摘要：在大跨径连续钢构桥在悬壁施工过程中，受各种条件的影响，导致悬臂端线形与实际施工不一致，内力计算结果与实测数据存在一定的误差，以及大跨径连续钢构桥不能合拢等严重问题发生。文章以广西S预应力混凝土连续钢构桥的悬壁施工控制实际情况为案例，探讨灰色预测在该案例中应用。
关键词：灰色预测系统；预应力混凝土；连续钢构桥施工
引言
目前，除了高强预应力钢材以外，高强混凝土的应用范围也将越来越广，此外，大吨位张拉锚固体系全面发展，能够在桥梁建设过程中起到增大跨度，提升桥墩高的作用，同时还能达到节省工时，减少材料、降低成本的目标，因此近年来，大跨径预应力混凝土连续刚构桥得到快速发展。新世纪以来，桥梁通行量由于中国交通行业的高度发展而日益提升，当然，承载重量以及车行速度也是如此，除此之外还有一些无法预测到的自然破坏力也将对桥梁安全产生较大影响。所以，为了使得每座桥的安全得到保障，对于大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工控制来说，最重要的方法就是预测系统对桥梁施工控制。因此探讨灰色预测的大跨径预应力混凝土连续钢构桥施工控制具有很强现实意义。
1施工控制方法概述
一般地，连续梁桥施工过程也就是四个基本过程的循环，第一是施工，第二是检测，第三是调整，第四是预告，这四个过程必然进行有序循环作业。实际上，它所包含的意义就是根据开先所设定的方案而进行的一种确凿的流程。但是在实际施工过程中，对于施工控制而言，首先应当分析任务，随后才能识别和调整各个方面的环节，最终对结构将来做出准确预测。
预应力混凝土连续钢构桥施工控制方法主要包括线形回归分析法、自适应控制法、以及预测法。预测法比较常见的有卡尔曼滤波法与灰色预测法等，本文重点介绍灰色系统理论控制法。
灰色系统完全能够被当作是特定时间段内而产生变换的随机过程，系统行为特点量受到了周边环境的干扰而显得过分离散，所以，生成灰色系统的必然为灰色数据，且原始数据的序列具备两个特性，其一是随机弱化，其二是强规律性，于此基础条件之上，被公认为预测模型的是灰色动态GM，并且，由于灰色预测控存在某些方面的特征，所以，准时反馈校正以及滚动优化该模型是当务之急。
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图1.预测控制基本结构
（1）针对灰色控制理论而言，它也能预测控制两个元素，一个是结构参数，另外一个为环境影响因素。在实际分析的过程中，我们在代入结构方程之前必定要分析预测结果是否符合要求，进而才能得到正确的结构状态参数，另外，和结构实际状态相比，该种预测控制措施本身就比较合乎于逻辑，且精确度较高。
（2）实质上，多数建模也同样比较普通，但是本论文所探析的灰色预测控制建模不归于其中，其控制方法之一是实时控制。在处理措施上，灰色过程是依据整理原始数据对数据规律进行寻找，其符合于就数找数的现实规律的措施这一类型，就其数理统计方法而言，其一般依据先检验规律，再次进行问题的解决和处理，一般地，规律性的优劣和精确度与数据的量度呈正相关关系。
（3）除此之外，“对瞬间规模采样”控制中也存在着灰色预测控制，若从控制过程上的分析，其则为：若此时呈现出了一组新型参数，这说明刚刚有一个新数据被采集出来，同时，在采集的过程中也创建了一个新模型，因此其控制过程也是对数据进行不断采集、模型不断构建、参数不断更新，后续还要让新模型之下的预测值得到不停地预测和提高。而进行这一系列工作的重要目的就是让其能在任何条件下适宜于不同环境以及不同的行为，所以，该种控制方法本身就比较良好[1]。
（4）无规律原始数据最开始由灰色理论生成，这些无规律的数据还将会因为它的存在而产生了有规律的数列，最终生成了模型，而其的精准度还需要再另外被不断地分析、调整、修正，而在进行该过程时一定要将残差分析作为基准。
（5）灰色预测控制属于后果与行为控制，无需要对变化原因进行追求，也无需要把噪声与系统控制行为进行区分，换言之就是无需要对复杂的随机过程进行处理，这就使得控制过程大大简化了。
2施工控制流程
大跨径预应力混凝土连续钢构桥施工流程如图2所示。
（1）依照相关规定与过去施工经验对各种计算参数进行设置，事先施工十分关键，之后才能模拟计算程序，但设计线性是目标，施工标准高度是1#块。
（2）当确定了预报值之后才能对1#块进行施工，随后实际测量主梁各点上的标准高度、温度与预应力进行实际测量.
