高速公路及桥隧工程质量测控信息化系统建设项目可行性研究报告.docx

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高速公路及桥隧工程质量测控信息化系统建设项目可行性研究报告

高速公路及桥隧工程质量测控信息化系统

可

行

性

研

究

报

告

1前言

1.1项目背景

交通运输是国民经济的重要基础产业，是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。

“十五”期间中国高速公路总里程为2.47万公里，是“八五”和“九五”建成高速公路总和的1.5倍，“十一五”期间高速公路总里程已达到7.41万公里，2012年底又达9.56万公里、我国铁路总里程约12万公里，2012年新增铁路里程1.97万公里，其中高速铁路8951公里，居世界第2位！

中国高速公路及高速铁路的发展创造了世界奇迹。

但高速公路、高速铁路工程项目为线性工程，高架桥、隧道居多，是一项极其复杂的过程。

设计、材料、机械、地形、地质、施工过程工艺、操作方法、管理制度等因素，均直接影响着工程项目的施工质量。

施工过程是使公路及桥梁工程设计意图最终实现并形成工程实体的阶段，也是最终形成工程产品质量和工程项目使用价值的重要阶段。

因此施工过程的质量控制不但是施工监理重要的工作内容，也是工程项目质量控制的重点，同时，路桥隧建成后健康监测预警及养维护规范，降低人民生命财产及国家经济损失也致关重要，因此加强路桥后期信息测控也十分必要。

1.2国内外现状

桥隧作为公路的重要组成部分,在车辆的运营中起着非常重要的作用，而频频发生的桥梁垮塌事件则提醒我们如何提高桥隧质量是摆在我们面前的客观问题。

如2012年8月8日，江西广昌一大桥发生垮塌，八孔的桥梁其中六孔坍塌；2011年7月15日，通车仅14年的杭州钱江三桥引桥桥面塌落；2010年1月3日，。

这样的例子太多了，总结起来桥面铺装病害、预应力混凝土梁裂缝、预应力钢绞线受力不均、预应力钢绞线灌浆不充溢导致钢绞线氧化、橡胶支座变形受损、桥梁外露混凝土局部破损是桥梁问题的主要原因，所以桥梁工程孔预应力张拉和灌浆的信息化也就势在必行；

目前由于我国路桥施工方法仍以原始的手工作业为主，现场缺乏现代化“高速公路及桥隧工程质量测控信息化系统”手段，施工人员职业道德和专业素质低下、偷工减料、以次充好，不按规范工艺施工等严重影响工程质量现象普遍发生。

致使工程质量几乎百分之百达不到设计要求，如路面设计要求15-20年，而实际情况是3年左右就要大修或重修。

桥梁一般设计要求在100年左右，而大部分桥梁在15年左右就出现大的质量问题，只有40%的桥梁使用年限能达到25年！

现在这种先天性畸形工程寿命要缩短平均4倍以上！

按每年国家投资路桥4000亿计算，其中有3000亿是报废的！

而且国家每年投入路桥的维修养护费至少在2000亿以上，其中有1500亿是施工质量造成的。

可见每年因施工不规范，某些企业或个人因个人私利或玩忽职守给国家造成损失达4500亿之多！

这还未计算因桥梁垮塌和因道路塌陷翻车造成的人民生命财产及巨大的经济损失。

还有目前我国路桥工程管理和质量监督也是以原始的人工管理为主，大量的人力消耗在无效的工作中，而且串改数据、欺上瞒下、以权谋私现象大量发生。

甚至现场质检实验室居然是由施工方负责，样板也是由施工方送检，完全达不到管控作用，按现在工程预算标准管理费占15%左右，每年用于管理费开支达600亿！

1.3桥隧病害分析与提高路桥质量的出路

1.3.1桥隧分析

如何提高桥梁施工质量？

如何让中国桥梁更安全？

首先就要看桥梁事故的原因有哪些？

1）原因一：

预应力张拉钢绞线受力不均、张拉不够或过大、保护层灌浆不充溢等，在使用的预应力桥梁中发现，有相当数量的箱梁在顶板、腹板、底板、横隔板以及齿块等部位出现了各种不同形式的裂缝，其中箱梁腹板裂缝最为普遍和严重。

