打通高效“智造”的闭环——钢结构桥梁智能制造技术：现状、挑战与未来

在《中国制造2025》战略的推动下，智能制造成为制造业转型升级的关键路径，钢结构桥梁智能制造技术的发展，对桥梁行业和制造业的智能化进程意义非凡。文中详细阐述了桥梁钢结构制造企业在智能制造领域的实践成果，涵盖BIM技术的广泛应用、智能生产线的搭建、技术创新与研发投入，以及智能总拼技术的应用等方面。同时，分析了该技术在设备研发、信息采集和人工智能应用等方面存在的瓶颈，并对人工智能与机器学习的深度应用、数字孪生技术的普及以及智能机器人的广泛应用等未来发展方向进行了探讨。

信息技术与制造技术的

深度融合

智能制造的

核心要义

智能制造的核心在于实现自主决策和实时管理，其本质是新一代信息技术与先进制造技术深度融合，使制造活动全生命周期具备智能化特征。依据工信部2016年发布的《智能制造发展规划(2016 2020年)》，智能制造具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特性，贯穿于产品设计、生产、管理、服务等各个环节。近年来，随着人工智能、大数据、云计算、物联网等技术的迅猛发展，智能制造的概念不断丰富，应用也愈发广泛。

钢结构桥梁制造领域的

实践成果

在钢结构桥梁制造领域，行业内的领先企业已在部分工序实现数字化管理和自动化生产。从人工排版套料逐步发展到超算智能分拣，切割工艺从半自动火焰切割升级为数控激光切割，焊接环节也从人工焊接迈向自动化焊接生产线，成功实现了智能制造信息闭环中的数字化和网络化。这些实践成果显著提升了生产效率，保证了产品质量，为钢结构桥梁智能制造技术的进一步发展奠定了坚实基础。

图1 数控激光切割及自动写号

图2 自动焊接生产线

突破瓶颈迫在眉睫

设备研发难题

钢结构桥梁构件具有重量大、种类繁多的特点，焊接位置和类型复杂多样，这给设备研发带来了巨大挑战。当前，研发既灵活适用又能满足大荷载使用要求的设备难度颇高，智能机器人在钢梁制造中的应用因此受到限制。以单根桁架弦杆重量可达一百多吨的钢梁构件为例，自动化生产设备在承载能力、定位精度、操作灵活性等方面都面临诸多技术难题，突破这些设备瓶颈迫在眉睫。

信息采集困境

目前，钢结构桥梁制造过程中的信息采集存在诸多问题。除焊接信息等少数环节实现自动化采集外，大多数信息仍依赖人工输入，这种方式不仅效率低下，还容易出现错误。此外，焊接变形、残余应力等重要信息的采集范围不足，难以满足智能制造对数据全面性、准确性和实时性的严格要求。信息采集的不完善，直接影响后续的数据分析和决策支持，制约了钢结构桥梁智能制造的智能化水平提升。

人工智能应用短板

在钢结构桥梁制造领域，基于云边计算和人工智能技术的数据分析和应用仍处于初级阶段，专业大模型的开发应用尚未起步。在钢梁制造过程中，焊接变形和残余应力的预测与控制是提高制造精度的关键，但现有的人工智能技术在解决这些问题时存在明显不足。例如，对于复杂的焊接工艺参数优化、焊接变形的实时预测与补偿等问题，现有模型难以满足实际生产需求。深化人工智能技术在钢结构桥梁制造中的应用，提升数据分析和决策支持能力，是该技术发展的重要方向。

钢结构桥梁智能制造的

技术特点

高工厂化生产率

钢结构桥梁大部分工序在工厂内完成，至大节段拼装后运往施工现场，施工现场工作量较小，工厂化生产率可达98%以上。这种高工厂化生产率不仅提升了生产效率，降低了现场施工风险，还便于对生产过程进行集中管理和质量把控，为钢梁智能制造创造了有利条件。

