高俊甫，張東青，喬向偉，范文東

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高鐵預(yù)制梁場(chǎng)信息化、智能化的創(chuàng)新實(shí)踐

高俊甫，張東青，喬向偉，范文東

（中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030001）

主要對(duì)高鐵鐵路預(yù)制梁場(chǎng)智能化、信息化的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行探討，如何將信息通訊、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于制梁場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)管理，如何利用智能化施工設(shè)備，全面提升制梁場(chǎng)安全、質(zhì)量、效率，重點(diǎn)就上述提出的“兩個(gè)如何”展開(kāi)闡述，以期為之后高鐵梁場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理提供新思路，全面提升梁場(chǎng)的施工管理水平，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

高鐵預(yù)制梁場(chǎng)；信息化；智能化；創(chuàng)新實(shí)踐

中鐵三局太焦鐵路TJZQ-1標(biāo)晉中制梁場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱“梁場(chǎng)”）由中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司承建，按照集團(tuán)公司施工調(diào)查和前期策劃要求，承擔(dān)太焦鐵路TJZQ-1標(biāo)總計(jì)620榀雙線簡(jiǎn)支箱梁的預(yù)制任務(wù)。梁場(chǎng)在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)懷下，在梁場(chǎng)全體參建員工的共同努力下，先后完成全線首家開(kāi)工建設(shè)、全線首榀箱梁預(yù)制架設(shè)，全線首個(gè)通過(guò)國(guó)家生產(chǎn)許可證認(rèn)證，先后迎接各級(jí)觀摩會(huì)、各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)調(diào)研指導(dǎo)，成為太焦線標(biāo)桿梁場(chǎng)。

1 信息化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

我國(guó)高速鐵路建設(shè)日新月異，信息化管理越來(lái)越重要，作為鐵路建設(shè)的支撐不可或缺。梁場(chǎng)除了積極應(yīng)用鐵路工程建設(shè)信息管理平臺(tái)外，結(jié)合自身實(shí)際，利用物聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，創(chuàng)新現(xiàn)場(chǎng)信息化管理。

1.1 梁場(chǎng)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

梁場(chǎng)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)以施工作業(yè)管理為中心，依托互聯(lián)網(wǎng)+信息技術(shù)，形成了數(shù)據(jù)集成、進(jìn)度、安全質(zhì)量、物料四大核心管理內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了工廠預(yù)制全工序信息化管理。生產(chǎn)管理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

1.1.1 數(shù)據(jù)集成

通過(guò)對(duì)攪拌站、試驗(yàn)室、預(yù)應(yīng)力自動(dòng)張拉、自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)、分析及預(yù)警，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

1.1.2 工序管理

通過(guò)掃描鋼筋綁扎、模板準(zhǔn)備、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨等技術(shù)交底二維碼，可以快速讀取各工序管理信息。每道工序完成后及時(shí)記錄工序的施工人員、技術(shù)人員、監(jiān)理人員等，工序的開(kāi)始時(shí)間及結(jié)束時(shí)間和過(guò)程控制檢查記錄等都能夠形成二維碼，永久保存在系統(tǒng)中，并可形成芯片埋至箱梁內(nèi)部，可隨時(shí)掃描查看。

1.1.3 物料管理

通過(guò)對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料、材料消耗量及庫(kù)存材料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析和預(yù)警功能。

1.1.4 安全質(zhì)量管理

通過(guò)在關(guān)鍵工序和重要場(chǎng)地安裝高清視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)管控；通過(guò)建立特種設(shè)備和特殊作業(yè)人員信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)對(duì)應(yīng)管控。

1.2 設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)

