挑戰(zhàn)，但同時也給相關(guān)單位提供了通過管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，成為行業(yè)領(lǐng)先者的機(jī)遇。

尋求“智”變摸著石頭過河

對于我國公路橋梁工程項(xiàng)目而言，當(dāng)前智慧工地及智慧工廠中的“智慧”還只是概念階段，現(xiàn)階段的智慧還停留于信息化層面。橋梁建造從信息化到數(shù)字化、智能化，再到智慧化，是未來發(fā)展的大方向，還有較長的路要走。

常泰長江大橋效果圖

近年來，在各項(xiàng)大型橋梁工程中，我國的橋梁建設(shè)者作了諸多探索。據(jù)徐剛介紹，正在施工中的常泰長江大橋，研發(fā)并應(yīng)用了一批具有工業(yè)化、數(shù)字化、智能化特征的建造技術(shù)，如大型沉井鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)字化加工，沉井?dāng)?shù)字化、智能化施工技術(shù)與系列核心裝備，基于“鋼筋部品”和“造塔機(jī)”的超高索塔工業(yè)化建造技術(shù)，以及基于AI識別的鋼筋加工廠、水上電子圍欄、人員定位等智慧工地的建設(shè)，基于BIM的項(xiàng)目信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用，在提升效率、提高工程質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)機(jī)械化換人和自動化減人來確保安全等方面均發(fā)揮了巨大作用，也取得了較好的效果。

方明山介紹，在建的杭紹甬智慧高速（杭紹段）項(xiàng)目，于2021年開展了智慧建設(shè)頂層設(shè)計(jì)方案征集活動，獲得了業(yè)界的積極支持和響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了“智慧黨建、智慧管理、智慧建造及智慧安監(jiān)”四位一體的智慧建設(shè)體系。經(jīng)過近一年時間的研發(fā)，體系構(gòu)建已經(jīng)完成，并開始投入工程運(yùn)行，系統(tǒng)賦能工程建設(shè)的效能得以初步呈現(xiàn)。由于經(jīng)費(fèi)和時間所限，目前的體系還處于初級階段，尚有很多提升空間，在后續(xù)的項(xiàng)目中，還將繼續(xù)改進(jìn)和完善，最終實(shí)現(xiàn)智慧建設(shè)。

集“橋-島-隧-水下樞紐互通”于一體的世界級超大型跨海交通集群工程深中通道，在項(xiàng)目建設(shè)之初，就以項(xiàng)目需求為導(dǎo)向，以“兩化融合”（工業(yè)化、信息化）為基礎(chǔ)，以《中國制造2025》為契機(jī)，以提質(zhì)增效為中心，充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)，策劃和推行了跨海集群工程智能建造體系。“包括鋼殼及鋼箱梁智能制造、鋼殼混凝土智能澆筑、鋼筋部品化及超高索塔垂直工廠化建造、智慧梁場、智慧安裝、智慧工地等六大方面，全面提升項(xiàng)目建設(shè)的自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化建造水平，推進(jìn)我國橋梁制造向信息化、智能化發(fā)展，全面促進(jìn)橋梁建造產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。”宋神友介紹道。

橋梁工業(yè)化建造是智能建造的基礎(chǔ)。盡管珠玉在前，但客觀來說，我國橋梁工程工業(yè)化水平仍處于探索階段，工業(yè)化整體效益遠(yuǎn)未發(fā)揮出來。普遍還存在一次性投入大、產(chǎn)出效益低等困境，短時期在全國推廣還有困難，特別是在經(jīng)濟(jì)相對落后的地區(qū)及偏遠(yuǎn)山區(qū)，橋梁工業(yè)化推廣有待時日。比較可行的方式是先從項(xiàng)目構(gòu)件預(yù)制工業(yè)化、施工現(xiàn)場工點(diǎn)的局部工業(yè)化做起，再到橋梁產(chǎn)業(yè)的全面工業(yè)化。近年來，我國橋梁構(gòu)件預(yù)制工業(yè)化正如火如荼，而工點(diǎn)工廠化在一些大型橋梁工程中也已取得突破，如寧波舟山港主通道工程推行工點(diǎn)工廠、深中通道工程研發(fā)了空中造塔機(jī)等都較好體現(xiàn)了工點(diǎn)工廠化新理念。

寧波舟山港主通道工程鳥瞰圖

智能建造是橋梁行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的發(fā)展方向，身處其中的任何一方都無法改變這種趨勢，只有順勢而為才能有所作為，不被時代淘汰。但這個轉(zhuǎn)變不會是一蹴而就的，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不同，企業(yè)對轉(zhuǎn)變的需求程度不一，需要根據(jù)自身?xiàng)l件制定相應(yīng)的政策，找到適合自己的轉(zhuǎn)型之路。

順勢而為突破多重掣肘

智能建造的最終目的，是“提質(zhì)、增效、降本、減碳、可追溯”，通過應(yīng)用智能化裝備及系統(tǒng)，提高建造過程的智能化水平，減少對人的依賴，達(dá)到提高安全性、品質(zhì)和工效的目的，提高建筑的性價比和可靠性，從而提高社會生產(chǎn)力。

