近20年來，我國在橋梁建造技術(shù)上取得了巨大成就，建造了多座有影響力的橋梁工程。隨著國家“一帶一路”走出去戰(zhàn)略的實(shí)施和港珠澳大橋的建成，國內(nèi)鋼橋梁的制造水平也得到了大大提升。但是，面對(duì)新的環(huán)保形勢(shì)、新的業(yè)態(tài)，有必要對(duì)鋼橋梁制造技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行梳理，對(duì)發(fā)展前景進(jìn)行展望。
鋼橋梁制造技術(shù)取得長足進(jìn)步
板單元制造基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化
鋼橋梁制造的零件、板單元制作等基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化。對(duì)于疲勞問題突出、某些有特殊要求的鋼箱梁頂板單元，對(duì)其U肋實(shí)現(xiàn)了雙面焊技術(shù)，甚至免定位焊的“組焊一體”技術(shù)也已得到成功應(yīng)用。


鋼箱梁組焊及預(yù)拼裝實(shí)現(xiàn)了廠房化制造
南方多雨地區(qū)的大型鋼橋梁，已基本實(shí)現(xiàn)了廠房內(nèi)制造、預(yù)拼裝，既有利于確保其質(zhì)量及耐久性，也可避免雨雪等天氣對(duì)工期的影響。


鋼桁梁吊裝節(jié)段的幾何精度
及質(zhì)量控制技術(shù)已趨成熟
對(duì)于有水運(yùn)條件的鋼桁梁大橋，節(jié)段整體吊裝可以大大減少橋位的工作量，對(duì)于縮短橋位架設(shè)周期、提高質(zhì)量大有好處。根據(jù)連接形式，有栓焊結(jié)合、全焊接、全栓接等，均有成功范例。圖5-圖7為栓焊結(jié)合鋼桁梁節(jié)段的制作及架設(shè)過程。


多座復(fù)雜橋梁鋼塔項(xiàng)目的成功建造
橋梁鋼塔精度要求高、制造難度大，代表一個(gè)國家鋼橋梁的加工、制造水平。自從2005年成功建造了“中國第一橋梁鋼塔、世界第一曲線塔——南京三橋鋼塔”后，又相繼建成了泰州長江大橋鋼塔、馬鞍山大橋鋼塔、大榭二橋鋼塔、南京眼、港珠澳大橋九洲航道橋鋼塔、新首鋼大橋鋼塔等，攻克了“金屬接觸+高栓”聯(lián)合受力鋼塔、全焊接鋼塔制造加工過程中的多項(xiàng)技術(shù)難題。


焊接機(jī)器人等在鋼橋梁整體施工中得到了應(yīng)用
在鋼箱梁、組合梁鋼主梁、鋼塔節(jié)段等制造過程中，開發(fā)了軌道式焊接機(jī)器人、無盲區(qū)焊接小車，對(duì)部分焊縫實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊接。



未來發(fā)展
鋼橋梁制造業(yè)屬于苦臟累行業(yè)，從業(yè)人員日趨短缺。同時(shí)，國家對(duì)環(huán)保的要求也越來越高，給行業(yè)發(fā)展帶來了一定的影響，促使行業(yè)進(jìn)一步轉(zhuǎn)型升級(jí)。
智能化制造必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造業(yè)
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、信息化技術(shù)及BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼橋梁智能化制造必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造模式，這也是解決未來高技能技工短缺、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的必由之路。
目前，在許多鋼橋梁建設(shè)上推出了BIM應(yīng)用，但鋼橋梁建設(shè)要實(shí)現(xiàn)真正的BIM應(yīng)用，應(yīng)該從設(shè)計(jì)階段開始直至運(yùn)維階段，業(yè)主、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維各環(huán)節(jié)均能利用BIM模型，在各自的BIM應(yīng)用平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)建設(shè)過程及全壽命周期的管理。而現(xiàn)在橋梁建設(shè)上的BIM應(yīng)用，大多還沒有統(tǒng)一的管理系統(tǒng)。就設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)而言，不僅各干各的，而且，大多還停留在翻模階段，即先有二維圖紙，由二維圖紙指導(dǎo)三維模型的建立，再用三維模型指導(dǎo)生產(chǎn)安裝。這種逆向設(shè)計(jì)并不能發(fā)揮BIM模型的潛在價(jià)值。未來，鋼橋梁將朝著正向設(shè)計(jì)理念推進(jìn)。通過不斷完善BIM技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)用信息化平臺(tái)，讓業(yè)主、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維等各環(huán)節(jié)參與設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)BIM模型能滿足鋼橋梁全壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，讓BIM模型在空間、時(shí)間上延續(xù)使用，提高鋼橋梁制作施工效率，更加深入發(fā)掘BIM模型價(jià)值。
鋼橋梁智能化制造是應(yīng)用BIM技術(shù)、信息化技術(shù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)等技術(shù)，打通鋼橋梁制造、裝備智能化的發(fā)展道路，建立BIM管理平臺(tái)及相關(guān)管理系統(tǒng)，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上開發(fā)智能制造系統(tǒng)、建設(shè)智能生產(chǎn)線等，逐步實(shí)現(xiàn)向智能化制造的邁進(jìn)。