构件类型相对单一

相较于房屋建筑钢结构,钢结构桥梁的构件类型较少,这有利于实现标准化流水线生产。标准化生产模式不仅能提高生产效率、降低生产成本,还能增强产品质量的稳定性和一致性,为钢结构桥梁智能制造的规模化发展提供了便利。

制造精度控制难度大

钢结构桁架桥梁的桁架结构和桥面系结构特性差异显著，导致大节段制造精度控制难度较大。在制造过程中，不同结构部件对尺寸精度、形状精度、位置精度等要求各异，且相互影响。例如，单片桁架的制造精度会直接影响桥面系结构的安装精度，而桥面系结构的焊接变形又会反过来影响单片桁架的定位精度。如何在复杂的结构关系中确保高精度制造，是钢结构桥梁智能制造技术面临的重大挑战。

构件重量大

钢结构桁架桥梁的单根桁架弦杆重量可达一百多吨，这对自动化生产设备提出了极高要求。重型构件的搬运、定位、焊接等操作，需要设备具备强大的承载能力、良好的操作灵活性和高精度的定位性能。目前，虽然部分大型设备能够满足重型构件的生产需求，但存在设备成本高、维护难度大等问题。降低重型构件生产设备的成本和维护难度，提高设备的可靠性和生产效率，是钢结构桁架桥梁智能制造技术发展需要攻克的重要课题。

智能制造的实践探索

数字化总体管控架构

数字化总体管控架构是智能制造的核心框架，通常可分为多个层级。分析决策层作为顶层，依据大量数据和深入分析，为整体发展提供战略方向和决策依据；协同管控层负责协调各方资源，保障各环节紧密配合，工作流程顺畅无阻；车间管控层直接管理生产，涵盖报表中心和各类智能制造生产线，如板材智能下料切割生产线、板单元智能生产线等，把控生产的每一个细节；基础设施层处于底层，包含网络系统、综合布线、管控中心、车间模型、工控一体机、视频监控等，为整个智能制造体系的稳定运行提供基础支撑。

图3 数字化总体管控架构

MES制造执行系统

MES制造执行系统在数字化管控体系中占据关键地位。它致力于实现设计、工艺、制造的集成一体化，通过有效管理Tekla等三维数字模型，将产品数据、工艺规划和项目过程可视化，极大地改善了设计和工艺过程中产品数据的流通与处理。该系统打通了设计、工艺与制造环节的数据流，能够精准地将设计BOM清单转化为制造BOM清单和焊接BOM清单。在原材料管理方面，借助先进的一物一码技术，结合严格的入库检验、科学的库位分配和高效的库房管理流程，实现了原材料从采购入库到生产出库的全流程精细化管控。在计划与订单管理上，MES系统实现了从生产计划制定到产品入库的全流程信息化管理，推动生产向精益化、透明化、溯源化方向发展，显著提升了车间作业的响应速度，有力促进了车间作业的标准化和电子化。

图4 沪宁钢机MES制造执行系统

基于BIM技术的平台应用

基于BIM技术搭建的基于BIM的焊缝地图和基于BIM的钢结构远程管理系统，为生产管理带来了革命性变革。基于BIM的焊缝地图通过构建全面的焊缝BIM模型，依据独特的焊缝编码结构树进行管理，整合了焊缝设计、焊接、检验检测等全过程数据，实现了焊缝管理的可视化和可溯源性。在项目交付后的运维阶段，该系统提供的矢量化交付成果，为安全性能评估、维修指导和责任追溯等工作提供了重要支持。基于BIM的钢结构远程管理系统则基于深化设计的制造BIM模型，实现了对钢结构从制造、运输到安装全流程的精细化管控和完整溯源追踪，能够实时监控各个环节的质量和进度。

图5 基于BIM的焊缝地图

数据指挥中心

数据指挥中心是智能制造的重要展示窗口，发挥着不可或缺的作用。它广泛收集生产过程中的质量、进度、产值、安全以及生产线运行等多方面数据，经过专业治理与分析后，不仅能及时发出预警信息，还为内部管理提供精准的决策依据，成为优化生产流程、提升管理效率的有力工具。

