跨海工程的智慧内核——深中通道设计、制造和管理数字化关键技术研究与应用

深中通道是集“超大跨桥梁-人工岛-海底钢壳沉管隧道-水下互通立交”于一体的世界级超级工程，采用双向8车道技术标准，是“十三五”“十四五”国家重大工程。项目钢结构（钢壳、钢箱梁等）总用钢量60万吨；世界首次大规模应用钢壳混凝土沉管隧道，全长5.035km；深中通道全线桥梁17.034km，伶仃洋大桥采用主跨1666m的钢箱梁悬索桥方案，中山大桥采用主跨580m的双塔钢箱梁斜拉桥方案；项目两座海上大型人工岛，其中东岛中设置大型水下互通立交。

深中通道项目工程体量规模巨大、结构形式复杂、设计品质要求高、钢结构制造工期要求紧、制造精度标准要求高、业务协同管理难度大、海量资料归档任务重，采用传统的设计方法、建造技术和管理手段，难以满足超大规模、优异品质、超高工效、精益管理的建设要求。管理仍然存在两张皮问题。

项目概况

《国家综合立体交通网规划纲要》指出：到2035年，要基本实现国家综合立体交通网基础设施全要素全周期数字化，达到交通基础设施数字化率90%。以杭州湾跨海大桥、港珠澳大桥、南沙大桥等为代表的大型跨海工程，积极推广数字化技术，在三维设计、建造标准化、施工模拟仿真、项目协同管理等领域上实现了创新和突破。工程数字化技术近几年高速发展，日新月异，回溯此前的大型跨海工程数字化应用，尚有以下问题值得提升改进：1）缺少多专业、多阶段协同的数字化设计应用，数字化设计效率提升不显著，数字化设计成果难以交付施工；2）对先进制造业的数字化生产制造技术吸取不足，缺少智能制造的案例；3）大型复杂系统工程中存在业务数据孤岛，数据挖掘和利用不充分；4）尚未实现以电子档案为目标的数字化交付，档案管理仍然存在两张皮问题。

总体技术路线

本课题依托深中通道项目，立足攻克桥岛隧集群工程设计、制造和管理数字化成套技术，推动我国大型交通基础设施数字化技术进步，带动了国产图形软件研发和高端智能设备制造等产业的发展，同时响应“交通强国”“数字中国”“粤港澳大湾区”战略目标。重点聚焦桥岛隧集群工程的三维数字化协同设计、钢结构智能制造、工程建设协同管理平台、建设项目电子文件归档与电子档案管理四个方向，开展了一系列的研究和应用。

总体技术路线

主要研究内容

桥岛隧集群工程三维数字化

协同设计技术研究及应用

首先，建立了人工岛三维协同设计基础和环境，采用装配式的思路分解三维模型；其次，针对地质、基坑开挖回填、岛壁结构、陆域形成和地基处理、救援码头分别进行了三维协同设计；最后，开展了复杂结构方案优化模拟、冲突分析与设计复核、工程量与图纸自动输出、可视化交底等应用，体现了三维设计的可视化、协同性、仿真性、优化性和可出图性五大特征。

研发了具有自主知识产权且产品化的三维设计软件，满足沉管隧道钢壳的壳、舾、涂全专业并行三维设计的需求；形成了一套沉管隧道钢壳三维正向生产设计流程，覆盖生产设计全过程；提出了支撑钢壳设计-制造一体化的编码规则，涵盖色标、零件、分段、焊缝等；面向智能制造的应用，研发了产品数据（全自动切割数据、中组立自动焊接数据等）管理和交付技术；以生产设计为源头，面向生产全过程，突破了沉管管节精度控制技术。

针对大跨度悬索桥（伶仃洋大桥主跨1666m），采用参数化建模软件创建自适应族，通过Excel控制复杂结构自适应族中各点的放样轨迹，再利用Python Script节点对模型构件附加参数，实现了参数化设计建模，提升了建模的精度和效率，形成一套可在工程全生命周期传递和使用的矢量化三维模型。