1.2.1 互聯(lián)網(wǎng)+的技術(shù)應(yīng)用

本系統(tǒng)采用了前端物聯(lián)技術(shù)，擺脫了對(duì)原設(shè)備廠家的依賴，對(duì)各設(shè)備的數(shù)據(jù)自行采集，使用了LORA無(wú)線傳輸協(xié)議，降低了無(wú)線傳輸費(fèi)用。使用了互聯(lián)網(wǎng)B/S的軟件技術(shù)，無(wú)需指定電腦，任何一臺(tái)可以連接網(wǎng)絡(luò)的電腦都可以成為我們這套管理系統(tǒng)的操作電腦。所謂的互聯(lián)網(wǎng)+，恰恰是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)備相結(jié)合，讓傳統(tǒng)的設(shè)備搭上網(wǎng)絡(luò)的快車(chē)。

1.2.2 云平臺(tái)技術(shù)

本系統(tǒng)前端所采集到的全部數(shù)據(jù)會(huì)直接上傳到網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)，梁場(chǎng)作為使用者，無(wú)需耗費(fèi)巨資建立數(shù)據(jù)庫(kù)，也無(wú)需建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)塵機(jī)房，我們需要的只是一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦，就可以方便快捷使用這些數(shù)據(jù)。同時(shí)，在后期，如果我們對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)有保密的需求，也可以將這部分?jǐn)?shù)據(jù)保存在自己的服務(wù)器中，方便、靈活、高效、費(fèi)用低。

1.2.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)，是通過(guò)前端設(shè)備收集回來(lái)的海量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件自動(dòng)分析出該設(shè)備的各種闕值，再利用這些闕值，為設(shè)備設(shè)定各種報(bào)警值，讓我們的設(shè)備成為會(huì)思考的設(shè)備，自動(dòng)避免發(fā)生各種安全事故和低效率運(yùn)行。

1.2.4 集成管理技術(shù)

集成管理技術(shù)，是使用一個(gè)軟件，管理盡可能多的設(shè)備和系統(tǒng)，同時(shí)因?yàn)槭褂昧送粋€(gè)軟件，可以達(dá)成各設(shè)備與設(shè)備間、設(shè)備與系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)，提升工作效率，減少重復(fù)勞動(dòng)，解決信息傳遞瓶頸問(wèn)題。

1.3 太陽(yáng)能智慧照明技術(shù)

利用現(xiàn)有光伏科技，在廠區(qū)范圍內(nèi)照明采用太陽(yáng)能照明，節(jié)約能源，充分體現(xiàn)綠色、節(jié)能、環(huán)保工地的要求。同時(shí)使用遠(yuǎn)程照明控制技術(shù)，設(shè)置燈光開(kāi)啟時(shí)間及時(shí)長(zhǎng)，從而達(dá)到提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。

太陽(yáng)能智慧照明系統(tǒng)解決了廠區(qū)尤其是特殊區(qū)域的照明布線問(wèn)題，在保證良好照明環(huán)境的同時(shí)從源頭上解決了照明能耗高的問(wèn)題；通過(guò)使用高光效長(zhǎng)壽命LED燈具，降低了對(duì)照明設(shè)備的維護(hù)成本及管理成本，改善了傳統(tǒng)的照明環(huán)境；通過(guò)智慧照明系統(tǒng)改善了照明管理環(huán)境，使管理者更方便的做到照明的數(shù)字化、精細(xì)化管理。

2 智能化創(chuàng)新應(yīng)用

隨著高鐵施工技術(shù)日漸成熟，鐵路機(jī)械化施工漸漸普及。隨著科技的發(fā)展，在原有的施工機(jī)械基礎(chǔ)上，逐漸涌現(xiàn)出一批智能化、自動(dòng)化、集成度較高的新設(shè)備。這些設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)過(guò)程中，不僅效率高、節(jié)約人力，同時(shí)比傳統(tǒng)設(shè)備更加智能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工工序質(zhì)量控制也非常有利。