同样，预应力简支梁板在运行中大量出现底板、腹板裂缝，承载能力下降；

2）原因二：

预应力钢绞线管道压浆不密实，导致钢绞线氧化缩短使用寿命；

3）原因三：

没有可靠施工工艺过程管理机制，人为人素过多，现场施工数据不真实等；

1.3.2高速公路桥分析

随着高等级公路的迅速发展和行车速度的不断提高，对于路面平整度要求越来越高，目前高速公主要存在以下原因：

1）路基压实未满足设计要求，主要要施工过程无智能控制手段，人为因素质多；

2）沥青摊铺工艺无管控，无法保证设计参数，路面出现了坑凹、起拱、接缝台阶、波浪、碾压车辙、桥头或涵洞两处路面沉降、桥粱伸缩缝的跳车等路面不平整现象。

3）路面压实时也无法保在规定的温度下工作，如沥青温度低于要求值，再压实的效果就无法想想，导致路面使用年限较短， 维修频繁等突出问题

1.3.3提高路桥质量的出路

基于以上分析，对应提高桥梁质量的出路就在以下几点集中技术和工艺，本项目主要探讨第二种和第三种技术；

如何提供路面施工质量？

要从设计源头抓起，因为施工过程无法测控、施工工艺无法测控，也达不到设计要求，所以设计上往往留有很大余量，有些设计余量甚至达到300%，这意味着对原材料多达3倍的浪费。

这些材料加载桥上，路上不但起不到好的作用，反而对桥梁的负重更是一种负担。

这是对人力、物力的一种极大浪费，“高速公路及桥隧工程质量测控信息化系统”是根据交通部加强公路工程质量管理的需要，遵循国际质量管理标准和交通部规范标准设计开发的专业系统，系统提供了客观、科学的质量控制方法与流程，能用信息技术进行全过程的信息自动读取、原始数据与检测结果的系统分析、快速的质量数据管理，从而实现工程施工过程质量的实时动态测控。

运用统计分析方法，通过对原材料、沥青混合料、预应力张拉、灌浆等施工过程质量和拌和站总量检验与规范标准的检查对比，对工程质量进行实时动态管理．达到控制施工质量和提高企业施工管理水平和效率的目的。

只要施工工艺、施工材料达到了设计的目标，那么路桥质量就应该有保障，而这就要靠“高速公路及桥隧工程质量测控信息化系统”来完成；

2项目介绍

项目名称：

高速公路及桥隧工程质量测控信息化系统

2.1系统结构图

图2-1：

系统结构图

2.2产品介绍

2.3.1研发生产

1）测控工作站

2）传感器、采集器

3）智能智能开关电源

4）步进电机及伺服电机

5）工业控制器

6）全自动预应力张拉设备

7）全自动智能灌浆设备

8）路桥实验室信息化检测设备

9）北斗导航测控装置

2.3.2工程建设

1）指挥中心建设

2.3.3工程服务

1）桥梁健康监测预警和提供维养护方案

2）提供数据服务

2.3生产工艺流程介绍

1）测控工作站、传感器、采集器、智能开关电源、路桥实验室信息化检测设备、北斗导航测控装置、工业控制器等生产工艺流程

2）步进电机及伺服电机生产工艺流程

3）全自动预应力张拉设备、全自动智能灌浆设备工艺流程

3产品研发实施单位基本情况与技术研发团队介绍

3.1产品研发实施单位基本情况

中山惠利普电机有限公司：

2006年由湖南长沙搬迁至广东中山，注册资金1000万元，年产值9800万，主要生产步进电机、同步电机、伺服电机系列。

产品主要为格力、三星、LG、美的、海尔等国内外知名家电品牌，公司拥项2个发明专利，8项实用新型专利，是一家专业研发、制造微型直流无刷电机的公司。

中山市拓维电子科技有限公司，创建于2007年，注册资金100万，是一家专业从事电子信息化产品、非接触式IC卡应用设备研发、生产、销售和服务为一体的高新技术基业，公司技术力量雄厚，聚集一批资深专业科研人员，从事非接触技术产品、安防产品、企业信息系统的开发与技术支持，专业提供方案优化设计、项目规划及实施、产品施工、技术培训等一条龙服务。

