T-CSPSTC 100-2022 混凝土智能振捣施工技术规程

ICS91.080.40CCSP25团体标准T/CSPSTC100—2022混凝土智能振捣施工技术规程Technicalcodeofpracticeforintelligentconcretevibrationonconstructionsitu2022-09-26发布2022-12-01实施中国科技产业化促进会IT/CSPSTC100—2022前言 Ⅲ引言 Ⅳ1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14基本规定 25智能振捣设备 35.1性能参数 35.2校准与使用 45.3运维与监控 46振捣密实性评价模型 46.1通则 46.2振捣作业参数 46.3混凝土拌和物性态参数 66.4振捣边界条件参数 66.5振捣密实性评价 67振捣质量智能馈控系统 77.1通则 77.2振捣区信息模型 77.3振捣评价功能模块 77.4图形可视化系统 87.5馈控功能模块 88智能振捣工艺 88.1准备工作 88.2工艺流程 99振捣质量检验 9附录A(资料性)单位质量混凝土吸能率计算方法 10参考文献 11ⅢT/CSPSTC100—2022本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由河海大学、中国水利水电第七工程局有限公司提出。本文件由中国科技产业化促进会归口。本文件起草单位:河海大学、中国水利水电第七工程局有限公司、中建八局第四建设有限公司、中铁十二局集团有限公司、青岛博海建设集团有限公司、广东省水利水电第三工程局有限公司、中国铁道科学研究院集团有限公司、水利部水利水电规划设计总院、中国建筑第二工程局有限公司、江苏省水利科学研究院、中国核工业二四建设有限公司、中国核工业华兴建设有限公司、江苏淮阴水利建设有限公司、南通市达欣工程股份有限公司、山东水利建设集团有限公司、中国安能集团第一工程局有限公司、江苏通州四建集团有限公司、中交第二航务工程局有限公司、廊坊市水利局水利基建工程建设管理中心、中铁四局集团第二工程有限公司、中国铁建大桥工程局集团有限公司、中铁建设集团有限公司、国网江苏省电力工程咨询有限公司、中国电子工程设计院有限公司、南京康斯智信工程科技有限公司、北京新桥技术发展有限公司、标准联合咨询中心股份公司。ⅣT/CSPSTC100—2022引言现场工况条件复杂性导致混凝土普通施工工艺客观量化困难。振捣混凝土依靠人工或机械操控,效果取决于作业人员的经验判断。由于振捣内部密实性的效果具有过程不显现和结果不可逆的特点,一旦浇捣时出现漏振、欠振以及过振等工艺性缺陷,会给施工质量带来严重后果。由于工艺缺陷而进行返工修补浪费大量人力物力资源,且延误工期。针对这类施工质量通病,采用较成熟、先进的混凝土智能振捣施工控制技术显得尤为必要。本文件旨在明确智能振捣装备与振捣过程智能控制手段,指导混凝土智能化振捣的规范化应用,把常见随机性强和量化困难的混凝土振捣管控问题,转化为可定量数字化或图形化在线式智能监控,推进混凝土智能振捣施工的深入实施。依据国内外已有相对成熟技术,并总结了多年来混凝土智能化振捣工艺工程实践应用,为促使智慧工地与混凝土数字化施工管控技术的进一步推广应用,实现智能化混凝土振捣工艺与技术有效落地,制定本文件。1T/CSPSTC100—2022混凝土智能振捣施工技术规程1范围本文件给出了混凝土智能振捣施工的基本规定,规定了智能振捣设备、振捣密实性评价模型、振捣质量智能馈控系统、智能振捣工艺、振捣质量检验的要求。本文件适用于混凝土智能振捣施工。