钢桥制造的转型升级——我国钢桥梁制造技术的发展及展望

近20年来，我国在桥梁建造技术上取得了巨大成就，建造了多座有影响力的桥梁工程。随着国家“一带一路”走出去战略的实施和港珠澳大桥的建成，国内钢桥梁的制造水平也得到了大大提升。...

近20年来，我国在桥梁建造技术上取得了巨大成就，建造了多座有影响力的桥梁工程。随着国家“一带一路”走出去战略的实施和港珠澳大桥的建成，国内钢桥梁的制造水平也得到了大大提升。但是，面对新的环保形势、新的业态，有必要对钢桥梁制造技术的发展情况进行梳理，对发展前景进行展望。

钢桥梁制造技术取得长足进步钢桥梁制造的零件、板单元制作等基本实现了机械化、自动化。对于疲劳问题突出、某些有特殊要求的钢箱梁顶板单元，对其U肋实现了双面焊技术，甚至免定位焊的“组焊一体”技术也已得到成功应用。南方多雨地区的大型钢桥梁，已基本实现了厂房内制造、预拼装（见图4），既有利于确保其质量及耐久性，也可避免雨雪等天气对工期的影响。

对于有水运条件的钢桁梁大桥，节段整体吊装可以大大减少桥位的工作量，对于缩短桥位架设周期、提高质量大有好处。根据连接形式，有栓焊结合、全焊接、全栓接等，均有成功范例。图5-图7为栓焊结合钢桁梁节段的制作及架设过程。桥梁钢塔精度要求高、制造难度大，代表一个国家钢桥梁的加工、制造水平。自从2005年成功建造了“中国第一桥梁钢塔、世界第一曲线塔——南京三桥钢塔”后，又相继建成了泰州长江大桥钢塔、马鞍山大桥钢塔、大榭二桥钢塔、南京眼、港珠澳大桥九洲航道桥钢塔、新首钢大桥钢塔等，攻克了“金属接触+高栓”联合受力钢塔、全焊接钢塔制造加工过程中的多项技术难题。在钢箱梁、组合梁钢主梁、钢塔节段等制造过程中，开发了轨道式焊接机器人、无盲区焊接小车，对部分焊缝实现了自动化焊接。

未来发展

钢桥梁制造业属于苦脏累行业，从业人员日趋短缺。同时，国家对环保的要求也越来越高，给行业发展带来了一定的影响，促使行业进一步转型升级。随着工业互联网、人工智能、信息化技术及BIM技术的不断发展，钢桥梁智能化制造必将代替传统的制造模式，这也是解决未来高技能技工短缺、实现产业升级换代的必由之路。

目前，在许多钢桥梁建设上推出了BIM应用，但钢桥梁建设要实现真正的BIM应用，应该从设计阶段开始直至运维阶段，业主、设计、制造、施工、运维各环节均能利用BIM模型，在各自的BIM应用平台上实现建设过程及全寿命周期的管理。而现在桥梁建设上的BIM应用，大多还没有统一的管理系统。就设计、制造环节而言，不仅各干各的，而且，大多还停留在翻模阶段，即先有二维图纸，由二维图纸指导三维模型的建立，再用三维模型指导生产安装。这种逆向设计并不能发挥BIM模型的潜在价值。未来，钢桥梁将朝着正向设计理念推进。通过不断完善BIM技术及相关应用标准，在设计初期，应用信息化平台，让业主、设计、制造、施工、运维等各环节参与设计，使设计BIM模型能满足钢桥梁全寿命周期的各个环节，让BIM模型在空间、时间上延续使用，提高钢桥梁制作施工效率，更加深入发掘BIM模型价值。

钢桥梁智能化制造是应用BIM技术、信息化技术、人工智能、工业互联等技术，打通钢桥梁制造、装备智能化的发展道路，建立BIM管理平台及相关管理系统，并在现有基础上开发智能制造系统、建设智能生产线等，逐步实现向智能化制造的迈进。

智能制造是实现中国制造2025的重要目标，相信经过大家的努力，钢桥梁智能化制造必将谱写钢桥梁领域新的篇章。

国家对环保要求越来越高，实现环保、绿色制造，需要钢桥梁设计及制造企业共同努力，以应对新的挑战并确保行业健康可持续发展。

1.免涂装耐候钢桥的建造

在气候适宜地区大力推广、建造免涂装耐候钢桥，符合环保要求及全寿命周期成本较低的优势，是一个好的发展方向。自上世纪60年代以来，美国、欧洲建造了上万座免涂装耐候钢桥（图13、图14为国外建成并运营多年的免涂装耐候钢桥）。近几年来，国内也相继建造了拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥、官厅水库公路大桥等免涂装耐候钢桥，积累了一定的经验，为进一步推广创造了条件。

