鐵路工程智能混凝土拌和站管理應用研究

范文杰

（西成鐵路客運專線陜西有限責任公司，陜西 西安 710043）

目前以土木工程為例的傳統(tǒng)行業(yè)，都在加速與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的深度融合[1-2]，混凝土攪拌站也要信息技術(shù)的結(jié)合，進一步推動土木工程行業(yè)的信息化進程，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，從而有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率[3]。

1 傳統(tǒng)混凝土攪拌站與環(huán)保型智能混凝土攪拌站

1.1 傳統(tǒng)混凝土攪拌站的局限性

傳統(tǒng)的混凝土攪拌過程分為一次攪拌工藝和二次攪拌工藝。兩種攪拌工藝本質(zhì)上的區(qū)別在于混凝土中各個組分物料的拌和次數(shù)和順序。一次攪拌工藝是將水泥、砂石、外加劑以及水等計量以后一次投入攪拌爐，形成混凝土出料，其程序簡單易操作，但是形成的混凝土產(chǎn)品中砂石等骨料的表面水膜較厚，混凝土的強度和耐久性等難以保證。二次攪拌工藝在一次攪拌的基礎(chǔ)上，利用物料的投料量和攪拌順序改變了砂石等骨料的內(nèi)部結(jié)合方式，從而綜合提高了混凝土性能。

但總體上來看，上述兩種混凝土生產(chǎn)工藝發(fā)展仍舊存在一定的局限性。特別是在國家正大規(guī)模進行鐵路施工過程中，國鐵集團對施工方使用的攪拌設(shè)備的計量精度、準確率和系統(tǒng)軟件功能等提出了更高要求，并需要實時采集數(shù)據(jù)，對在生產(chǎn)時出現(xiàn)的計量誤差、配方數(shù)據(jù)等進行分級別報警。因此，傳統(tǒng)的混凝土攪拌站生產(chǎn)設(shè)備、工藝以及操作管理水平已經(jīng)難以滿足現(xiàn)有的工程需求。

1.2 智能系統(tǒng)控制下的混凝土攪拌站的優(yōu)勢

盡管目前大部分混凝土生產(chǎn)企業(yè)，已在生產(chǎn)過程中已經(jīng)引入了自動控制系統(tǒng)，能夠通過部分的客觀數(shù)據(jù)，對混凝土的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)參數(shù)進行監(jiān)測，并輔助決策。但是，對于當前技術(shù)條件而言，這種自動控制系統(tǒng)僅僅是停留在自動化的階段，并沒有結(jié)合現(xiàn)在的信息技術(shù)發(fā)展最新技術(shù)。相比之下，利用智能化的控制系統(tǒng)，能夠從整體上優(yōu)化生產(chǎn)過程。

這種智能系統(tǒng)主要集成了當前較為成熟的數(shù)字化技術(shù)、計算機智能控制技術(shù)，優(yōu)化了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源，通過專家系統(tǒng)、智能算法和知識庫等方式，建立了更為成熟的決策庫。相比于傳統(tǒng)的控制方式，具有明顯的優(yōu)勢。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）全面性?？紤]因素更為全面，在評價過程中能夠?qū)ιa(chǎn)過程中，對影響產(chǎn)品質(zhì)量控制的諸多因素同時進行分析。（2）實時性。實施監(jiān)測生產(chǎn)過程，如果生產(chǎn)中任一生產(chǎn)要素和參數(shù)發(fā)生變化，能夠快速地進行分析和評價。（3）智能性。相比于當前的自動控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)節(jié)省的人力和智力成本更多，更多的是通過大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)來指導生產(chǎn)過程，減少了工程師、技術(shù)人員的工作量，降低了企業(yè)的生產(chǎn)運營成本。

2 智慧系統(tǒng)控制下的混凝土拌和站

文章在結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)條件的情況下，提出了一種集成多項科技新技術(shù)的智慧控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可直接應用于混凝土拌和站的生產(chǎn)過程中。智慧控制系統(tǒng)有其自身的技術(shù)優(yōu)勢，能有效提高現(xiàn)場混凝土拌和的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

2.1 智慧系統(tǒng)集成技術(shù)簡介

在智能拌和站控制系統(tǒng)中，智慧系統(tǒng)是構(gòu)成該控制系統(tǒng)的核心部分，并且集成了當前多項前沿成果。具體來說包含的技術(shù)有下以三種。

（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以自動采集數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)真實、高效可靠、無需人工錄入，同時保證了數(shù)據(jù)的準確性。在交通工程建設(shè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)風險監(jiān)控數(shù)據(jù)源自動化，可以作為風險監(jiān)控和過程控制的數(shù)據(jù)采集手段。

（2）云計算技術(shù)。在智慧系統(tǒng)中，云計算將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個計算資源池向用戶按需提供服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)服務(wù)的操作模式，包括基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）三個層次。

（3）北斗導航技術(shù)。北斗導航技術(shù)在混凝土拌和站中可以實現(xiàn)工程車輛的定位，運輸軌跡等功能。

2.2 智慧系統(tǒng)總體概念設(shè)計

在總體概念設(shè)計方面，智能拌和站系統(tǒng)將在施工進行現(xiàn)場，收集原材檢驗、材料進場、消耗等關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，深入發(fā)現(xiàn)原來忽視或不好管理的細節(jié)。然后依托物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、超級計算機，建立云端大數(shù)據(jù)管理平臺，形成“終端+云端+大數(shù)據(jù)”的業(yè)務(wù)體系和新的管理模式，建立智能工地綜合管理平臺，打通從一線操作與遠程監(jiān)管的數(shù)據(jù)鏈條。