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T22239信息安全技术网络安全等级保护基本要求GB50496大体积混凝土施工标准GB50666混凝土结构工程施工规范GB/T51269建筑信息模型分类和编码标准3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。智能振捣设备intelligentvibratingequipment安装了定位数据分析及警示系统等智能传感装置,能够自动采集和传输振捣作业参数的振捣设备。注:一般基于单根振捣棒、机械式排阵或组振等振捣棒组、平板振动器、附着式振动器等现有振捣设备等进行智能改造。3.2振捣作业参数vibratingoperationparameters振捣施工过程中由施工人员操作控制的影响振捣设备施工效果的系列指标。3.3混凝土拌和物性态参数performanceparametersofconcretemixture浇筑时与混凝土拌和物工作性状与可振捣性相关的系列指标。3.4振捣边界条件参数conditionparametersofvibrationboundary振捣评价分析的浇筑混凝土几何尺寸、模板形式、预埋件及钢筋分布疏密复杂程度的系列指标。3.5振捣有效影响范围effectiveareaofvibrating振捣混凝土时,振动能量影响周边混凝土的区域。3.6振捣密实性评价模型vibrationcompactnessevaluationmodel基于影像或定量化参数与准则判断的混凝土振捣后密实性评价方法模型。2T/CSPSTC100—20223.7振捣工艺孪生vibrationprocesstwinning将振捣作业参数、混凝土拌和物性态参数、振捣边界条件参数等输入振捣密实性评价模型中,对振捣工艺与密实效果的实时仿真行为,在虚拟空间中完成映射,反映实体振捣过程效果。3.8智能振捣工艺intelligentvibratingprocess采用接触或非接触方式采集振捣作业参数、混凝土拌和物性态参数、振捣边界条件参数等,经振捣密实性评价模型处理并实时传输给振捣质量智能馈控系统,实现远程/现场同步对混凝土振捣过程实施量化分析判断及效果虚拟显示的振捣作业工艺。3.9振捣质量智能馈控系统vibrationqualityintelligentfeedbackcontrolsystem具备数字或图形等可视化方式展示混凝土振捣密实质量与分布等信息特点,并将缺陷部位实时反馈至现场管理人员或操作人员,进行振捣工艺过程质量管控的功能系统。注:一般基于振捣质量智能馈控系统给出的缺陷部位,前往该区域进行处理。振捣区信息模型vibratedinformationmodel用数字化方法在拟振捣区域建立的虚拟混凝土浇筑体三维模型。注:该模型提供与实际工况完整一致的详实结构物体几何、材料等属性信息库,服务于振捣质量分析评价等信息化需求。振捣质量数字化信息档案digitalinformationarchivesofvibrationquality用数字化方法存储和展示的混凝土振捣区域完工后效果模型,以及采用图形化方法表现的振捣质量统计与分析文档资料。智慧工地管理系统smartsitemanagementsystem运用信息化手段,通过三维设计平台对工程项目进行精确设计和施工模拟,围绕施工过程管理,建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化系统。4基本规定4.1混凝土智能振捣技术应集智能振捣设备、振捣密实性评价模型、振捣质量智能馈控系统等于一体,采用振捣工艺孪生技术在远程终端实时、精细及可视化监控混凝土振捣工艺。4.2混凝土智能振捣技术应用应在项目实施前提出专项工艺要求,并应纳入施工实施方案。