大跨径桥梁施工监控与质量管控策略

引言

大跨径桥梁施工面临复杂环境耦合作用，传统质量控制依赖经验判断与事后检测，难以应对施工过程的动态不确定性。例如，日照温差可导致悬臂浇筑节段累计偏差达15mm，材料收缩徐变效应使合龙精度控制难度倍增。随着物联网、BIM 等技术发展，施工监控正从离散数据采集向全过程数字孪生演进。本文聚焦施工阶段质量形成机理，构建多维度监控网络与智能决策模型，通过实时反馈控制实现质量偏差的前置干预。研究突破静态管控思维局限，为桥梁工程高质量建设提供理论创新与实践参考。

1 大跨径桥梁施工质量影响因素分析

1.1 环境耦合作用下的结构响应特性

大跨径桥梁施工期间，温度场、风场、日照辐射等环境因素呈现显著时空异质性，其耦合作用对结构响应产生复杂影响。温度梯度变化会导致主梁顶底板产生非线性温差，引发结构翘曲变形；风场作用下的气动效应可能加剧悬臂端的振动幅度；日照辐射的不均匀分布则会引起混凝土表面与内部的温度差异，导致收缩应力集中。通过建立环境参数与结构响应的关联模型，可揭示多因素耦合作用下的变形规律。

1.2 材料性能时变规律与施工偏差传递机制

混凝土材料的性能随时间呈现显著变化，早期强度发展缓慢，弹性模量逐渐增长，这种时变特性对施工精度产生重要影响。材料性能的差异会导致模板支撑系统的沉降速率不均，进而引发几何尺寸偏差。施工过程中，前序工序的偏差会通过结构体系传递至后续工序，形成累积效应。例如，混凝土早期收缩徐变会导致预应力损失，进而影响结构线形。通过建立材料性能数据库与施工偏差传递模型，可分析偏差在不同施工阶段的传递路径与放大效应。这种偏差传递机制表明，施工质量控制必须从材料源头抓起，通过优化配合比、改进施工工艺，降低材料时变特性对施工精度的影响，同时建立全过程的偏差监测与修正体系，确保施工偏差不超出允许范围。

2 施工监控技术体系构建

2.1 多源数据融合的实时监测系统设计

大跨径桥梁施工监测需突破传统单一传感模式，构建空天地协同的立体感知网络。通过整合卫星定位系统的广域覆盖优势、无人机航摄的灵活巡检能力及地面传感器的精细化采集功能，形成互补联动的数据获取体系。针对复杂施工环境下监测数据易受噪声干扰的问题，研发基于小波变换与自适应滤波的数据清洗算法，有效剔除温度漂移、电磁干扰等异常信号，确保数据流的连续性与可靠性。建立时空配准模型时，采用统一时空基准框架，通过卡尔曼滤波算法实现多源数据的同步对齐与误差修正，构建反映施工全过程的动态数字镜像。该体系在跨江大桥施工中成功应用，通过卫星定位捕捉毫米级结构位移，无人机影像识别支架变形趋势，地面传感器监测应力场演化，三者数据融合后形成全息施工画像，为质量管控提供实时决策依据。

2.2 基于机器学习的异常状态智能识别算法

施工监测数据具有强时序性与非线性特征，传统阈值预警方法难以适应复杂工况。采用深度学习技术构建智能识别模型，通过长短期记忆网络挖掘监测数据中的隐含关联，建立施工状态动态基线。模型训练时引入注意力机制，自动聚焦关键特征参数，提升对微小异常的敏感度。开发增量学习框架，使模型能够随着施工阶段推进持续吸收新数据，自适应调整识别规则，避免固定模型导致的误报漏报。建立四级异常响应机制，根据偏差程度触发差异化处置流程，实现风险分级管控。该算法在悬臂施工中展现出优异性能，通过分析温度-应力耦合数据，提前识别出混凝土早期收缩引发的结构应力重分布趋势，为施工参数优化赢得关键调整窗口。

2.3 数字孪生驱动的施工过程可视化管控平台

构建虚实映射的施工管控平台时，深度融合 BIM 模型的几何信息与物联网采集的动态数据，形成可交互的数字孪生体。通过 WebGL 图形引擎实现复杂施工场景的三维重构，支持管理人员通过浏览器实时查看施工进展。开发智能分析模块时，建立施工进度与质量参数的关联映射模型，当监测到进度超前或滞后时，自动推演对结构受力的影响，触发相应预警。平台架构设计遵循微服务原则，各功能模块独立部署又协同工作，确保系统扩展性与稳定性。在跨海大桥工程中，该平台通过虚拟预演不同合龙方案，直观呈现各方案对结构线形的影响，辅助决策层选择最优施工路径，实现毫米级精度控制，显著提升施工协同效率与质量管控水平。

3 质量管控策略优化路径

3.1 分级预警机制与动态纠偏决策模型

建立三级预警体系：黄色预警（偏差阈值 30% ）、橙色预警（60%）、红色预警（ 90% ）。开发模糊综合评价模型，综合考虑偏差幅度、发展趋势、修复成本等因素，生成最优纠偏方案。在泰州大桥施工中，动态纠偏策略使合龙精度控制在5mm 以内，较传统方法提升 60% 。例如，当监测到悬臂端偏差达 8mm 时，系统自动触发橙色预警，并推荐调整预应力张拉顺序，成功将偏差控制在允许范围内。

3.2 工艺参数自适应优化与反馈控制技术

研发基于遗传算法的预应力优化算法，以结构应力均匀性为目标函数，自动调整张拉顺序与应力值。在悬臂施工中，开发挂篮变形预测-补偿控制系统，通过实时监测数据修正立模标高。实践表明，参数自适应优化可使主梁线形偏差降低 45% 。例如，通过遗传算法优化预应力张拉方案，将主梁应力不均匀系数从 1.3 降至 1.1，显著提升了结构安全性。

3.3 全生命周期质量追溯与数字档案管理

构建施工质量区块链数据库，将材料检验、工艺参数、监测数据等关键信息上链存证。开发质量追溯二维码系统，扫描构件即可查看施工全过程数据。建立数字档案智能检索系统，通过关键词、时间、工序等多维度快速定位质量信息。该系统在沪苏通大桥应用后，质量纠纷处理效率提升70% 。例如，通过区块链技术确保数据不可篡改，为质量责任认定提供了可靠依据。

4 结语

大跨径桥梁施工质量管控正从经验驱动向数据驱动转型，本文提出的动态监控体系通过多技术融合实现质量偏差的前置干预。数字孪生技术的应用使施工过程透明化、决策智能化，分级预警与自适应优化策略显著提升管控精度。未来需进一步研究极端环境下的监控技术可靠性，深化智能算法与工程场景的适配性，推动桥梁建设向更高质量、更可持续方向发展。随着物联网、人工智能技术的迭代升级，施工质量管控将迈向实时化、精准化、智能化新阶段，为交通强国建设提供坚实技术支撑。

参考文献：

[1]万峰.大跨径钢桁架桥梁施工监控及荷载试验研究[J].交通世界，2021，（12）：150-152.

[2]朱文华，高墩大跨径连续刚构桥梁施工监控关键技术.云南省，中国水利水电第十四工程局有限公司，2022-07-18.

[3]何静.桥梁施工中大跨径连续桥梁施工技术探讨[J].工程与建设，2023，37（01）：254-257.