安志剛 朱曉偉 雷大臣

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

隨著我國高速鐵路40 m簡支箱梁的使用，我國首臺千噸級運架一體機“昆侖號架橋機”也在福廈鐵路投入使用。信息化技術的應用，可以顯著提高大型起重機械設備在運營過程中的科學管理水平，在節(jié)省成本的同時，通過對設備的長期信息化管理，可以有效保障設備的運營安全。在國外，日本安川公司運用了無線網(wǎng)絡通訊技術開發(fā)出了起重設備安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，系統(tǒng)關聯(lián)了設備作業(yè)與企業(yè)的安全管理，提升了企業(yè)對起重機生產(chǎn)作業(yè)的自動化和科學管理水平；日本住友公司為運用了高速路由交換技術，也開發(fā)了起重設備安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對其分布于世界各地的起重設備的在線狀態(tài)監(jiān)測；德國LIEBHERR起重機械制造公司、法國POTAIN公司、意大利SIMMA公司等外國企業(yè)，以及國內(nèi)的北京驛唐科技公司、湖北宜昌微特電子、鄭州愷德爾等企業(yè)，先后通過先進傳感器、通信技術的應用以及歷史數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)功能的完善，不斷優(yōu)化了起重設備的信息化安全管理系統(tǒng)［1-3］。本文在既有研究的基礎之上，研究設計昆侖號架橋機信息化系統(tǒng)，通過對運架施工信息、架橋機安全監(jiān)控信息的管理，填補了高速鐵路簡支箱梁運架過程中信息化技術應用的空白，實時掌握簡支箱梁運架施工及運架設備的施工狀態(tài)，達到高速鐵路簡支箱梁運架的精細化管理的同時，實現(xiàn)運架設備狀態(tài)的全壽命周期管理。

2 系統(tǒng)功能需求分析

高速鐵路40 m簡支箱梁昆侖號架橋機信息化系統(tǒng)，包含了對運架施工信息以及架橋機設備本身安全監(jiān)控信息的管理。在運架施工信息管理方面，其涉及到各級建設單位及施工單位。各級建設單位其重點關注信息主要包括施工過程規(guī)范管理及施工質(zhì)量安全信息。具體到本項目中，應包括以下內(nèi)容：工程基本信息、人員管理、設備管理、工程進度、運架過程安全質(zhì)量等信息；施工單位重點關注設備管理使用的規(guī)范性、架橋進度信息、架橋的質(zhì)量信息、安全預警信息等，同時要配合提供工管中心及建設單位所需要的信息；設備本身安全監(jiān)控信息的管理主要涉及現(xiàn)場操作人員，以及設備廠家?，F(xiàn)場操作層重點關注設備運架過程中的安全狀態(tài)，需要通過車載終端查看設備狀態(tài)和設備視頻監(jiān)控，輔助設備操作人員進行安全操作；設備廠家面向所有其設計的運架設備，關注長期的安全狀態(tài)，提供維護信息，實現(xiàn)遠程故障診斷，對設備進行全壽命周期監(jiān)控。

3 系統(tǒng)總體方案設計

3.1 系統(tǒng)總體設計思路

系統(tǒng)對運架梁設備及運架過程的各類信息進行統(tǒng)籌匯總管理［4-6］，使用各類先進的傳感器，并采用無線網(wǎng)絡通訊技術，監(jiān)測設備關鍵數(shù)據(jù)的實時變化以達到安全監(jiān)控的目的，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時需要及時預警并通知相關人員采取措施。

系統(tǒng)總體框架及拓撲圖［7-8］如圖1～圖2所示，其工作原理是通過工程信息的管理建立設備信息管理的總體管理關系框架，針對每臺設備利用機載工控機將各類傳感器數(shù)據(jù)進行采集處理后，通過無線4G信號發(fā)送至遠程數(shù)據(jù)服務器，并存儲至數(shù)據(jù)庫中，各級用戶可以通過網(wǎng)絡訪問數(shù)據(jù)服務器進行現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)查看。設備用戶可以隨時隨地了解現(xiàn)場的工作信息，廠家也可以方便地掌握設備的實時狀態(tài)和歷史狀態(tài)，能及時得到故障信息的同時，還可以通過設備監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，預測設備的歷史壽命。

圖1 系統(tǒng)框架

圖2 系統(tǒng)拓撲圖

3.2 功能模塊設計

綜合考慮根據(jù)各級用戶信息管理需求以及運架設備本身運架過程關鍵工況安全操作需求，本套信息化管理系統(tǒng)設計的核心功能包含五個管理功能模塊［9-10］，涵蓋了工程管理中“人、機、料、法、環(huán)”五個要素的全部內(nèi)容及輔助信息。設計目的首先要滿足國鐵集團工管中心及各級建設單位的工程管理要求，同時服務于現(xiàn)場的作業(yè)操作管理以及設備廠家長期的設備維護服務。系統(tǒng)核心功能體系見圖3。