4.3混凝土智能振捣工艺应根据混凝土结构特点、场景条件和应用实际需求,制定作业计划书;作业计划书应明确振捣工艺负责人、组织管理、设备配置、工艺内容、使用流程与方法等。4.4混凝土智能振捣实施应由经过专业培训的工地管控人员和操作使用人员负责。4.5混凝土智能振捣作业区域应有良好网络条件,可满足稳定通信要求。4.6振捣质量智能馈控系统的功能模块宜接入智慧工地管理系统。4.7混凝土智能振捣施工完成后,应提供下列过程质量管控资料:a)振捣实施报告;b)振捣整体以及单元体质量密实性分层与集成可视化效果、密实性量化统计与质量分级表述;c)缺陷过程记录与处理效果分析统计;d)整体质量评价结论;3T/CSPSTC100—2022e)存储于振捣质量智能馈控系统的最终振捣质量数字化信息档案。4.8振捣质量数字化信息档案应长期保存,并随工程验收移交相关管理部门。5智能振捣设备5.1性能参数5.1.1智能振捣设备应具备良好机械及动力性能,可定制生产加工,也可在普通振捣设备上加装感知传输振捣动作几何位置与动力参数的设施装置;设施装置应具备使用方便性、耐久性与稳定可靠性。智能振捣设备性能参数,除满足现有产品的几何及动力性能要求外,其智能化性能参数宜符合表1的指标要求。表1智能振捣设备智能化性能要求项次参数要求1振动棒(组)空/实载时激振力与加速度采样频率≥2Hz2振动棒(组)振频采样频率≥400Hz3插拔状态判定采样准确率≥97%4参数通信速率≥50kbit/s5参数通信延迟≤300ms6数据丢包率≤0.5%7通信中断容忍8.0s8振捣动作轨迹定位方式GNSS、RTK/UWB/SLAM或联合运用9定位精度(CEP)士5cm10设备连续工作无线通信续航能力人工,≥12h机械,≥24h11主要结构防水等级人工IP54机械IP6512平均无故障工作时间(MTBF)人工,≥600h机械,≥1000h振捣动作轨迹定位利用GNSS(全球导航卫星系统)、RTK(实时动态载波相位差分技术)、UWB(超宽带)、SLAM(即时定位与地图构建)等或联合运用,可具备针对不同现场条件下跟踪定位精度需求和稳定高效网络通信功能,适应复杂现场作业环境。5.1.2智能振捣设备应具有稳定可靠的无线信号传输功能,应实现数据实时采集与通信,满足信息采集、传输及存储安全性要求。5.1.3智能振捣设备作业工艺参数应包括振捣棒运动几何参数、振捣状态动力参数等;运动几何参数包括振捣棒头(棒体)进入混凝土内部的空间三维坐标、运动轨迹,振动状态动力参数包括振捣混凝土插拔延续时间、振捣棒(组)激振力、振动加速度、振动影响范围等。注:考虑市场振捣设备产品性能参数多样性和工程实际应用特点的复杂多变性,按不同实际施工方案需求,归纳提出了统一的能满足智能化建模和分析评价所需的振动器基本动力性能和几何物理参数指标。5.1.4智能振捣设备其他工作性能应符合常规振捣设备的规定。4T/CSPSTC100—20225.2校准与使用5.2.1现场所选用智能振捣设备,应由专人对智能振捣设备性能参数进行校准和检验,应符合表1的要求,并填写记录。5.2.2应根据工艺方案配备智能振捣设备,设备类型、型号、规格及数量应满足现场智能化振捣馈控要求。5.2.3智能振捣设备使用应按设备说明文件或培训要求正确操作,不应擅自拆装、随意更换、遮盖与毁损感知及信号采集通信设备。5.2.4设备硬件组件宜按作业要求成套使用,并相对固定匹配,不宜随意混用。5.3运维与监控5.3.1智能振捣设备应具备在线监测运行状态功能,包括每套设备及采集通信的工作状态识别与异常工况提醒,可通过(远端)振捣工艺孪生平台及现场作业端APP对智能振捣设备进行监控,便于现场快速处置。5.3.2雨雪等恶劣天气,应停止使用智能振捣设备系统。