2.环保涂装方案的选择

合理的涂装配套体系，是确保钢梁制造环节环保的重要因素。如：常规的长效型涂装体系完全能够满足钢梁防腐要求，无机富锌防锈防滑涂料也完全能够满足高栓连接面摩擦系数的要求。热喷铝（锌）最好不要采用，因为对环保影响非常大。

另外，水性涂料的研究、应用也是改善环保条件的重要举措，已在一些桥梁上得到了应用。当然，目前的水性涂料在耐候性指标和环境适应性等方面，仍有进一步提高的地方，需要从研发上加以解决、改进。

3.环保设置的研发、配备

对钢桥梁涂装作业，大多省份要求在有VOC治理的厂房内进行；对火焰切割、焊接等作业也要求配备吸尘装置（见图17、18），但目前的装备效果不佳，需要研发更加实用可靠的、用于钢桥梁制造的环保装备。近20年来，我国桥梁钢已形成了完备的体系，包括：耐大气腐蚀的桥梁钢，从Q345到Q500、从C级到F级，都有成功的工程应用。随着琼州海峡、台湾海峡、烟（台）大（连）跨海通道的规划，开发高性能桥梁用钢势在必行，这样不仅有助于提高桥梁的跨越能力、减少用钢量及基础费用，而且，对降低成本也大有好处。目前已成功开发出了Q690qE钢，但尚未大批量用于实际工程，其可焊性及质量稳定性等还需进一步研究提高，以适应大生产的需要。随着钢桥梁制造业转型升级及智能化制造技术的研究应用，钢桥梁制造的自动化设备需要进一步研发，尤其在钢箱梁节段、钢塔节段、组合梁节段、钢桁梁杆件等的组装、焊接、除锈、涂装工序，尽量实现自动或机械操作，代替手工操作。实现钢梁节段或杆件机械化、自动化作业的最大障碍是非标设计，导致节段或杆件种类繁多，很难标准化、批量化制造。

现在，我们应该根据各类钢桥梁节段或杆件的结构特点，开发适应性较强、能满足相应节段或杆件焊接的设备，以提高钢桥梁制造的机械化、自动化水平。如：钢箱梁节段外表面已开发了自动化的除锈、涂装系统，但系统的稳定性等尚需不断完善。随着交通运输部“关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见”的出台，国内掀起了公路钢结构桥梁建造的高潮，除了原来的大跨度及特殊桥梁采用钢结构外，现在的市政桥梁、不少高速公路桥梁也采用了钢结构。然而，目前最大的问题是建造成本，较高的造价是大力推广钢结构桥梁的主要障碍。

对钢桥梁造价影响最大的是设计合理性问题，由于近几年桥梁项目较多，而有经验的钢桥梁设计人员严重缺乏，导致多个项目设计不合理、成本增加。主要表现在以下几个方面——

1.过度焊接问题。焊接结构不是铸造结构，盲目增加熔透焊缝有百害而无一利。合理的焊接结构应按需要布置焊缝和设定焊角尺寸，尽量减少焊接热过程带来的损伤，低损伤度的焊接接头是结构耐久性的根本保证。而现在的许多钢桥梁熔透焊缝很多，从桥梁受力角度没有必要，而过度焊接导致的较大焊接变形。对结构性能没有任何好处（如：热矫变形对结构的耐久性并无好处）。

2.钢材选材等问题。近期，调研了一座1990年代建造的单线铁路钢桁梁大桥，采用16Mnq钢，每延米用钢量不足3吨，和现在的同类型桥梁设计相比，真可谓非常经济。合理选材是降低成本的有效途径之一，应严格按照桥位的环境、气候条件及选材原则选材，切忌一味拔高要求。如：能用D级的绝不用E级；对于钢材的交货状态，应根据不同交货状态的焊接性来确定，做到既合格又合用；钢材级别提高了，相应的重量应该降低，过大的安全系数会导致造价增加。

3.涂装体系问题。如：前面提到的，常规的长效型涂装体系完全能够满足防腐耐久性的要求，不宜选用热喷锌（铝）等相应的配套体系，否则，既不环保，造价又高；适宜地区建造免涂装耐候钢桥梁既有利于环保，又有利于降低全寿命周期的成本。

4.标准化制造的问题。目前的桥梁标准化设计不够，即使相似的地形地质条件、跨度设置等，设计的桥梁也各不相同。故，难以实现像汽车、飞机等标准化的制造，只能对部分单元件实现标准化制造。因此，提高设计的标准化水平，也是提高制造效率、降低制造成本的关键因素之一。

面对我国桥梁建设取得的成就和当前环保压力大、技工短缺等现状，做好钢桥梁制造业的技术研发及转型升级尤为重要。智能化制造是发展方向，经济、合理的设计是确保成本最优、绿色环保的关键，同样应该引起高度的重视。



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