圖3 信息化管理系統(tǒng)核心功能體系示意

3.2.1 工程信息管理功能

工程信息管理功能［11］中包含了線路標段、梁場信息、梁片信息、工程進度、施工人員工程信息。由工程技術人員在架梁工程開始前及過程中錄入工程基本信息，所錄入信息可由相關權限的人閱覽、編輯、刪除。其中線路標段信息除了對線路標段具體信息進行管理外，主要對鐵路建設各級單位層級關系劃分進行管理；梁場信息主要對架梁相關的梁場位置進行管理；梁片信息包含了架梁工程所有梁片的編號、橋墩編號、橋墩里程、墊石坐標等信息；工程進度功能中，施工技術人員可以根據(jù)施工具體進度進行工程進度更新；施工人員功能對架梁施工所有人員信息統(tǒng)計編輯，信息包含了人員身份信息、聯(lián)系方式、證書情況等。

3.2.2 設備信息管理功能

設備信息管理功能包括設備基本信息管理、設備巡檢、全生命周期管理等方面。設備基本信息管理對架橋機設備和架橋機的所有主要配件信息在架梁工程開始前錄入系統(tǒng)，并具備后期編輯更新的功能；設備巡檢功能是根據(jù)架橋機的使用和維養(yǎng)手冊，生成設備運行參數(shù)自檢以及維修保養(yǎng)計劃，后臺程序?qū)鞲性O備回傳的參數(shù)和設備維護記錄分析，當未按計劃檢查保養(yǎng)、運行參數(shù)異常時自動預警通知相關人員；全生命周期管理功能中對架橋機從購置、安裝調(diào)試、投入使用，全生命周期的信息進行記錄，并根據(jù)維修記錄、運行時間、架梁次數(shù)、安裝拆卸轉(zhuǎn)場次數(shù)、出廠年限等參數(shù)綜合判定設備使用壽命及維保時間。

3.2.3 實時監(jiān)控

通電之后，架橋機的各類監(jiān)測傳感器啟動，開啟吊點力、支腿力、走行計程、水平垂直度、視頻監(jiān)控、位置信息、梁體受力、環(huán)境參數(shù)等監(jiān)測，同時記錄各設備通過的架梁孔數(shù)、運架進度，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)送至后臺并存儲進數(shù)據(jù)庫，APP和PC端可根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型顯示不同數(shù)據(jù)圖表樣式。

3.2.4 統(tǒng)計中心

統(tǒng)計中心功能包括歷史數(shù)據(jù)查詢以及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能。歷史數(shù)據(jù)查詢功能可以實現(xiàn)對指定設備任意時間段歷史運行數(shù)據(jù)的查看以及下載功能；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能以時間或者每一孔架梁工況為參考軸，對設備的歷史運行參數(shù)變化進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計分析結(jié)果可以為設備長期運行狀態(tài)評估提供依據(jù)。

3.2.5 預警管理

在設備實時監(jiān)控以及統(tǒng)計中心歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能中，對每個監(jiān)控參數(shù)進行預警閾值設置，當監(jiān)控數(shù)據(jù)超出預警閾值時進行預警，并通過郵件或者短信形式通知相關人員。

4 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)在昆侖號架橋機上進行了試用測試，圖4為吊點力起重限制器，圖5為數(shù)據(jù)串口服務器及4G路由器，通過現(xiàn)場測試系統(tǒng)各個設備工作正常。

圖4 吊點力起重限制器照片

圖5 數(shù)據(jù)串口服務器及4G路由器照片

圖6為架梁過程中架橋機的實時監(jiān)控界面［12］，反映了架橋機架梁作業(yè)過程中的吊點力及架橋機傾斜度等關鍵參數(shù)的實時情況。

圖6 信息化系統(tǒng)實時監(jiān)控界面

圖7給出了架梁作業(yè)后，架梁作業(yè)吊點力的歷史數(shù)據(jù)查詢情況，圖中展現(xiàn)了在一孔梁架設全過程中，其中一個吊點力的變化情況。

通過現(xiàn)場測試，驗證了系統(tǒng)設計的實用性和有效性。

5 結(jié)束語

（1）對高速鐵路40 m簡支箱梁昆侖號架橋機信息化系統(tǒng)功能需求進行了分析，提出了滿足各級建設單位的工程管理要求，同時服務于現(xiàn)場的作業(yè)操作管理以及設備廠家長期的設備維護服務的信息化系統(tǒng)功能要求。

（2）確定了信息化系統(tǒng)設計方案，并對信息化系統(tǒng)軟件進行搭建。

（3）實現(xiàn)了信息化系統(tǒng)，并進行了現(xiàn)場試用測試，驗證了系統(tǒng)的實用性、有效性和穩(wěn)定性。