2.1 雙向移動(dòng)斜面式棒材彎曲中心

雙向移動(dòng)斜面式棒材彎曲中心的操作工序：根據(jù)鋼筋圖紙進(jìn)行編輯，并對(duì)各邊長(zhǎng)度和彎曲角度進(jìn)行設(shè)定，下達(dá)指令到PLC，通過(guò)通訊方式控制電機(jī)作業(yè)，完成鋼筋加工。雙向移動(dòng)斜面式棒材彎曲中心如圖2所示。

2.2 智能鋼筋彎箍機(jī)

智能鋼筋彎箍機(jī)采用PLC控制及CNC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)完成鋼筋定尺、調(diào)直、切斷、彎箍，快速、省人、省料、省地。實(shí)現(xiàn)鋼筋加工自動(dòng)化和調(diào)直、定尺、彎箍、切斷一體化，伺服電機(jī)和數(shù)字控制裝置可以保證鋼筋成形精度。智能鋼筋彎箍機(jī)如圖3所示。

圖2 雙向移動(dòng)斜面式棒材彎曲中心

圖3 智能鋼筋彎箍機(jī)

2.3 自動(dòng)張拉設(shè)備

2.3.1 傳統(tǒng)張拉工藝

橋梁預(yù)應(yīng)力張拉是非線性的力的分配和傳遞過(guò)程，是橋梁施工中一個(gè)關(guān)鍵工序，預(yù)應(yīng)力張拉精度決定預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)壽命，如果出現(xiàn)張拉精度失控，會(huì)使梁體出現(xiàn)縱橫向裂縫，引發(fā)安全質(zhì)量事故。傳統(tǒng)的張法工藝為通過(guò)作業(yè)人員手動(dòng)操作泵站完成張拉。采取張拉力和伸長(zhǎng)值雙控，張拉效率低，誤差大，精度低。

2.3.2 自動(dòng)張拉系統(tǒng)

自動(dòng)張拉系統(tǒng)主要由1臺(tái)主機(jī)和2臺(tái)從機(jī)組成，并安裝力值傳感器和位移傳感器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：在千斤頂?shù)拇驂憾撕突赜投朔謩e安裝液壓傳感器，同時(shí)在每臺(tái)千斤頂上安裝非接觸式位移傳感器，減小了油壓低頻振動(dòng)對(duì)壓力的干擾，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)張拉伸長(zhǎng)值的變化，達(dá)到張拉力與伸長(zhǎng)值雙控目的。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)監(jiān)控分析技術(shù)的一體化。通過(guò)采用自動(dòng)張拉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高鐵橋梁張拉的信息化管控。

2.3.3 技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用

與傳統(tǒng)手工張拉相比，預(yù)應(yīng)力控制精度大幅提升，自動(dòng)生成報(bào)表，質(zhì)量追溯有據(jù)可查，既節(jié)約了人工成本，又提高了工效。

2.3.3.1 自動(dòng)平衡同步張拉

張拉力由壓力傳感器測(cè)量，鋼絞線伸長(zhǎng)量由位移傳感器測(cè)量，并在觸摸屏上顯示。

2.3.3.2 數(shù)據(jù)傳輸功能

張拉數(shù)據(jù)、張拉力曲線及伸長(zhǎng)量曲線可導(dǎo)出為Excel電子表格文件，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接上傳。

2.4 自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)裝置

自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)裝置根據(jù)溫濕度自動(dòng)定時(shí)噴淋，并對(duì)梁體全覆蓋，可解決傳統(tǒng)覆蓋養(yǎng)生水揮發(fā)極快，腹板、翼板養(yǎng)護(hù)不到的問(wèn)題。自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)裝置及其布置如圖4、圖5所示。

圖4 自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)裝置

圖5 自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)裝置布置圖

2.4.1 工藝特點(diǎn)

自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)工藝主要特點(diǎn)為：①通過(guò)水壓成氣霧狀水，噴出的水霧均勻，養(yǎng)護(hù)效果好；②時(shí)間得到保證，可以達(dá)到全天候、全濕潤(rùn)的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，③實(shí)現(xiàn)了過(guò)程全自動(dòng)控制，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，工效大大提高。