桥隧钢结构数字化

制造关键技术研究

针对沉管钢壳（钢箱梁），进行板材/型材切割生产线智能化改造、片体（板单元）智能焊接生产线研制、块体（节段）智能焊接生产线研制、智能涂装生产线研制及面向BIM技术的车间制造执行管控系统研发五个方面的研究，形成“四线一系统”智能车间，实现深中通道沉管钢壳和钢箱梁的全过程智能化生产和管控。针对沉管钢壳，建立了4个一级指标、24个二级指标；针对钢箱梁，建立了8个一级指标、29个二级指标，通过设置不同的权重来评价钢结构数字化制造技术水平，保障钢结构智能制造的落地应用，为同类建设项目提供了宝贵的经验。

桥岛隧集群工程建设协同管理

数字化技术研发及应用

为加强参建各方工作协同和业务板块数据互通，提升工程管理效率，研发了项目协同管理平台。本项目从软件架构和业务架构两个层面构建平台，在软件架构方面，围绕业务分层结构、信息数据视图和标准接口三个层面进行基础性研发和匹配验证；在业务架构方面，涵盖BIM+GIS系统、项目管理系统、智慧工地系统、智能建造集成系统、工程指挥系统等板块；同时，研发数据决策分析模型，对工程建设的项目管理、智慧工地和智能建造等数据进行统计、分析、预警和利用，提升管理效能。

为提升工程管理“业-财-档”一体化水平，研发了工程建设业务协同编码体系和数据接口标准。将“单位、分部及分项工程划分”和“分项工程量清单”按照统一的管理粒度进行分解和映射，作为基础编码。研发数据接口，将矢量化施工BIM模型与单位、分部及分项工程编码关联；在手机移动端开展现场工序报验，及时反馈实际工程进度，与计划进行对比分析；同步在质量管理系统中编制质检资料；工序报验状态和质检资料完备状态作为项目计量支付的前置条件；各业务系统形成的电子文件自动推送和归档至档案管理系统；各业务系统数据集成于BIM模型，最终实现了工序、质检、计量、档案等工程全流程管理业务的协同管控。

工程建设项目电子文件归档

与电子档案管理技术研究

深中通道作为首批国家档案局建设项目电子文件归档和电子档案管理试点项目，升级改造了质量管理系统、基建程序审批系统、OA办公系统、计量支付系统、竣工图管理系统归档功能和电子档案管理系统功能，实现了56家参建单位项目电子文件从形成、流转、归档到档案管理的全过程管控，探索了项目电子档案单套制管理的路径方法。截至2023年9月，电子档案管理系统组卷超过8491卷，归档原生文件逾34万份。

对于电子档案领域来说，元数据是用来描述电子文件、电子档案的内容、结构、背景及其整个管理过程的数据。首先，以业务事务和流程助理为主线，将关键的元数据归纳、整理，并制定了描述方法；其次，采用XML方式进行元数据封装，保障电子文件与其元数据的完备性和关联性；最后，提出了四性检测内容，通过MD5码的校验措施，分别对电子文件（档案）及其元数据封装包进行真实性、完整性、可用性和安全性的检测，保证了建设项目电子文件（档案）的长期保存和凭证效力。

应用成效

自2017年6月起，本项目针对桥岛隧集群工程设计、制造和管理数字化关键技术进行了研究和应用，在桥岛隧集群工程中开展了三维数字化协同设计，与传统设计模式相比，提升了人工岛综合设计效率18%，减少大跨悬索桥潜在设计变更不少于30项，将沉管钢壳的设计钢材利用率从原计划94%提升至96%；研发了桥隧钢结构智能制造技术体系，与传统工艺相比，综合效率提升20%以上，油漆消耗降低约15%，焊接一次合格率提高到99%以上，一次喷涂合格率提高到99%以上；研发了桥岛隧集群工程建设项目协同管理平台，实现了工序、质检、计量、档案等工程全流程管理业务的协同管控，业务流程闭环处理效率提升25%以上，资料归档及时率超过85%；开展了桥岛隧大型复杂工程建设项目电子文件归档和电子档案管理试点，实现了建设项目电子文件覆盖率超过80%，电子档案覆盖率100%。

项目研究成果已在深中通道、黄茅海跨海通道、狮子洋通道、胶州湾第二海底隧道等10余项国家重点工程中成功应用，有力推动了我国交通基础设施建设数字化技术的进步，为“交通强国”“数字中国”“粤港澳大湾区”国家战略提供了重要技术保障。

本文刊载 / 《数智视界》杂志

2024年 第2期 总第29期

作者 / 罗林杰 卜庆晗 何开炳

作者单位 / 深中通道管理中心

中路高科交通检测检验认证有限公司

编辑 / 陈晨

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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