智能制造是實(shí)現(xiàn)中國制造2025的重要目標(biāo)，相信經(jīng)過大家的努力，鋼橋梁智能化制造必將譜寫鋼橋梁領(lǐng)域新的篇章。
環(huán)保、綠色制造
必將成為鋼橋梁制造業(yè)的重要課題
國家對(duì)環(huán)保要求越來越高，實(shí)現(xiàn)環(huán)保、綠色制造，需要鋼橋梁設(shè)計(jì)及制造企業(yè)共同努力，以應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)并確保行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。
1.免涂裝耐候鋼橋的建造
在氣候適宜地區(qū)大力推廣、建造免涂裝耐候鋼橋，符合環(huán)保要求及全壽命周期成本較低的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)好的發(fā)展方向。自上世紀(jì)60年代以來，美國、歐洲建造了上萬座免涂裝耐候鋼橋（圖13、圖14為國外建成并運(yùn)營多年的免涂裝耐候鋼橋）。近幾年來，國內(nèi)也相繼建造了拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋、官廳水庫公路大橋等免涂裝耐候鋼橋，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步推廣創(chuàng)造了條件。


2.環(huán)保涂裝方案的選擇
合理的涂裝配套體系，是確保鋼梁制造環(huán)節(jié)環(huán)保的重要因素。如：常規(guī)的長效型涂裝體系完全能夠滿足鋼梁防腐要求，無機(jī)富鋅防銹防滑涂料也完全能夠滿足高栓連接面摩擦系數(shù)的要求。熱噴鋁（鋅）最好不要采用，因?yàn)閷?duì)環(huán)保影響非常大。


另外，水性涂料的研究、應(yīng)用也是改善環(huán)保條件的重要舉措，已在一些橋梁上得到了應(yīng)用。當(dāng)然，目前的水性涂料在耐候性指標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性等方面，仍有進(jìn)一步提高的地方，需要從研發(fā)上加以解決、改進(jìn)。
3.環(huán)保設(shè)置的研發(fā)、配備
對(duì)鋼橋梁涂裝作業(yè)，大多省份要求在有VOC治理的廠房內(nèi)進(jìn)行；對(duì)火焰切割、焊接等作業(yè)也要求配備吸塵裝置（見圖17、18），但目前的裝備效果不佳，需要研發(fā)更加實(shí)用可靠的、用于鋼橋梁制造的環(huán)保裝備。

