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梁鸿林
广西路桥工程集团有限公司
【摘 要】随着国家基础交通设施建设的迅猛发展，而桥梁建设作为组成基础交通设施建设的重要内容，其工程质量直接作用于国家国计民生。由此可见，研究桥梁工程的现实意义极为重大。故而，本文将斜拉桥施工过程预测控制视作研究对象，通过控制角度探究其预测控制手段，以保证斜拉桥施工正常有序的开展。
【关键词】斜拉桥；施工工程；预测控制
工程建设管理最重要的内容即控制工程质量。近年来，斜拉桥以其独特优越的艺术造型和结构性能，逐渐普及到基础交通设施建设中，特别是最近几十年斜拉桥发展迅猛。目前，已存在高达890米跨径的斜拉桥，且还有向更大跨度发展的趋势，因此，对预测控制斜拉桥施工过程的探析将具有巨大现实意义。
一、斜拉桥的相关简述
（一）简述斜拉桥的结构
斜拉桥以组合结构为主要特征，它包括最基本的三种结构即梁、索、塔。从承重角度来看，这三种结构均为具有该作用，其主要靠斜缆索进行组合。针对梁的不同支承方式，包括如梁墩联结或梁塔联结的方式，其组成的母体结构各不相同，具体来说有单悬臂梁、连续钢架及梁等[1]。但无论任何结构，都是在塔上通过斜缆索采取弹性支承形式将主梁吊挂起来。之所以采取弹性支承，是有利于主梁刚度增强，进而方能形成上述提出各种多点弹性支承结构。可以说，这种结构的斜拉桥具有梁轻、截面弯矩低和梁跨越力强的特点。不过，斜拉桥这种弹性支承桥梁的作用，基于斜缆索始终保持拉紧状态条件下。因此，桥梁要接受荷载之前必须预拉斜缆索。只有通过预拉斜缆索应力变化幅度才能有效减少，其刚度才能有效增强，进而促进结构受力状态得到改善。另外，主梁在斜缆索水平分力产生的轴向预试压力作用下，可实现其抗裂性增加，从而最大限度达到节省成本的目的。
（二）简述施工控制系统
从斜拉桥结构角度来看，它是一种高次超静定结构，施工设计间属于高度耦合关系，桥梁竣工后其结构恒栽内力和主梁线型直接取决于施工方法及安装顺序。斜拉桥结构荷载变形和体系内力随施工而变，同时成桥后的线型受力也受其影响。因此，必须详细的分析验算斜拉桥各施工阶段，计算出理论的施工控制参数，如结构内力、张拉吨位、塔柱位移等，严格制定各施工顺序，并加大施工过程中管理和控制调整的力度，尽可能保证斜拉桥施工期间的结构和成桥后主梁等各方面均符合设计要求，同时确保结构始终保持在最佳受力状态[2]。而要达到这个目的，离不开斜拉桥施工控制，总结起来也就包括这几方面：以既定施工方法为依据，精确计算出施工各阶段理论参数值，制定完善施工控制文件；针对收各种因素影响所致实际施工理论计算值不符实测值的情况，采取行之有效的方法做出合理调控；遵循规范化的施工工序，当某个施工工序完成后，立即给出第二阶段所需的各类预测值。
从上述分析来看，其施工控制主要是一个循环过程，即施工→测量→分析→修正→预报→施工。也就是说，施工检测、计算、误差因素分析及修正控制预报是构成完整施工控制系统的主要内容。
二、预测控制斜拉桥施工过程的方法
（一）卡尔曼滤波法
卡尔曼滤波法起源于六十年代初，主要以随机过程和概率论为理论基础，从本质上来说，该方法就是提取真实存在于受噪音污染信号中的信号，来达到估算系统真实状态的目的。而斜拉桥施工工程原本就是不平稳的随机过程。若是将斜拉桥施工视为一种系统，则其属于随机系统，即斜拉桥施工控制就是控制这个随机系统。这里需要指出将斜拉桥施工比作随机过程，主要在于施工状态变量及输入原本就是随机变量或过程[3]。例如，斜拉桥的悬臂浇筑，一般本身具极强随机性的索力与梁段的大小轻重、环境湿温度、施工误差及荷载等变量参数，是斜拉桥线形受力状态变量的直接决定因素。然而，往往在设计阶段很难全面考虑到这些变量随机性的影响，必须在施工阶段针对实际结构反应做出判断，这就决定着斜拉桥施工控制首先要解决该问题。虽然从系统控制角色来说，其属于随机控制系统，却绝非指的黑箱，否则将无法成功设计和修建斜拉桥。