（3）把实际测量值与模拟计算程序的计算值相互进行比较，再依据两者的误差对模拟计算程序进行计算，对下一阶段的施工标准高度进行预报。
（4）依照前文描述的预报值开始下阶段的施工，对主梁上面的各点的预应力，标准高度与温度等方面变量要进行实际测量与标注。
（5）对上述各流程进行循环直到施工完成。
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图2大跨径预应力混凝土连续钢构桥施工流程
3.灰色理论在施工控制中的应用
3.1案例简介
广西S跨江大桥位于某高速路A段至B段第七合同段最为重要建筑物之一，横跨S江，整个桥长度为2.4公里，其面宽度28米。如下图所示：K33+769米为桥梁起点桩号，K36+211米为止点桩号，主桥运用跨径为44+3×80+44米的五跨预应力混凝土变截面箱形进行连接，共分两幅修建，总共有6条车道，每幅桥箱梁设计为顶面度底面宽度分别为13.5米、7米的单箱单室截面，两侧左右幅桥箱梁结构呈对称一致的规格。总体设计详见图3.
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图3.S跨江大体总体设计示意图
箱梁与每个墩相互连接的根部断截面的梁高为4.79米，如下图所示，每跨的跨中高度和边跨梁端的具体是相同的，均为23分米，但是跨中和根部的断面图详图都已经通过图4和图5所表达了，在经过一系列地计算之后明确了箱梁顶单项横坡的坡度为2%。
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图5.墩顶端面示意图
3.1.1广西S跨江大桥线性控制
⑴立模标高的设计及预算
新世纪以来，不论是我国施工过程还是桥梁建设中，都需要耗费过多的建筑材料，而在其余各种外界因素对其造成负面影响的实际情况下，参数均会产生或多或少的改变，所以，立模标高与桥梁任何一段的最后高度均存在着较多的差距，就施工过程而言，施工人员一定要考虑到拱度的预留，由此才能为工程调整合理的空间，以至于能直接抵消施工过程中所产生的挠度。如果此时要对立模标高进行计算，则需要使用到如下公式，即 Hi=H0+∑fi1+fi2+ fi3+fi4+fi5+f0，外力需要计算出来，目的是让其的位移值处于标准的范围中，任何一个节段控制点的位移值都应当确定，最终的总值设定为附加预拱值。
⑵立模标高的具体控制步骤分析
立模标高控制的具体方法有四个具体的步骤，依次是参数检测点的选取、桥梁主要参数的确定、控制方案的设计以及测试标高等，最终才能统一得到结果，基本实际状况如下：①选择正确的监测点，后面还应当认真分析监测点的位置，这一点一般情况下凑是箱梁的顶部，或者箱梁的底部，这个点的具体位置与施工单位的监测点完全是相同的，需要找一个明确的参考系来分析。针对桥梁的任何一个节段的前端部分而言，根据工程项目的原则和要求，首先应当将一个适宜的位置范围确定下来，由此才能确定监测点。而此时所选定的监测点的底部一定要采取模板，将其直接抵挡住，并且后续还要将钢筋焊接于此，当在底部应用器械磨圆之后还需要表明监测点的相对位置与绝对位置；②参数的确定，针对悬臂浇筑的混凝土梁而言，研究人员需要将其参数计算且确定出来，同时也要明确参数控制的目标，在确定的过程中需要参考中国《公路桥涵施工技术规范》中所提及到的标准与相对的规范；③方案的设计流程，即在最终设计出科学性、合理性的方案之前应当有计划地进行施工控制，桥梁的规模应当之前确定，施工环境的因素应当意义列举，尤其是某些不确定的因素；④标高的测试，当在实际施工的时候，一定要配合表格测试这一过程，目的是完善施工环节，标高测试极其关键，依据测试的最终的结果才能得到浇筑混凝土的相关理论依据，之后根据此依据来模拟预设盈利张拉之后的主体梁柱挠度理论以及现实图形，由此通过该图形确定标高的测试是否准确，通常而言，各段混凝土浇筑、主梁每段预应力束张拉等都是测试环节的必要过程，也存在着桥梁路面铺设前后条件这一过程。