通过上述数字化管控体系各部分的紧密协作，实现了生产管理的高效化、精细化和智能化，为行业高质量发展注入了强大动力，也为其他领域的数字化转型提供了宝贵经验。

新发展趋势下的挑战

行业发展趋势

数字化与智能化融合：随着5G、物联网、人工智能等技术的普及，钢梁制造将越来越依赖数字化和智能化技术的深度融合。未来的生产线将更加自动化，能够实现从设计到生产的全流程数字化管理，提高生产效率和质量。

绿色制造：在环保要求日益提高的背景下，钢梁制造将朝着绿色制造方向发展。借助智能化技术，企业可以更精准地控制生产过程中的能耗和排放，减少对环境的负面影响，实现可持续发展。

定制化生产：市场需求的多样化促使钢梁制造更加注重定制化生产。智能制造技术能够快速响应客户需求，实现小批量、多品种的柔性生产，满足不同客户的个性化需求。

面临的挑战

技术壁垒：尽管智能制造技术发展迅速，但在钢梁制造领域仍存在诸多技术难题。例如，大重量构件的自动化搬运和焊接技术尚未成熟，信息采集的自动化程度有待提高，这些技术壁垒限制了行业的发展。

人才短缺：智能制造技术的应用需要大量具备高素质的技术人才。目前，行业内拥有智能制造技术背景的专业人才相对匮乏，企业需要加大人才培养和引进力度，以满足技术发展的需求。

成本压力：引入智能制造技术需要大量资金投入，尤其是在设备研发和系统集成方面。企业在追求技术先进性的同时，如何有效控制成本，是面临的一大挑战。

未来发展方向

期待“智人”制造的到来

未来，人工智能和机器学习技术将在钢结构桥梁智能制造中发挥更为关键的作用。通过深度学习算法，企业可以更精准地预测和控制焊接变形、残余应力等问题，进一步提高制造精度。例如，利用深度学习算法对焊接过程中的温度、电流、电压等参数进行实时监测和分析，预测焊接变形趋势，并自动调整焊接工艺参数，实现焊接过程的智能优化。

数字孪生技术的普及

数字孪生技术通过构建虚拟模型模拟实际生产过程，能够实现生产过程的实时监控和优化。在钢梁制造领域，数字孪生技术将得到广泛应用。企业可以通过建立钢结构桥梁制造过程的数字孪生模型，在虚拟环境中对生产过程进行模拟和优化，提前发现并解决潜在问题，减少生产过程中的浪费和错误，提高生产效率和质量。

智能机器人的

广泛应用

随着机器人技术的不断进步，智能机器人在钢梁制造中的应用将更加广泛。未来，智能机器人不仅能够承担简单的焊接任务，还能从事复杂的装配和检测工作，进一步提升生产效率。例如，开发具有更高负载能力和精度的焊接机器人，用于重型钢梁构件的焊接；研发具备自主导航和识别能力的搬运机器人，实现钢梁构件的自动化搬运和定位。

钢结构桥梁智能制造技术的发展是行业进步的必然趋势，也是提升企业核心竞争力的关键所在。在未来的发展中，随着技术的持续突破，钢结构桥梁智能制造将迎来更广阔的发展空间。然而，企业在发展过程中也需积极应对技术瓶颈、人才短缺和成本压力等挑战，加强技术研发和创新，推动智能制造技术与钢梁制造的深度融合。同时，政府和行业协会应加大对智能制造技术的支持和引导力度，共同促进钢梁制造行业的智能化升级，为我国制造业的高质量发展贡献力量。

本文刊载 / 《数智视界》杂志

2025年 第2期 总第33期

作者 / 高继领 凌志强 胡海国

作者单位 / 江苏沪宁钢机股份有限公司

编辑 / 王硕

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 王硕 廖玲

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