简而言之，将斜拉桥施工控制视作随机系统控制，那么，应用卡尔曼滤波法对其进行控制，相对来说是具有一定适宜性的。但在采取这种方法时，首先要清楚其中的计算公式，以预测悬臂端标高来说，鉴于混凝土重量、收缩徐变等不确定因素的作用下，斜拉桥悬臂端标高在各个施工阶段都将受到噪音污染而发生变化，为此，必须建立卡尔曼滤波状态下悬臂端标高方程：x（k）= （k，k-1）x（k-1）+W（k-1）等进行计算。另外，还有预测砼浇筑过程中悬臂端产生的挠度时，也可建立计算方程：x'（k）= '（k，k-1）x'（k-1）+W'（k-1）等进行精确的计算[4]。同时，斜拉桥内力与几何线型明显受立模标高确定的影响，如果不能良好确定立模标高，将导致其主梁几何线型出现极为显著的折线型状，且严重影响其内力。特别是注意初始张拉力明确后，必须严格控制悬臂端标高各方面参数符合设计要求，而要达到这个目的，只能通过明确的立模标高来实现调控。
（二）模糊预测控制法
作为智能控制系统之一，模糊控制系统主要理论基础涉及这几方面，模糊数学及语言形式和逻辑的知识表示与规则推理，其主要依托于计算机控制技术，是一种先进的数字化控制系统。而模糊控制系统主要构成内容包括这几方面：第一，模糊化。主要起到将精确的输入量如外界参数或系统输出状态等转变为模糊量的作用，具体操作即通过对输入量的合理处理，以满足模糊控制系统的实际需求；然后进行已处理输入量的尺度转换，以达到相应论域范围；最后再通过模糊处理，将达到论域范围的输入量转换为模糊量。它的表示形式主要为与之对应的模糊集合[5]。第二，知识库。其主要涉及到控制实际应用领域只是要求的目标，包括两个组成部分即模糊控制规则库和数据库。前者是指用模糊语言表示变量的相应规则，是控制专家知识经验的具体反映；后者则指语言变量对应的隶属度函数、模糊空间分级数等。第三，模糊推理。作为模糊控制系统的核心内容，其可以模拟人在模糊概念基础上进行推理的能力，并以模糊逻辑的推理规则及蕴含关系为推理依据。第四，清晰化。主要起到将模糊推理所得控制量转变成满足实际控制清晰量需求的作用，它涉及到两个方面：一是，通过清晰化将模糊量转变为实际所需控制量；二是，通过尺度转变论域范围内的清晰表示量为实际控制需求量。
运用模糊控制系统进行斜拉桥施工过程的预测控制，以输入误差及其变化为主要依据，然后明确斜拉索和挂篮的初始张拉力与立模标高。虽然，模糊预测尚处于起步阶段，还是较为新颖的一种预测方式，但对于天气等方面具有较为精准的预见性。而且，基于该方法的斜缆索模糊初始张拉力确定控制模型建立，完全可实现对初始张拉力提前的调控，不过一旦初始张拉力明确后，必须立即对立模标高采取最优控制理论进行确定，尽可能保证主梁线型控制符合设计要求。
结束语：
综上所述，随着国家经济水平和国民生活水平的日渐提升，对于基础交通设施建设的要求不断提高，要确保交通建设的质量以及安全可靠性，就必须加强施工工程的预测控制，通过科学合理的预测控制方法，进一步增强施工的规范化、合法性，特别是针对桥梁施工而言，其更需要采取当前新型的预测控制方法，以保证施工质量和结构安全性，为国民人身财产安全提供强力的保障。
参考文献：
[1]刘培瑞.斜拉桥的施工控制方法的研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（9）：2065-2066.
[2]陈剑.试论斜拉桥的施工质量控制[J].投资与合作，2013，（2）：224-224.
[3]许素平，杨晓东.大跨度斜拉桥施工控制分析[J].建筑工程技术与设计，2015，（13）：911-911.
[4]周文政.斜拉桥施工监控实时监测体系[J].黑龙江交通科技，2015，（3）：136-136.
[5]王文双.斜拉桥施工技术解析[J].民营科技，2015，（9）：197-197.
