近20年来，我国在桥梁建设技术上取得了巨大成就，建成了许多具有影响力的桥梁工程，随着国家“一带一路”战略的实施和港珠澳大桥的建成通车，国内钢桥制造水平也有了很大的提高。但面对新的环保形势和新的业态，有必要对钢桥制造技术的发展进行梳理，展望发展前景。
钢桥制造技术取得重大进展
钢桥部件及板块单元制造基本实现机械化、自动化，对疲劳问题突出、有特殊要求的钢箱梁顶板单元，其U肋已实行双面焊工艺，甚至无需定位焊，“组焊一体”技术也得到成功应用。
图1 钢板的自动标记和编号
图2 钢板自动除锈
图3 面板单元的自动化组装
钢箱梁焊接及预拼装实现工厂化制造
南方多雨地区大型钢桥基本已实现工厂化制造、预拼装（见图4），有利于保证其质量和耐久性，避免雨雪等天气对工期的影响。
图4 分体式钢箱梁工厂预拼装
钢桁梁吊装节段几何精度
质量控制技术已成熟
对于具有水运条件的钢桁梁桥，节段整体吊装可大大减少桥位工作量，对缩短桥位架设工期、提高质量有很大好处。图5～图7为螺栓焊接钢桁梁节段制作及架设工艺流程。
图 5：桁架生产和预组装
图6 分段焊接及预拼装
图7 节段桥梁吊装
成功承建多个复杂桥梁钢塔项目
桥梁钢塔要求精度高特殊钢结构制造公司，制造难度大，代表了一个国家钢桥加工制造水平。自2005年成功建造“中国第一桥钢塔、世界第一曲塔——南京三桥钢塔”以来，又相继承建了泰州长江大桥、马鞍山大桥、大榭二桥、南京眼、港珠澳大桥九洲通道桥、新首钢大桥钢塔，攻克了“金属接触+高螺栓”组合承重钢塔、全焊接钢塔制造过程中的多项技术难题。
图8“南京之眼”钢塔
焊接机器人等设备已应用于钢桥整体建设
在钢箱梁、组合钢主梁、钢塔节段等制造过程中，研制了轨道式焊接机器人和无盲点焊接小车，实现了部分焊缝的自动化焊接。
图9 履带式机器人
图10 无盲区焊接小车
未来发展
钢桥制造行业是一个又硬又脏又累的行业，从业人员数量不断增加，同时国家对于环保的要求也越来越严格，对行业的发展产生了一定的影响，促使行业进一步转型升级。
智能制造必然取代传统制造
随着工业互联网、人工智能、信息技术、BIM技术的不断发展，钢桥智能制造必将取代传统制造模式，这也是未来解决高技能技工短缺、实现产业升级的必由之路。
目前，许多钢桥建设项目都引入了BIM应用，但要实现钢桥建设真正的BIM应用，从设计阶段到运维阶段，各个环节都要使用BIM模型，在各自的BIM应用平台上对建设过程和全生命周期进行管理。但目前桥梁建设中的BIM应用大多没有统一的管理体系，在设计和制造方面，不仅各自为政，而且大多还处于模数转换阶段，即先有二维图，二维图指导建立三维模型特殊钢结构制造公司，再由三维模型指导生产安装。这种逆向设计无法发挥出BIM模型的潜在价值。未来，钢桥将走向正向设计的理念。通过不断完善BIM技术和相关应用标准，在设计初期阶段就应用信息化平台，让业主、设计方、制造商、施工、运维等参与设计，使得设计BIM模型能够满足钢桥全生命周期的各个环节，让BIM模型在空间和时间上得到连续应用，提高钢桥制造和施工的效率，进一步挖掘BIM模型的价值。
钢桥智能制造就是应用BIM技术、信息技术、人工智能、工业互联网等技术，开辟钢桥制造及装备智能化发展道路，建立BIM管理平台及相关管理系统，开发智能制造系统、建设智能生产线等，逐步实现向智能制造迈进。
图11 钢桥制造智能车间
图12 钢箱梁机器人喷漆
智能制造是实现中国制造2025的重要目标，相信通过大家的努力，钢桥智能制造一定能谱写出钢桥领域的新篇章。
环境保护、绿色制造
将成为钢桥制造业的一个重要课题
国家对环境保护的要求越来越高，实现环保、绿色制造，需要钢桥设计制造企业共同努力，应对新的挑战，确保行业健康可持续发展。
1、免漆耐候钢桥梁施工
在气候适宜的地区大力推广建设免涂装耐候钢桥梁是一个很好的发展方向，既符合环保要求，又具有全寿命周期成本低的优势，自20世纪60年代以来，美国、欧洲等国家已建成数以万计的免涂装耐候钢桥梁（图13、14为国外已建成并运行多年的免涂装耐候钢桥梁）。近年来，我国也建设了拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥、官厅水库公路大桥等免涂装耐候钢桥梁。在涂装耐候钢桥梁方面积累了一定的经验，为进一步推广创造了条件。
图13：免漆耐候钢桥梁案例1
图14 无涂层耐候钢桥梁案例2
2.环保涂装方案的选择