5.3.3智能振捣设备作业过程中,专业管控人员或施工作业人员应及时发现并排除故障或更新设备部件。5.3.4每次振捣作业完成后,智能振捣设备操控人员应按使用要求,及时保养设备及部件,并及时复查设备功能。6振捣密实性评价模型6.1通则6.1.1应通过建立振捣密实性评价模型进行振捣密实性评价,振捣密实性评价模型应具备振捣工艺孪生和振捣效果智能评价功能。6.1.2振捣密实性评价模型应包括智能振捣作业参数、智能振捣设备性能参数、混凝土拌和物性态参数、边界条件参数以及密实性评价准则等。6.1.3振捣密实性评价模型应进行现场工艺参数率定与验证,并修正模型参数与评价准则。6.1.4振捣密实性评价模型中的振捣有效影响范围,应根据设备类型、型号与规格以及工艺进行现场率定,按受振混凝土振动频率与振捣棒振动主频相同原则确定。6.1.5振捣密实性评价宜采用实际受振混凝土能量吸收与评价模型中密实效果能量阈值的对应关系确定。注:实际受振混凝土能量吸收指的是改变密实度性状的一定范围内单位质量拌和物所吸收累计振动能量,单位为焦每千克(J/kg)。6.2振捣作业参数6.2.1智能振捣作业应能跟踪现场振捣动作动态轨迹,智能振捣设备应能自动识别有效振动与插拔工作状态,准确记录和传输每次振捣动作的有效振捣时间。6.2.2单棒人工插入式振捣工艺,振捣作业参数应包括振捣棒棒头三维空间坐标值、有效振捣时长、振捣棒倾角、振捣方位角、振捣棒插入深度、振捣棒振动加速度、振捣棒振动主频频率及振捣影响半径,参数采集及允许误差范围应符合表2的要求。5T/CSPSTC100—2022表2单棒人工插入式振捣作业参数采集及允许误差范围振捣作业参数允许误差范围|δ|振捣棒棒头三维空间坐标值≤10.0cm有效振捣时长≤2.0S振捣棒倾角≤5振捣方位角≤10振捣棒插入深度≤3.0cm振捣棒振动加速度≤0.5g振捣棒振动主频频率≤2.0Hz振捣影响半径≤1.0D注:g为重力加速度;D为棒径,单位为厘米(cm)。6.2.3机械式排阵或组振等振捣棒组振捣工艺,振捣作业参数应包括棒组及各棒头三维空间坐标值、有效振捣时长、棒组倾角、棒组方位角、棒组插入深度、振捣棒振动加速度、振捣棒振动主频及振捣棒影响半径,参数采集及允许误差范围应符合表3的要求。表3机械式排阵或组振等振捣棒组振捣作业参数采集及允许误差范围振捣作业参数允许误差范围|δ|棒组及各棒头三维空间坐标值≤5.0cm有效振捣时长≤0.5S棒组倾角≤3棒组方位角≤3棒组插入深度≤3.0cm振捣棒振动加速度≤0.5g振捣棒振动主频≤1.0Hz振捣棒影响半径≤1.0E注:g为重力加速度;E为单棒径,单位为厘米(cm)。6.2.4平板式振动器振捣工艺,振捣作业参数应包括振动运动轨迹、行走速度、振动沉入深度、振动加速度、振动主频及连续振动时间,参数采集及允许误差范围应符合表4的要求。表4平板式振动器振捣作业参数采集及允许误差范围振动作业参数允许误差范围|δ|振动运动轨迹≤2.0cm行走速度≤0.05m/S振动沉入深度≤0.5cm振动加速度≤0.2g振动主频≤1.0Hz连续振动时间≤1.0S注:g为重力加速度。6T/CSPSTC100—20226.2.5附着式振动器振捣工艺,振捣作业参数应包括振动器固定位置、有效激振力、振动加速度、振动主频及单次连续振动时间。参数采集及允许误差范围应符合表5的要求。表5附着式振动器振捣作业参数采集及允许误差范围振动作业参数允许误差范围|δ|振动器固定位置≤2.0cm有效激振力≤5.0N振动加速度≤0.2g振动主频≤1.0Hz单次连续振动时间≤1.0s注:g为重力加速度。6.3混凝土拌和物性态参数6.3.1混凝土拌和物性态参数应包括混凝土配合比、出机口坍落度、出料口坍落度、坍损值、拌和物延展度、拌和物粘聚性和泌水性能。