钢结构智能化涂装分析
——以宁波舟山港主通道为例

李建军，张安永，王德龙

（江苏中矿大正表面工程技术有限公司，江苏 徐州 221000）

钢结构耐久性保障是桥梁整体寿命设计的重要考量因素。如港珠澳大桥设计寿命120 年、虎门二桥设计寿命100 年和深圳至中山跨海通道工程设计寿命100年等。钢结构桥梁的有效防护是实现涂层设计寿命的关键技术之一，其施工的方式对涂层质量、能源耗损和工作效率等方面有着重要的作用，是保障钢结构涂装质量的重要环节。目前桥梁钢结构涂装方式还处于传统的施工模式，工业自动化程度较低。近几年来随着桥梁建设的工业化程度不断提高，钢结构涂装施工在关键技术、施工方式上正发生深刻变革。

1 工程概况

宁波舟山港主通道（鱼山石化疏港公路）公路工程主线起于富翅互通，跨越富翅门水道，在岑港镇涨次村南侧设置岑港互通，路线向北延伸，在马目山入海后转向东北，依次跨越长白西航道、舟山中部港域西航道和岱山南航道，在岱山双合登陆。海中设置长白互通，连接长白岛。路线终点设置双合互通，近期与本项目鱼山支线、规划的岱山环岛公路连接，远期与上海至大洋山规划通道衔接。桥梁主桥钢箱梁（鱼山石化疏港公路）全长1 630 m，分10 种梁段，共113 节梁段。其中C 型梁段（长36.2 m，宽16 m）78 节，为标准梁段类型。主桥外表面涂装面积约7 m2，内表面涂装面积约28 万m2，钢桥面涂装面积约4 万m2。

宁波舟山港主通道（鱼山石化疏港公路）公路工程第DSSG03 标段涂装由江苏中矿大正表面工程技术有限公司施工，外表面冲砂及油漆施工采用智能化设备方式涂装。此种施工方式解决了传统施工模式所面临的各项问题。智能化设备成功应用在舟山港主通道大桥上，得到了业内专家、设计院、业主和总包方的高度肯定。

2 智能化清单及施工简介

针对本项目钢箱梁的智能防腐涂装，在基于现有涂装厂房及配套设备和设施的基础上，增设先进的设备、自动化装备及协同控制集成系统，实现钢箱梁梁段外表面的喷砂除锈、喷漆作业工序的智能涂装。

针对钢箱梁梁段的外表面区域，投入智能设备见表1。

表1 钢箱梁梁段外表面智能设备清单

2.1 管线改造

喷砂厂房已配备了自动机械式循环回砂设备，基于现有的回砂系统，将现有的储砂罐更换Blastman 压力喷砂罐，保证喷砂设备循环供料。

2.2 智能设备安装

基于MBU 小车式喷砂设备为芬兰整装全进口，所以安装初期由来自芬兰的工程师全程指导安装及调试。安装MBU 小车式喷砂设备及配套喷砂进砂回砂和控制系统，实现钢箱梁梁段外表面的喷砂除锈，安装自导引式智能喷涂设备，实现钢箱梁外表面的喷漆作业，增设先进的设备及协同控制集成系统，组成远程监控系统，实现数据的集成收集及远程收集。

2.3 钢箱梁外表面喷砂

钢箱梁梁段待工作面分为钢箱梁外表面和桥面板，梁段外表面分为斜底板和底板2 个面，智能涂装方案针对梁段外表面工作面系统设计。钢箱梁外表面的喷砂除锈，由一台MBU 小车式喷砂设备完成表面的底板及斜底板的喷砂除锈。MBU 小车式喷砂设备机械手臂前置，可方便灵活操作，可作业范围较大，可完全覆盖钢箱梁外表面喷砂除锈作业。

2.3.1 压力罐自动进料

喷砂设备供料系统配备Blastman 压力喷砂罐，压力罐在原有砂罐的基础上进行修改安装，既综合利用了原有资源，又可以实现不间断操作，可在喷砂作业期间、停止喷砂后自主加砂，实现不间断自动进料。