合理的涂层体系是保证钢梁制造环保的重要因素，如常规长效涂层体系完全可以满足钢梁的防腐要求，无机富锌防锈防滑涂层也完全可以满足螺栓连接高表面摩擦系数的要求。最好不要采用热喷涂铝（锌），因为对环保影响很大。
图15 拼接板上电弧喷涂铝
图16 钢箱梁电弧喷铝
另外水性涂料的研究与应用也是改善环境条件的重要举措，目前已在部分桥梁上得到应用。当然目前的水性涂料在耐候性、环境适应性等方面还有进一步提升的空间。应从研发的角度加以解决和改进。
3.环保设备研发及配置
对于钢桥涂装作业，大部分省份都要求在有VOC处理的工厂进行，对于火焰切割和焊接作业，也需要有集尘装置（见图17、18），但目前的设备效果不佳，需要开发更加实用、可靠、环保的钢桥制造设备。
图 17 切割烟尘回收
图 18 焊接烟雾局部吸收系统
高性能桥梁钢研发及应用研究不容忽视
近20年来，我国已形成完整的桥梁用钢体系，包括耐大气腐蚀桥梁用钢，从Q345到Q500，从C到F，均已在工程中成功应用。烟大跨海通道的规划要求发展高性能桥梁用钢，不仅有利于提高桥梁跨越能力，减少钢材用量和基础费用，还有利于降低成本。目前Q690qE钢已开发成功，但尚未在实际工程中大规模应用，其焊接性和质量稳定性有待进一步研究和改进，以满足大规模生产的需要。
钢梁制造过程自动化水平有待进一步提高
随着钢桥制造行业的转型升级和智能制造技术的研究应用，钢桥制造自动化装备需要进一步发展，特别是在钢箱梁节段、钢塔节段、组合梁节段、钢桁梁构件的装配、焊接、除锈、涂装等工序应尽量实现自动化或机械化操作，以替代人工操作。钢梁节段或杆件机械化、自动化的最大障碍是设计不规范，导致节段或杆件种类繁多，难以标准化、批量化生产。
现在应根据不同钢桥节段或杆件的结构特点，研制适应性强、能焊接相应节段或杆件的设备，提高钢桥制造的机械化、自动化水平。目前已研制出箱梁节段外表面自动化除锈及喷漆系统，但系统的稳定性仍需不断提高。
控制工程造价和实现合理设计非常重要
随着交通运输部《关于推进公路钢桥建设的指导意见》的发布，国内掀起了公路钢桥建设的高潮，除了原有的大跨度、特殊桥梁采用钢结构外，目前的市政桥梁、非公路桥梁也不少采用钢结构。但目前最大的问题就是建设成本，成本过高是大力推广钢结构桥梁的主要障碍。
对钢桥造价影响最大的就是设计的合理性，由于近年来桥梁工程数量众多，经验丰富的钢桥设计师严重缺乏，导致很多工程设计不合理，增加了造价，这主要表现在以下几个方面——
1、焊接过度问题。焊接结构不是铸造结构，一味地增加熔深焊缝弊大于利，合理的焊接结构应根据需要合理布置焊缝、设置焊缝角度大小，尽量减少焊接过程中产生的热损伤，低损伤焊接接头是结构耐久性的根本保证。但现在很多钢桥的熔深焊缝很多，从桥梁受力角度看是不必要的，而焊接过度造成焊接变形大，对结构性能没有任何好处（例如热矫直对结构的耐久性没有任何好处）。
2、钢材选用等问题。最近考察了一座90年代修建的单线铁路钢桁梁桥，采用16Mnq钢材，每延米用钢量不足3吨，与目前同类型桥梁设计相比，确实很经济。合理选材是降低成本的有效途径之一。选材时应严格按照桥址的环境、气候条件和选材原则，不能盲目提出高要求。例如：能用D级的绝不用E级；对于钢材的交货状态，应根据不同交货状态的焊接性来确定，这样既合格，又适用；如果提高钢材等级，则应相应降低重量，安全系数过高又会导致成本增加。
3、涂层体系问题。比如如前所述，常规的长效涂层体系完全可以满足耐腐蚀、耐久性的要求，不建议采用热喷锌（铝）等相应的配套体系，否则不环保，且成本较高；在适合的地区建设免涂装耐候钢桥梁，有利于环境保护，并有助于降低全寿命周期的成本。
4、标准化制造问题。目前桥梁标准化设计还不够，即使地形地质条件、跨度设置等类似，所设计的桥梁也各有不同，因此很难像汽车、飞机一样实现标准化制造，只能对一些桥梁的单元构件实现标准化制造。因此，提高设计的标准化水平也是提高制造效率、降低制造成本的关键因素之一。
面对我国桥梁建设取得的成绩和当前环保压力大、技术工人短缺的现状，做好钢桥制造产业的技术研发和转型升级尤为重要，智能制造是发展方向，经济合理的设计是保证成本最低的关键，精益求精、绿色环保的关键也应引起高度重视。
本文发表于《桥梁杂志》
2020年第2期，总第94期
作者：李俊平、车平、刘志国
作者单位/中铁宝桥集团有限公司
编辑/陈晨
美术编辑/赵文