注:考虑到现场需要振捣的流态混凝土密实性受混凝土制备、运输和浇捣等多环节关联影响,混凝土拌和物性态参数除了坍落度,还增加了其他工艺阶段拌和物工作性参数。6.3.2拌和物浇入模板内,宜按拌和物流变性态动态调整混凝土拌和物性态参数。6.4振捣边界条件参数6.4.1对于小断面梁、墙等小型构件,振捣半径和振捣时间应通过实际验证率定。6.4.2振捣几何体内预埋件或钢筋分布较密时,宜区分为无筋、少筋、正常及多筋等工况,确定适宜的拟振捣区域振捣边界条件参数。6.5振捣密实性评价6.5.1振捣密实性评价时,应按浇筑方案将振捣实体区块划分为满足分析精度需求的若干细小单元。6.5.2振捣密实性评价模型建立应按下列步骤执行:a)根据附录A给出的单位质量混凝土吸能率计算方法,采用逐单元能量累加法获取混凝土受振单元振捣能量累加值;b)通过混凝土受振单元振捣能量累加值对应的混凝土实体无损检测或钻芯取样评判,给定振捣密实的累计能量阈值范围;c)建立振捣密实性评价模型。注1:逐单元能量累加法是振捣BIM(建筑信息模型)中单元体吸收能量值为该单元在每次振捣过程中吸收能量累加值的计算方法。注2:采用试样取芯验证,评判取芯样的宏观力学性能、细观孔隙率、渗透耐久性等。6.5.3振捣密实性评价结果可分为欠振、密实、过振、漏振。6.5.4混凝土受振单元振捣能量累加值小于振捣密实的累计能量阈值下限的区域,应判定为欠振;混凝土受振单元振捣能量累加值在振捣密实的累计能量阈值范围内的区域,应判定为密实;混凝土受振单元振捣能量累加值大于振捣密实的累计能量阈值上限的区域,应判定为过振;混凝土受振单元振捣能量累加值为零的区域,应判定为漏振。7T/CSPSTC100—20227振捣质量智能馈控系统7.1通则7.1.1振捣质量智能馈控系统应包括振捣数据采集、振捣区信息模型、振捣工艺孪生、振捣评价、图形可视化系统、振捣质量数字化信息档案及馈控等功能模块;其中振捣工艺孪生作为核心功能模块,应满足实体模型与映射模型的几何参数、工艺过程参数的一致性,保证振捣区信息模型及振捣评价功能模块的实时与准确性,确保计算仿真结果展示功能的及时可靠性。7.1.2振捣质量智能馈控系统应分级设置不同层级子系统,宜根据项目需求分别建立面向相关方的图形可视化系统及馈控等功能模块。注:相关方包括建设方、设计方、施工方、咨询方、监理方、项目部和现场人员等。7.1.3振捣质量智能馈控系统应建立信息安全保证体系与多层访问权限制度,并应符合GB/T22239的规定。7.1.4振捣质量智能馈控系统应架构合理、功能完备,数据采集、系统通信、参数指标、模型评价之间应协调一致,并具备通用性。7.1.5振捣数据采集模块包括硬件采集和通信功能,工艺动作采集模组、系统通信、参数指标应选用标准化产品硬件与通信接口协议,系统应体现良好交互性,具有互联网采集终端、人工输入等便捷信息处理方式,并具备良好兼容性、灵活性和可扩展性。7.1.6振捣质量智能馈控系统应具有不同定制化需求的调整功能。7.2振捣区信息模型7.2.1施工前应根据施工组织和浇筑进度,建立混凝土浇筑段体的振捣区信息模型。振捣区信息模型并不等于施工BIM,要根据实际现场振捣计划和混凝土浇筑计划安排,进行分段振捣区信息模型建模,以减少振捣区信息模型系统运行的资源消耗。还可考虑组合各振捣区信息模型,形成轻量化整体振捣效果模型。7.2.2振捣区信息模型构建,宜优先采用设计交付BIM或采用施工方自建BIM;设计或施工BIM缺失时,以实际施工图单独创建振捣区信息模型。7.2.3振捣区信息模型的建立应选择支持公开数据交换格式的BIM应用软件,模型应具备下列基本功能:a)模型参数快捷输入;b)模型处理与浏览;c)可输出常规模型交互文件。7.2.4振捣区信息模型应根据振捣作业工况和现场使用要求,设定不同等级处理分析精度。