3.1.2广西S跨江大桥应力控制
⑴应力控制的概念
当各种外力对施工中的桥梁产生显著的作用效果时，那么必将对成型后的承载能力造成负面影响，为了确保其的安全性能以及结构稳定性，施工人员需要对其阿里那个的重要位置的截面处的受理因素进行测定、分析以及调整过程，针对控制过程来说，它也就需要设计人员将实际测量的数据以及理论数据相互比较，最终才能得到一定的差距，最后校正参数，将调整之后的模型参数进一步分析，由此才能正确进行控制应力这一系列过程。就这一方面而言，一边是采取即将被检测的项目而对其施加外力，通过钢弦式应力计或者钢筋式应力计对它的应变值进行测量，其中，设计人员在应用前者的时候会感到其有着优良的性能和较强的环境适应度，同也不会因为周边环境的影响而影响，且该方式被大众设计人员认可，使用过程较为频繁，广泛受到设计人员的好评，除此之外，观测的时间也需要之前确定下来，由此才能避免过大的温差而导致测量数据产生误差。
⑵应力控制的具体流程
①选取应力检测点，首先依据连续钢结构梁的特征以及实际的施工状况，才能将详细的且能表示出桥梁各个阶段应力变化以及变形幅度的应力检测点表示出来，同时还需要兼顾着长时间对桥梁的检测过程以及准确度的确保。在对主梁的监测点进行选取的过程中一定要结合施工中各个环节主梁受力的实际状况，才能对各个部分具体问题具体分析，此过程中，最重要的是以表现出主梁盈利的垂直方向分布的情况和水平方向的变化程度来选取应力检测点；②测定过程也需要研究人员谨慎，该过程和工程施工二者同时进行，注重于施工环节中的重点测试，例如主梁内部的任何一段混凝土浇灌和各个跨径合龙前面等等都存在着桥梁路面铺设等过程[2]；③当得到了最终结果之后，研究人员需要将理论的预设结果使用于各个施工环节中实际测量的每一个截面的盈利数据，并且进行比对分析，在此过程中应当注重于环境的变化而对混凝土收缩的影响，最终才能将施工过程中箱梁应力的分布规律以及变化特点总结出来。
3.2实桥模型
在分析之前，我们需要使用到灰色系统，将S跨江大桥设为此，如下则需要将灰色预测模模式建立起来，相应文字介绍如下所示：在分析的过程中，我们应当一次在第i+1号梁段施工以前而将理想状态下的翘度变化值求解出来（求解过程一定要根据桥梁段的具体值），但是在测定I节段翘度变化实测值之后，一定要建立模型，若此时将其当作原始序列，那么最终建立的模型为GM（1,1）模型。
x=(x(1)),x(2)x(n))…………………………………(1)
Y=(y(1),y(2))……………………………………(2)
在（3－18）、（3－19）式中，x表示翘度变化计算值数据序列；y表示翘度变化实际测量值数据序列；x(k)表示第i号已经浇梁段翘度变化计算值；y(k)表示第i号已经浇梁段翘度实际测量值；
构建误差序列：
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根据如上几个数学表达式中，如上英文c所表明的实际含义就为非负化的常数，它的计算公式为x(i)-y(i)，据验算之后，c的值为如上二者差值的绝对值的最值。而后在运算之前，由此而言，GM（1,1）模型的原始序列也就是当初分析前误差序列（3-23）的变形体，当其经过了多次累加之后才能得到序列。