2.3 智慧系統(tǒng)及工作流程

基于以上設(shè)計思想，并按照實用、全面、安全、可擴展、先進性、易用易操作、成熟及經(jīng)濟性等原則，設(shè)計了一種能夠應用于實際混凝土拌和現(xiàn)場的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、移動技術(shù)可實現(xiàn)對原材料進行監(jiān)控、原材料智能檢測、配比自動下發(fā)、混凝土生產(chǎn)、混凝土運輸簽收等系統(tǒng)操作。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大體積混凝土全流程智能監(jiān)管及驗收系統(tǒng)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)不符合規(guī)定的要求時，系統(tǒng)可自動進行處置，進而實現(xiàn)更精細化的拌和站自動監(jiān)控管控。上述的智慧系統(tǒng)總體運行流程如下圖1所示。

3 智能混凝土攪拌站在鐵路工程中的應用

上述的智慧管理系統(tǒng)在西延鐵路工程項目混凝土拌和站建設(shè)中得到了實際的應用。西延鐵路拌和站信息化綜合管控系統(tǒng)采用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、移動技術(shù)實現(xiàn)了對原材料進行監(jiān)控、原材料智能檢測、配比自動下發(fā)、混凝土生產(chǎn)等系統(tǒng)操作，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的混凝土全流程智能監(jiān)管及驗收系統(tǒng)，從而實現(xiàn)更精細化的拌和站自動監(jiān)控管控。

拌和站的組成系統(tǒng)子模塊中包括以下模塊設(shè)計：

（1）過磅稱重模塊設(shè)計。通過安裝現(xiàn)場過磅進行智能化的過磅稱重業(yè)務(wù)，利用終端軟件進行過磅數(shù)據(jù)采集。首先，終端軟件需要獲取系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；然后，在原材料進場過磅通過連接終端軟件時，進行毛重稱重記錄，利用車票識別和高空攝像硬件進行圖像記錄；接著，通過終端軟件選擇料倉位置，進行車輛卸料，空車再次過磅稱量皮重，系統(tǒng)自動計算凈重，并且將材料自動入庫到基礎(chǔ)庫，稱量結(jié)束后數(shù)據(jù)自動存儲的同時支持磅單打印并且將數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)平臺；最后，通過系統(tǒng)平臺進行庫存的盤點與統(tǒng)計分析。

（2）任務(wù)派單模塊設(shè)計。通過工程部、試驗室、拌和站等部門聯(lián)動完成任務(wù)單發(fā)起工作。任務(wù)的發(fā)起可由工程部或拌和站來完成，試驗室對上述派單信息進行接收，并將任務(wù)單與配料單進行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)后的任務(wù)單下發(fā)至拌和站，拌和站可對澆筑令任務(wù)進行編輯提交，并執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)。

（3）生產(chǎn)管理設(shè)計。系統(tǒng)通過在生產(chǎn)前從系統(tǒng)平臺獲取生產(chǎn)任務(wù)信息，通過一建啟動（此處不能修改配料通知單信息），啟動后系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)單配合比自動計量生產(chǎn)，生產(chǎn)完成的數(shù)據(jù)將自動被發(fā)送至系統(tǒng)平臺，全過程無需人工進行數(shù)據(jù)干預。

圖1 智慧管理系統(tǒng)運行流程

（4）取樣管理設(shè)計。在進行樣品取樣時，首先通過手機APP選擇樣品信息，然后利用手機拍照功能對現(xiàn)象取樣情況進行拍照，最后利用網(wǎng)絡(luò)將圖片信息上傳至系統(tǒng)平臺，通過利用二維碼將試件信息進行管理匹配，試件信息可通過手機端或平臺進行信息錄入和關(guān)聯(lián)。另外，利用配置手機可對二維碼信息進行數(shù)據(jù)讀取，即可獲取試件信息。

（5）試驗檢測業(yè)務(wù)設(shè)計。試驗檢測通過運用先進的信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將試驗設(shè)備與數(shù)據(jù)采集設(shè)備、業(yè)務(wù)管理和業(yè)務(wù)監(jiān)控軟件有機結(jié)合，能夠?qū)⒃囼灁?shù)據(jù)、曲線、報告及時上傳到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。

（6）原材料檢測設(shè)計。材料進倉前先由試驗員快速檢測，不符合要求則直接進行退場處理，不予過磅，快檢合格進入待檢倉。按照相關(guān)實驗檢測規(guī)定進行自檢和平檢。這些信息將會直接錄入到管理平臺進行信息整合管理，對于質(zhì)檢不合格的企業(yè)將會被納入黑名單中。

（7）料倉門禁系統(tǒng)設(shè)計。采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及移動通信技術(shù)，實現(xiàn)試驗員、物資人員、監(jiān)理人員、各級管理人員的網(wǎng)絡(luò)化遠程辦公，實現(xiàn)原材料的進場報驗、提交申請、監(jiān)理審核確認等流程的信息化。

4 結(jié)語

文章介紹了一種智慧系統(tǒng)控制下的混凝土拌和站的具體生產(chǎn)過程，并詳細分析了其在實際生產(chǎn)項目中的設(shè)計應用過程。工程實踐證明混凝土攪拌站在智能化管理和智能化生產(chǎn)中，都有很大的提升空間，應用智能化技術(shù)將大大提高企業(yè)的生產(chǎn)力和管理水平。