7.2.5振捣区信息模型与实体结构尺寸形状应准确一致,模型应统一度量单位,宜采用相同坐标系与参照系。模型与实体坐标系不一致时,应进行模型与实体坐标系转换,且坐标系转换误差不宜超过3cm。7.2.6振捣区信息模型建模时,应检查模型正确性和完整性。振捣区信息模型元素应采用统一分类、编码和命名规则,模型元素信息命名方式和格式应统一,应按照GB/T51269执行。7.3振捣评价功能模块7.3.1振捣评价功能模块应基于振捣区信息模型实现。7.3.2振捣评价功能模块应具有数据清洗和优化处理功能。7.3.3振捣评价功能模块应兼顾资源和效率,采取合适分析程序,计算分析基于逐单元累计能量的整8T/CSPSTC100—2022体混凝土振捣密实性效果。7.3.4振捣评价功能模块应满足项目对信息处理功能的要求,根据GB/T22239的规定,可分别在局域网或云平台进行相关智能评价分析。7.3.5振捣评价功能模块应具备在线分析统计功能,具备实时性远程-现场评价效果同步的功能。7.4图形可视化系统7.4.1图形可视化系统宜采用云图模式表征振捣密实效果差异性。网格单元可视化精度不宜大于50mm。注:50mm是指单元体网格的边长,边长越大,精度越低。7.4.2图形可视化系统应具有振捣质量实时动态更新及整体、分段与分层分析统计信息的功能。7.5馈控功能模块7.5.1馈控功能模块实现方法可参照图1确定。图1馈控功能模块实现方法7.5.2馈控功能模块应提供振捣缺陷预警规则和预警方法,应根据振捣区信息模型实时显示的浇筑进展和振捣工艺孪生密实性结果,实时生成振捣密实缺陷部位预警信息。7.5.3馈控功能模块可通过(远端)振捣工艺孪生平台及现场作业端APP同步可视化展现振捣密实性效果,并可根据振捣过程预警信息实时指导作业人员处理缺陷部位。7.5.4馈控功能模块显示的已处理完的振捣过程质量缺陷部位信息,应包括密实性缺陷几何位置、缺陷类别、缺陷程度等直观图形可视化信息,并可实时展现相应的缺陷统计数据信息。7.5.5馈控功能模块应具有现场缺陷部位定位与引导功能,供施工管理人员或作业人员据此及时处理欠振、过振、漏振等不合格混凝土振捣区域。7.5.6馈控功能模块还应具备以下功能:a)应具备面向项目上一级管理部门提供本功能模块的通信接口功能;b)应采用B/S或B/S十C/S架构,兼容主流浏览器;c)应具备实时提供振捣过程质量缺陷部位报警信息并自动推送给管理人员或操作人员的功能;d)应具备展现现场振捣质量效果的实时更新功能。7.5.7馈控功能模块宜对接智慧工地管理系统,工地现场可设置大屏馈控中心,动态直观呈现振捣工艺过程质量管控信息。8智能振捣工艺8.1准备工作8.1.1智能振捣施工前,施工单位应提供智能振捣工艺实施方案。智能振捣工艺实施方案应包括智能振捣设备选择、振捣密实性评价模型、振捣区信息模型、人员组织管理、操作培训、技术管理及现场操作9T/CSPSTC100—2022流程、关键工序作业要求、故障处置与应急预案等。8.1.2振捣密实性评价模型参数试验率定,应根据实际现场振捣作业工况确定。8.1.3智能振捣作业前应检查智能振捣设备功能完整性、通信可靠稳定性,并检测和调试振捣质量智能馈控系统,确保运行正常。8.1.4智能振捣设备开始作业前,应进行试运行。8.2工艺流程8.2.1智能振捣工艺流程应符合GB50496、GB50666的规定。8.2.2智能振捣(远端)振捣工艺孪生平台应设有专人值守,现场作业应设有专人巡查或旁站监督,且相互之间能协调、配合,并设有故障处置与智能振捣设备保养环节。8.2.3智能振捣作业结束,应及时提供馈控资料。8.2.4智能振捣工艺流程可参照图2。图2智能振捣工艺流程9振捣质量检验9.1智能振捣作业整体质