目前，我國橋梁行業(yè)正處于工業(yè)化建造尚未完全鋪開、數(shù)字化建造剛剛起步的階段，離真正實(shí)現(xiàn)智能建造還有較大距離。

橋梁要實(shí)現(xiàn)智能建造，標(biāo)準(zhǔn)化非常重要。盡管在20世紀(jì)六七十年代，我國就開始了預(yù)制裝配等工業(yè)建造技術(shù)的嘗試，也編制了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。然而新時期的全預(yù)制化裝配理念，從根本上發(fā)生了變革，需要新的標(biāo)準(zhǔn)來支撐。

方明山認(rèn)為，隨著橋梁工業(yè)化、數(shù)字化建造的變革，傳統(tǒng)橋梁建造體系已無法適應(yīng)工業(yè)化、數(shù)字化建造變革新要求，亟待構(gòu)建一套更高效、更節(jié)能、更綠色、更低碳、更環(huán)保的橋梁建造體系，以充分發(fā)揮工業(yè)化、數(shù)字化賦能傳統(tǒng)橋梁建造作用。為此，亟待構(gòu)建橋梁工業(yè)化、數(shù)字化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以指導(dǎo)、規(guī)范橋梁建造的設(shè)計(jì)、施工及管理，提升設(shè)計(jì)水平和施工效能和工程質(zhì)量。“去年我們牽頭高校、施工及軟件開發(fā)商等單位，聯(lián)合申請了中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會有關(guān)《高速公路智慧建設(shè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)》的編制，目前，標(biāo)準(zhǔn)大綱初稿已基本形成。在此期間，深切感受到業(yè)內(nèi)對高速公路智慧建設(shè)的高度關(guān)注和極大熱情，但也深感智慧建設(shè)的認(rèn)知極為不均衡、不統(tǒng)一。總體感覺業(yè)內(nèi)對于智慧建設(shè)的認(rèn)識還處于萌芽狀態(tài)，認(rèn)知上還存在諸多誤區(qū)和困惑。諸如，對于智慧與智能的定義和界定似乎還存在很大歧義，對于智慧化程度的定義也沒有合適的標(biāo)準(zhǔn)可循，對于智慧建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的框架、廣度和深度也很難準(zhǔn)確把握……諸多困惑有待業(yè)內(nèi)共同攜手推進(jìn)解決。”

在橋梁行業(yè)，“怎樣才算是智能制造”這個問題的衡量標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有形成共識，但業(yè)內(nèi)人士已關(guān)注到標(biāo)準(zhǔn)的缺失和滯后所帶來的掣肘。宋神友表示，沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可循的情況都是暫時的，部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有時會落后于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展也是正常的。“智能建造涉及的范圍很廣，目前還處于發(fā)展階段，需要不斷的摸索和探求，現(xiàn)階段還無法用單獨(dú)的一兩個指標(biāo)來衡量某項(xiàng)工程是否實(shí)現(xiàn)智能建造的標(biāo)準(zhǔn)。目前，依托深中通道項(xiàng)目，我們和相關(guān)部門正在就橋梁建造行業(yè)的智能制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開研究。我們在實(shí)踐中不一定只依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可以將團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為補(bǔ)充。”

橋梁智能建造的發(fā)展方向是加大智能制造投入，通過自動化減人、機(jī)械化換人，逐步把人從繁重的體力勞動和腦力勞動中解放出來，充分利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感、人工智能等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)橋梁全生命周期的智能化，包括橋梁的智能設(shè)計(jì)、智能建造、智能運(yùn)維，從而實(shí)現(xiàn)橋梁行業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展。

針對未來我國橋梁智能建造的發(fā)展，徐剛建議，要構(gòu)建架構(gòu)完善的技術(shù)體系，打造從基礎(chǔ)層面、支撐平臺、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用的5個層次的技術(shù)體系；要加強(qiáng)核心領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)，對涉及智能建造的橋梁設(shè)計(jì)、裝配式結(jié)構(gòu)、高性能材料、施工與裝備、傳感與監(jiān)控、運(yùn)營管理等開展深入研究，推進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈的智能化發(fā)展；要提升核心技術(shù)的統(tǒng)籌能力，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等都是以計(jì)算機(jī)專業(yè)為主導(dǎo)的新興技術(shù)，如何統(tǒng)籌這些技術(shù)在橋梁建造中的應(yīng)用成為關(guān)鍵；要打造專業(yè)齊全的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，目前我國智能建造相關(guān)領(lǐng)域人才仍嚴(yán)重缺乏，亟需建立智能建造技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和人才梯隊(duì)，培養(yǎng)一定數(shù)量既懂工程技術(shù)，又具有數(shù)字化思維的復(fù)合型人才。

架橋機(jī)一路向前

橋梁智能建造本身就是一個多學(xué)科融合的研究方向，前沿領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新是智能建造的發(fā)展基礎(chǔ)。BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3D打印技術(shù)、人工智能技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等不同技術(shù)之間相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。未來，這些新科技、新成果等前沿技術(shù)的突破，必將加速橋梁智能建造系統(tǒng)相應(yīng)核心技術(shù)的迭代升級，推動橋梁產(chǎn)業(yè)踏上新臺階。

（責(zé)任編輯：何雯麗）