2.3.2 MBU 小车自动喷砂

喷砂作业准备期间，操作员可选择示教方式、离线编程2 种方式进行编辑设备喷砂作业程序。

MBU 小车式喷砂设备，小车的第二个轴为机械臂升降轴。升降臂的零点位置在底部，运动范围可从地面至钢箱梁梁段检修道下侧。小车的第三轴为机械臂旋转轴。机械臂可以左右旋转90°，智能喷砂设备如图1所示。

图1 智能喷砂设备示意图

2.3.3 MBU 小车远程监控

Blastman 喷砂设备的控制器中均设有VPN 连接功能。操作人员能够通过互联网VPN 设置实时检测设备控制器的操作，对喷砂厂房内的生产作业情况进行远程监控。远程监控系统的用户界面简明易用。除基本功能以外，控制软件还可以生成当日的生产报告和错误报告。

2.4 钢箱梁外表面喷漆

经检验合格的冲砂梁段经运梁车转运至涂装车间，利用智能化喷漆设备进行作业。钢箱梁外表面和斜腹板的喷漆作业，由1 台引导式智能喷涂设备完成。

智能喷涂设备搭载引导式小车，可按照预先编制好的程序轨迹移动，并根据作业区情况进行间断动作，可完成钢箱梁梁段斜底板及支墩周围的喷漆作业。

2.4.1 罐内自动搅拌、自动配比

所使用的气动搅拌器是根据不锈钢油漆罐尺寸规格进行选型，能实现罐内油漆的连续上下翻腾，防止罐内乱流及旋涡产生，从而达到最佳油漆搅拌效果，同时与浮球液位计配合使用，根据液位的高低手动控制搅拌器的转速，达到最好的搅拌效果并保证油漆质量。

2.4.2 智能设备自动喷漆

智能喷涂设备可按预先设定的程序自动喷涂作业，在喷涂作业过程中，钢箱梁梁段进入喷涂厂房内，施工人员可调取已编辑好的程序，触动启动按钮，设备即可按固定的轨迹进行喷涂作业。

钢箱梁在进入车间后，要根据预先的定位进行摆放，待摆放到定位位置后，引导式智能喷涂设备根据预先的程序进行外表面的喷涂施工，机械臂在施工过程中根据钢箱梁的外表面位置进行调整伸缩，能预判钢箱梁支墩位置并有效避开，智能喷漆设备如图2 所示。

图2 智能喷漆设备示意图

2.4.3 智能喷漆设备远程监控

可提供简单的人机交互界面，实时收集可燃气体浓度、温度、湿度等关键数据，及时反馈到操作界面，并能根据枪嘴大小、设备移动速度等情况反馈每台设备喷涂效果等参数。能从后台进行操作统计合格率、报验时间、报验结构统计等数据。

3 实用性和效益对比

3.1 与传统施工效率、效果对比

相对于人工涂装，减少了职业病伤害和废气排放，单机喷砂效率可提升200%，喷漆效率可提升50%，在提升生产效率的同时，钢材表面处理质量稳定，涂层外观一致，漆膜均匀可控，极大地提高了防腐涂装的质量水平，达到了预期的效果。

3.2 与传统施工质量对比

传统冲砂、喷漆业务都为人工作业，从物料进场到物料配比，人工依赖性较强，难以较好满足工艺规范要求，施工人员技术素质、工艺执行力、工序安排合理性和现场设备拖拽对涂层的二次损坏等因素难以保障大型桥梁大面积一次性涂装质量，而智能化设备自动配比，精准无误，而且混合更加充分，智能化一次性施工完毕，确保了外观的一致性和厚度的均匀性。

3.3 与传统施工安全性对比

智能喷砂设备均为定制产品，安全可靠，满足防爆要求。控制系统采用可靠的现场总线技术及以可编程逻辑控制器（PLC）为基础的控制系统，系统内的所有组件均根据苛刻的喷砂房环境设计。

设备控制台配备安全控制单元，具有安全复位按钮和设备的模式选择器开关。模式包括设备喷砂、人工喷砂、手动操作方式和附加的设备特定功能模式。喷砂设备携带的喷枪，在即将触碰小节段表面时，会及时返程复位，避免设备损坏。