广西路桥工程集团有限公司
【摘 要】随着国家基础交通设施建设的迅猛发展，而桥梁建设作为组成基础交通设施建设的重要内容，其工程质量直接作用于国家国计民生。由此可见，研究桥梁工程的现实意义极为重大。故而，本文将斜拉桥施工过程预测控制视作研究对象，通过控制角度探究其预测控制手段，以保证斜拉桥施工正常有序的开展。
【关键词】斜拉桥；施工工程；预测控制
工程建设管理最重要的内容即控制工程质量。近年来，斜拉桥以其独特优越的艺术造型和结构性能，逐渐普及到基础交通设施建设中，特别是最近几十年斜拉桥发展迅猛。目前，已存在高达890米跨径的斜拉桥，且还有向更大跨度发展的趋势，因此，对预测控制斜拉桥施工过程的探析将具有巨大现实意义。
一、斜拉桥的相关简述
（一）简述斜拉桥的结构
斜拉桥以组合结构为主要特征，它包括最基本的三种结构即梁、索、塔。从承重角度来看，这三种结构均为具有该作用，其主要靠斜缆索进行组合。针对梁的不同支承方式，包括如梁墩联结或梁塔联结的方式，其组成的母体结构各不相同，具体来说有单悬臂梁、连续钢架及梁等[1]。但无论任何结构，都是在塔上通过斜缆索采取弹性支承形式将主梁吊挂起来。之所以采取弹性支承，是有利于主梁刚度增强，进而方能形成上述提出各种多点弹性支承结构。可以说，这种结构的斜拉桥具有梁轻、截面弯矩低和梁跨越力强的特点。不过，斜拉桥这种弹性支承桥梁的作用，基于斜缆索始终保持拉紧状态条件下。因此，桥梁要接受荷载之前必须预拉斜缆索。只有通过预拉斜缆索应力变化幅度才能有效减少，其刚度才能有效增强，进而促进结构受力状态得到改善。另外，主梁在斜缆索水平分力产生的轴向预试压力作用下，可实现其抗裂性增加，从而最大限度达到节省成本的目的。
（二）简述施工控制系统
从斜拉桥结构角度来看，它是一种高次超静定结构，施工设计间属于高度耦合关系，桥梁竣工后其结构恒栽内力和主梁线型直接取决于施工方法及安装顺序。斜拉桥结构荷载变形和体系内力随施工而变，同时成桥后的线型受力也受其影响。因此，必须详细的分析验算斜拉桥各施工阶段，计算出理论的施工控制参数，如结构内力、张拉吨位、塔柱位移等，严格制定各施工顺序，并加大施工过程中管理和控制调整的力度，尽可能保证斜拉桥施工期间的结构和成桥后主梁等各方面均符合设计要求，同时确保结构始终保持在最佳受力状态[2]。而要达到这个目的，离不开斜拉桥施工控制，总结起来也就包括这几方面：以既定施工方法为依据，精确计算出施工各阶段理论参数值，制定完善施工控制文件；针对收各种因素影响所致实际施工理论计算值不符实测值的情况，采取行之有效的方法做出合理调控；遵循规范化的施工工序，当某个施工工序完成后，立即给出第二阶段所需的各类预测值。
从上述分析来看，其施工控制主要是一个循环过程，即施工→测量→分析→修正→预报→施工。也就是说，施工检测、计算、误差因素分析及修正控制预报是构成完整施工控制系统的主要内容。
二、预测控制斜拉桥施工过程的方法
（一）卡尔曼滤波法
卡尔曼滤波法起源于六十年代初，主要以随机过程和概率论为理论基础，从本质上来说，该方法就是提取真实存在于受噪音污染信号中的信号，来达到估算系统真实状态的目的。而斜拉桥施工工程原本就是不平稳的随机过程。若是将斜拉桥施工视为一种系统，则其属于随机系统，即斜拉桥施工控制就是控制这个随机系统。这里需要指出将斜拉桥施工比作随机过程，主要在于施工状态变量及输入原本就是随机变量或过程[3]。例如，斜拉桥的悬臂浇筑，一般本身具极强随机性的索力与梁段的大小轻重、环境湿温度、施工误差及荷载等变量参数，是斜拉桥线形受力状态变量的直接决定因素。然而，往往在设计阶段很难全面考虑到这些变量随机性的影响，必须在施工阶段针对实际结构反应做出判断，这就决定着斜拉桥施工控制首先要解决该问题。虽然从系统控制角色来说，其属于随机控制系统，却绝非指的黑箱，否则将无法成功设计和修建斜拉桥。