高性能橋梁用鋼的研發(fā)及應(yīng)用性研究仍不可忽視
近20年來，我國橋梁鋼已形成了完備的體系，包括：耐大氣腐蝕的橋梁鋼，從Q345到Q500、從C級(jí)到F級(jí)，都有成功的工程應(yīng)用。隨著瓊州海峽、臺(tái)灣海峽、煙（臺(tái)）大（連）跨海通道的規(guī)劃，開發(fā)高性能橋梁用鋼勢(shì)在必行，這樣不僅有助于提高橋梁的跨越能力、減少用鋼量及基礎(chǔ)費(fèi)用，而且，對(duì)降低成本也大有好處。目前已成功開發(fā)出了Q690qE鋼，但尚未大批量用于實(shí)際工程，其可焊性及質(zhì)量穩(wěn)定性等還需進(jìn)一步研究提高，以適應(yīng)大生產(chǎn)的需要。
鋼梁制造過程中的自動(dòng)化水平有待進(jìn)一步提高
隨著鋼橋梁制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)及智能化制造技術(shù)的研究應(yīng)用，鋼橋梁制造的自動(dòng)化設(shè)備需要進(jìn)一步研發(fā)，尤其在鋼箱梁節(jié)段、鋼塔節(jié)段、組合梁節(jié)段、鋼桁梁桿件等的組裝、焊接、除銹、涂裝工序，盡量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或機(jī)械操作，代替手工操作。實(shí)現(xiàn)鋼梁節(jié)段或桿件機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)的最大障礙是非標(biāo)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致節(jié)段或桿件種類繁多，很難標(biāo)準(zhǔn)化、批量化制造。
現(xiàn)在，我們應(yīng)該根據(jù)各類鋼橋梁節(jié)段或桿件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開發(fā)適應(yīng)性較強(qiáng)、能滿足相應(yīng)節(jié)段或桿件焊接的設(shè)備，以提高鋼橋梁制造的機(jī)械化、自動(dòng)化水平。如：鋼箱梁節(jié)段外表面已開發(fā)了自動(dòng)化的除銹、涂裝系統(tǒng)，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性等尚需不斷完善。
控制建造成本、做到設(shè)計(jì)合理至關(guān)重要
隨著交通運(yùn)輸部“關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見”的出臺(tái)，國內(nèi)掀起了公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建造的高潮，除了原來的大跨度及特殊橋梁采用鋼結(jié)構(gòu)外，現(xiàn)在的市政橋梁、不少高速公路橋梁也采用了鋼結(jié)構(gòu)。然而，目前最大的問題是建造成本，較高的造價(jià)是大力推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁的主要障礙。
對(duì)鋼橋梁造價(jià)影響最大的是設(shè)計(jì)合理性問題，由于近幾年橋梁項(xiàng)目較多，而有經(jīng)驗(yàn)的鋼橋梁設(shè)計(jì)人員嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致多個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)不合理、成本增加。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面——
1.過度焊接問題。焊接結(jié)構(gòu)不是鑄造結(jié)構(gòu)，盲目增加熔透焊縫有百害而無一利。合理的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)按需要布置焊縫和設(shè)定焊角尺寸，盡量減少焊接熱過程帶來的損傷，低損傷度的焊接接頭是結(jié)構(gòu)耐久性的根本保證。而現(xiàn)在的許多鋼橋梁熔透焊縫很多，從橋梁受力角度沒有必要，而過度焊接導(dǎo)致的較大焊接變形。對(duì)結(jié)構(gòu)性能沒有任何好處（如：熱矯變形對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性并無好處）。
2.鋼材選材等問題。近期，調(diào)研了一座1990年代建造的單線鐵路鋼桁梁大橋，采用16Mnq鋼，每延米用鋼量不足3噸，和現(xiàn)在的同類型橋梁設(shè)計(jì)相比，真可謂非常經(jīng)濟(jì)。合理選材是降低成本的有效途徑之一，應(yīng)嚴(yán)格按照橋位的環(huán)境、氣候條件及選材原則選材，切忌一味拔高要求。如：能用D級(jí)的絕不用E級(jí)；對(duì)于鋼材的交貨狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同交貨狀態(tài)的焊接性來確定，做到既合格又合用；鋼材級(jí)別提高了，相應(yīng)的重量應(yīng)該降低，過大的安全系數(shù)會(huì)導(dǎo)致造價(jià)增加。
3.涂裝體系問題。如：前面提到的，常規(guī)的長效型涂裝體系完全能夠滿足防腐耐久性的要求，不宜選用熱噴鋅（鋁）等相應(yīng)的配套體系，否則，既不環(huán)保，造價(jià)又高；適宜地區(qū)建造免涂裝耐候鋼橋梁既有利于環(huán)保，又有利于降低全壽命周期的成本。
4.標(biāo)準(zhǔn)化制造的問題。目前的橋梁標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)不夠，即使相似的地形地質(zhì)條件、跨度設(shè)置等，設(shè)計(jì)的橋梁也各不相同。故，難以實(shí)現(xiàn)像汽車、飛機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)化的制造，只能對(duì)部分單元件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化制造。因此，提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化水平，也是提高制造效率、降低制造成本的關(guān)鍵因素之一。
面對(duì)我國橋梁建設(shè)取得的成就和當(dāng)前環(huán)保壓力大、技工短缺等現(xiàn)狀，做好鋼橋梁制造業(yè)的技術(shù)研發(fā)及轉(zhuǎn)型升級(jí)尤為重要。智能化制造是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)是確保成本最優(yōu)、綠色環(huán)保的關(guān)鍵，同樣應(yīng)該引起高度的重視。