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此刻，若将上述的序列全部重新还原，那么翘度变化的预测误差序列必将被我们获取，只有拿实际测量误差序列和其二者进行对比分析，我们才能分析出它是否合乎精度标准，如果它不能满足精度标准，则还需要再次开始进行残差修正计算这一过程，直到精度达到标准为止[3]。
4.灰色预测在案例施工控制
以S跨江大桥第40#桥墩8#块的计算预留拱度调整量为例，分析灰色预测措施在施工控制中应用。
若此时将施工的焦点放在8#块，如下则为4#－8#的翘度变化理论的计算过程以及最终的计算结果：
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因此，9#块翘度变化的预测值是：0.9305.5＝－4.0695，而最终在立模的时候，预留拱度的表达式为
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于上述公式中：符号所表达的意义为9#块预留拱度计算值。
5.结语
本论文所提出的广西S跨境大桥施工控制系统总体上来说就是把灰色系统理论以及现代预测控制理论二者有机结合之后最终将一种新型的施工控制系统开发出来，通过桥梁施工控制分析而得到实施结果，这足以证明了此系统的有效性和科学性，该系统具备如下几点特征：
（1）首先，在分析和研究的过程中设灰色过程为广西S跨江大桥施工过程，该施工过程是一种非平稳的随机过程，需要在分析的过程中采取灰色系统理论，由此才能将多个灰色GM（1,1）模型建立起来，从而更加精准地预测多个系统行为的特征以及主要状态变量，通过实际案例反应了，若此时采用了GM（1,1）模型，则其完全能够对大跨预应力连续刚构桥施工过程中进行良好地预测，例如挂篮变形、预应力张拉以及浇筑梁端混凝土等过程中的结构位移，这是因为这些位移具备随意性。同时，灰色预测模型也能为广西S跨江大桥施工过程中错综复杂的系统建模确定了一条合理的途径。
（2）本论文所提及出的灰色预测控制系统最初基于广西S跨江大桥施工过程中发展变化的预测控制，其是基于广西S跨江大桥施工未来走势的超前控制，必能达到防患于未然的目标，而且也具备着准确度较高的设计值，在建立相应的预测模型中，研究人员采取了最新的数据，由此而言，此系统的控制本身具备着实效性的特征，因此所提出的灰色预测控制系统应采取瞬态建模的方式，通过模型参数的更新和改进以及实际输出值的转型而进行反馈校正过程，从而才能让其适宜于施工过程中系统行为的不断更新和变化，也同样能适应于环境噪声的不断干扰，所以，本控制系统具备着一定的科学性和适应性[4]。
（3）本次所提及到的控制系统也是针对于系统行为而实施的控制，根本不需要过多追究而造成系统行为变化的次要原因，也不用把系统的控制行为以及噪声行为相互分离，也不必处置广西S跨江大桥施工这一复杂的随机过程，所以此时在控制的过程中十分便捷。
参考文献
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[2] 马成龙，刘帅等.基于灰色-时序组合模型的建筑物沉降预测方法[J]. 测绘与空间地理信息,2018(11): 198-200.
[3] 杨群,郭忠印,黄晓明.灰色预测方法在沥青混合料永久变形研究中的应用[J].公路交通科技. 2004(08):05-08.
[4] 戴公连，李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京：人民交通出版社，2001.
作者简介：蒋玮（1971-），男，瑶族，广西恭城县人，高级工程师，本科学历，主要从事桥梁的施工技术研究和施工管理工作。