简而言之，将斜拉桥施工控制视作随机系统控制，那么，应用卡尔曼滤波法对其进行控制，相对来说是具有一定适宜性的。但在采取这种方法时，首先要清楚其中的计算公式，以预测悬臂端标高来说，鉴于混凝土重量、收缩徐变等不确定因素的作用下，斜拉桥悬臂端标高在各个施工阶段都将受到噪音污染而发生变化，为此，必须建立卡尔曼滤波状态下悬臂端标高方程：x（k）= （k，k-1）x（k-1）+W（k-1）等进行计算。另外，还有预测砼浇筑过程中悬臂端产生的挠度时，也可建立计算方程：x'（k）= '（k，k-1）x'（k-1）+W'（k-1）等进行精确的计算[4]。同时，斜拉桥内力与几何线型明显受立模标高确定的影响，如果不能良好确定立模标高，将导致其主梁几何线型出现极为显著的折线型状，且严重影响其内力。特别是注意初始张拉力明确后，必须严格控制悬臂端标高各方面参数符合设计要求，而要达到这个目的，只能通过明确的立模标高来实现调控。
（二）模糊预测控制法
作为智能控制系统之一，模糊控制系统主要理论基础涉及这几方面，模糊数学及语言形式和逻辑的知识表示与规则推理，其主要依托于计算机控制技术，是一种先进的数字化控制系统。而模糊控制系统主要构成内容包括这几方面：第一，模糊化。主要起到将精确的输入量如外界参数或系统输出状态等转变为模糊量的作用，具体操作即通过对输入量的合理处理，以满足模糊控制系统的实际需求；然后进行已处理输入量的尺度转换，以达到相应论域范围；最后再通过模糊处理，将达到论域范围的输入量转换为模糊量。它的表示形式主要为与之对应的模糊集合[5]。第二，知识库。其主要涉及到控制实际应用领域只是要求的目标，包括两个组成部分即模糊控制规则库和数据库。前者是指用模糊语言表示变量的相应规则，是控制专家知识经验的具体反映；后者则指语言变量对应的隶属度函数、模糊空间分级数等。第三，模糊推理。作为模糊控制系统的核心内容，其可以模拟人在模糊概念基础上进行推理的能力，并以模糊逻辑的推理规则及蕴含关系为推理依据。第四，清晰化。主要起到将模糊推理所得控制量转变成满足实际控制清晰量需求的作用，它涉及到两个方面：一是，通过清晰化将模糊量转变为实际所需控制量；二是，通过尺度转变论域范围内的清晰表示量为实际控制需求量。
运用模糊控制系统进行斜拉桥施工过程的预测控制，以输入误差及其变化为主要依据，然后明确斜拉索和挂篮的初始张拉力与立模标高。虽然，模糊预测尚处于起步阶段，还是较为新颖的一种预测方式，但对于天气等方面具有较为精准的预见性。而且，基于该方法的斜缆索模糊初始张拉力确定控制模型建立，完全可实现对初始张拉力提前的调控，不过一旦初始张拉力明确后，必须立即对立模标高采取最优控制理论进行确定，尽可能保证主梁线型控制符合设计要求。
结束语：
综上所述，随着国家经济水平和国民生活水平的日渐提升，对于基础交通设施建设的要求不断提高，要确保交通建设的质量以及安全可靠性，就必须加强施工工程的预测控制，通过科学合理的预测控制方法，进一步增强施工的规范化、合法性，特别是针对桥梁施工而言，其更需要采取当前新型的预测控制方法，以保证施工质量和结构安全性，为国民人身财产安全提供强力的保障。
参考文献：
[1]刘培瑞.斜拉桥的施工控制方法的研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（9）：2065-2066.
[2]陈剑.试论斜拉桥的施工质量控制[J].投资与合作，2013，（2）：224-224.
[3]许素平，杨晓东.大跨度斜拉桥施工控制分析[J].建筑工程技术与设计，2015，（13）：911-911.
[4]周文政.斜拉桥施工监控实时监测体系[J].黑龙江交通科技，2015，（3）：136-136.
[5]王文双.斜拉桥施工技术解析[J].民营科技，2015，（9）：197-197.