智能喷漆设备采用多组份自动配比计量，有效地促使了双组分材料的混合，精确了配合比，并且根据钢箱梁外表面的形状，精准了施工距离，避免浪费大量涂料，减少了漆雾的产生，避免了人工因素产生的静电，安全环保。

3.4 与传统施工原材料使用对比

从物料进场到物料配比，人工依赖性较强，难以较好地满足工艺规范要求，而且施工人员技术素质、工艺执行力、工序安排合理性和现场设备的老化等问题都制约着油漆的消耗系数，而油漆枪手的熟练程度更是制约了油漆的使用数量。而喷漆智能设备的使用，在很大程度上较为精准地控制了油漆的厚度，可以有效地结余油漆材料。

3.5 与传统施工人员投入对比

桥梁钢结构涂装施工要求严格，对技术工种的专业性需求较为特殊，现阶段成熟的涂装技术工人工龄都比较大，因为工作环境的问题，人员很难招到，但智能化涂装设备有效地解决了用工问题，经过反复测算，冲砂施工可以结余40%～50%的人工，喷漆施工可以结余50%～70%的人工，随着设备磨合的顺畅和工人操作技能的提升，相信这个数字还会增加。

3.6 项目运行控制对比

人员施工期间过程控制关键技术参数，受作业环境扰动大，相互间不能自主协同优化匹配，人工手持喷枪或部分机械化作业方式，但采用智能化设备施工，可以实现智能一体化，机械之间、数据之间的交流更加顺畅和便捷，比人工更加协调、统一。

4 智能涂装的有益成效

（1）喷涂工序采用的喷涂设备系统，搭配物料输送、物料补给、涂料耗损监测等预留端口的智能装备，提高涂膜的均匀性等外观喷涂质量，可全局监测作业、设备运行状况，实现精密化生产、保障涂装作业稳定性。

（2）项目实施对突破桥钢箱梁梁段的传统粗放式涂装思维，推动桥梁钢结构涂装业精细化生产，加快桥梁涂装工程智能信息化工厂改造等具有重要意义，经济、社会效益十分显著。

（3）转变以人工为主的桥梁钢结构涂装方式，从物料进场，物料管控到物料配比，摆脱人工依赖性，较好实现组织管理、物料集中化、涂料充分混合等前期准备工作，显著降低管控不合理的安全隐患、人员不可控性的装备管控等问题，有效保证了项目施工的安全性和建设质量。

（4）全局状态监测，使用大型先进涂装设备，实现涂料精度配比、即混即喷和提高雾化效果，改变了喷涂质量受人员技术程度的不可控性影响，有效保障了大面积喷涂质量，应用推广价值重大。

（5）标准化厂房环境监管，促进桥梁工程低能耗环境友好型标准化施工。项目实施可为相关规范的补充，提供了实践和试验依据，能促进桥梁建设相关行业规范的形成和完善，社会效益巨大。

5 智能涂装的局限性

5.1 技术条件方面

目前用于桥梁的智能设备软件和硬件还未完全成熟，部分设备和设施需要进口，定制周期长，并且不可控的因素太多，无法完全满足施工需要。

5.2 业主重视度方面

部分业主对涂装不够重视，对投入的智能设备没有专项资金支持，对施工企业来说一次性投入过大，资金回笼过慢，致使智能设备的大量推广面临着困难。

5.3 环保政策方面

虽然国家环保政策在收紧，各项管理也在同步加强，但粗放式涂装作业生产模式还是在部分区域进行，尤其一些小的加工厂和一些小的项目，这样的表现更是突出，致使智能化优势难以完全体现。

5.4 桥梁杆件形状方面

桥梁形状各异，尺寸及外形难以统一，目前大型桥梁智能化设备都是定制的，难以满足所有桥梁的使用。

5.5 使用部位方面

目前不管是智能喷砂设备还是智能喷漆设备，只能对外表面的部位进行施工，内表面因为结构复杂，死角较多，还不能满足施工需要，致使智能化的推广局限性较大。

6 结束语

宁波舟山港主通道智能化设备的投入和使用，为后续类似项目智能化使用积累了大量的经验，为其他大型桥梁涂装智能化的推广树立了标杆。