公司开发的数据采集器、温度测量装置获得多项专利。

广东惠利普路桥信息工程有限公司是一家专业从事高速公路、桥隧工程质量测控系统研究、开发、生产、安装于一体的高科技企业，注册资本1000万元，研发人员30名。

3.2配套研发单位

1）长安大学

长安大学是教育部及交通部共建的国家“211”工程重点大学，拥有各种类型的公路交通科研试验设备、仪器及实验室。

a）道路施工技术与装备教育部重点实验室

道路施工技术与装备教育部重点实验室依托长安大学交通运输工程国家级重点学科和机械工程一级学科博士点，是我国唯一从事公路施工技术与筑养路装备研究的重点实验室，为我国公路交通事业的高速发展和工程机械行业的技术进步做出了重要贡献。

目前有固定研究人员46名，其中教授26人，副教授18人，高级工程师2人，形成了结构良好的学术梯队。

研究人员中，拥有博士学位的教学科研人员37人，占总人数的80.4%以上。

人员结构从年龄层次划分，50岁以上的科研人员14人，占人员总数30%，年龄35~50岁之间的中年科研人员26人，占人员总数56.5%，年龄35岁以下的青年科研人员6人，占人员总数13%。

目前，实验室固定人员这支队伍已经成为我国道路施工技术与装备领域的重要科研力量，在国内外学术舞台发挥着越来越重要的作用。

b）高速公路养护装备国家工程实验室

“公路养护装备”国家工程实验室（长安大学）下辖1个办公室、7个研究所（公路养护装备传动与控制研究所、公路养护装备牵引动力学研究所、工程机械结构强度研究所、公路施工质量控制研究所、混凝土先进拌合理论与技术研究所、公路养护新材料新工艺研究所、道路智能检测与控制研究所）和1个筑路机械测试中心，实验室主任焦生杰教授，副主任宋绪丁教授、高子渝副教授。

2）合肥工业大学

合肥工业大学是中央部属高校，教育部直属全国重点大学。

全国72所教育部直属高等学校之一，国家“211工程”重点建设大学，“985工程优势学科创新平台”高校，“111计划”成员高校之一，教育部“卓越工程师教育培养计划”首批61所试点高校之一。

作为一所以工为主，工、理、文、经、管、法、教育等相结合的多科性全国重点大学，是国家实施自主招生改革的高校。

3）中科院合肥分院中科院传感系统工程研究中心

中心成立于1997年，是中科院系统重点建设的国家现代传感系统工程技术研究开发基地。

中心建设的核心内容是研发现代产业所需的各类新型传感器及其信号检测与信息处理技术，构造智能化、高性能的现代传感器系统实验分析平台，设计智能机器、复杂机电液系统、高端仪器等重大装备领域最重要的大型、多功能、综合性的测试仪器系统。

本中心研发工作涉及到计算机、信息处理、网络系统、多传感器系统、机器人、虚拟现实等多个学科的前沿技术，相关技术产品可用于对智能机器人、机器人化（智能）机器以及多种复杂系统的多传感器测试、标定、实验和评定。

中心实验平台包括重大装备及其控制系统，具有即插即用功能的多维力传感器、触觉传感器、多维线/角加速度传感器、超声（光电）距离传感器、视觉传感器以及临场感I/O工具等各种主要传感器和传感器系统，上述各传感器可通过标准通用网络接口方便地连接到用户设计的各种原型机器测试系统上，完成对相关传感器数据的实时获取和处理，并通过仿真示范和在线控制实现原型机器系统预定的各种操作功能。

中心已经为在研在役的多种型号装备和智能机器的应用功能设计和集成感知系统提供了综合实验技术手段以及重要的传感控制系统设备。

3.3研发团队

1）余建辉：

长安大学知名教授、博士生导师，长安大学工程信息化研究所所长；1985.7－1999.11交通部筑路机械测试中心3室主任，工程师；2002.9-2005.9长安大学电控学院智能化专业；2007.9-2010.8西安交通大学人文学院管理哲学专业（在职博士生）；发表了间歇式沥青搅拌设备称量系统设计、沥青搅拌设备袋式除尘器、沥青搅拌设备微机控制系统设计与应用等文献。

2）孙怡宁（研究员、博士生导师）：

中国科学院合肥智能机械