2.4.2 操作及應(yīng)用

自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)控制器具有以下兩種功能：①定時(shí)噴淋，根據(jù)天氣、溫度情況和梁板養(yǎng)護(hù)階段來(lái)調(diào)節(jié)噴淋時(shí)間繼電器，時(shí)間一般為20～40 s；②根據(jù)梁體周?chē)鷾貪穸仍O(shè)置好上下限，依據(jù)設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行噴淋，確保梁體在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)始終保持濕潤(rùn)。

箱內(nèi)噴淋在端部設(shè)擋風(fēng)裝置，箱內(nèi)安裝噴淋管，與箱外養(yǎng)護(hù)主管道連接，通過(guò)180°旋轉(zhuǎn)噴頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴水，確保箱內(nèi)保持濕潤(rùn)，底板及頂板采用360°旋轉(zhuǎn)噴頭進(jìn)行噴水，噴淋點(diǎn)按照梅花布置，充分保證每一處均可覆蓋，充分保證了整孔預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

2.5 自動(dòng)靜載試驗(yàn)系統(tǒng)

預(yù)應(yīng)力鐵路橋梁靜載試驗(yàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由1臺(tái)主控操作控制臺(tái)、2臺(tái)液壓集中泵站分控柜、10個(gè)千斤頂及測(cè)力傳感器、2個(gè)數(shù)字變送器和6塊數(shù)顯百分表組成。該系統(tǒng)在橋梁靜載試驗(yàn)時(shí)，只需把橋梁的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，就可以自動(dòng)計(jì)算靜載試驗(yàn)的千斤頂加載數(shù)據(jù)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，點(diǎn)擊設(shè)備的開(kāi)始按鈕，通過(guò)液壓站集中泵站供油給控制10個(gè)千斤頂同時(shí)加載。在加載到每級(jí)試驗(yàn)載荷值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)電子閥自動(dòng)控制每個(gè)千斤頂?shù)募虞d速度和流量，以保證均勻加載，試驗(yàn)過(guò)程系統(tǒng)中會(huì)自動(dòng)持荷、補(bǔ)壓。試驗(yàn)過(guò)程中數(shù)顯百分表及傳送器會(huì)把靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送到操控臺(tái)，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算各個(gè)試驗(yàn)階段的撓跨比數(shù)據(jù)，電腦自動(dòng)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

通過(guò)自動(dòng)靜載試驗(yàn)系統(tǒng)，不再需要大量的人來(lái)操作油泵及手動(dòng)記錄計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了載荷自動(dòng)計(jì)算，試驗(yàn)過(guò)程中同步加載達(dá)到荷載值，自動(dòng)進(jìn)行持荷及補(bǔ)壓，有效地提高了試驗(yàn)的效率，減少了人為因素的干擾，保證了試驗(yàn)結(jié)果的精確性。并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果自動(dòng)記錄計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)打印試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告，通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳功能。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)晉中制梁場(chǎng)在信息化及智能化方面的探索實(shí)踐，為今后高鐵梁場(chǎng)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為高鐵走向世界提供參考。

［1］肖旭東.鐵路大型預(yù)制梁場(chǎng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2012（7）：19-20.

［2］游慶國(guó).淺談鐵路預(yù)制梁場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)管理［J］.山西建筑，2010（18）：213-214.

［3］黃亮，劉偉濤.談高速鐵路預(yù)制梁場(chǎng)設(shè)備配置與管理［J］.山西建筑，2014（17）：239-240，288.

2095－6835（2019）03－0009－03

U445.47

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.009

高俊甫（1982—），男，本科，工程師。喬向偉（1987—），男，大專，工程師。范文東（1982—），男，大專，工程師。

張東青（1965—），男，本科，高級(jí)工程師。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