高速公路工程智慧梁廠的規(guī)劃及應(yīng)用創(chuàng)新

董玉勝、陳青榮

（贛州誠正公路工程監(jiān)理有限公司，江西贛州341700）

0 引言

供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革是交通運輸實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、加快建設(shè)交通強國的必由之路。改革的核心在于利用“互聯(lián)網(wǎng)+”交通，推進智慧交通建設(shè)，實現(xiàn)交通建設(shè)降本、增效、提質(zhì)的目標(biāo)。所謂智慧交通建設(shè)，即在交通運輸行業(yè)中加強信息技術(shù)的應(yīng)用資源的整合，并在此基礎(chǔ)上推動交通運輸產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，從源動力推動供給側(cè)改革，優(yōu)化交通運輸行業(yè)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高質(zhì)、高效、降本的交通發(fā)展目標(biāo)。智慧梁廠是基于高速公路建設(shè)生產(chǎn)中BIM 技術(shù)應(yīng)用于智能制造下的產(chǎn)物。智慧梁廠是交通運輸生產(chǎn)建設(shè)企業(yè)向工業(yè)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展的必經(jīng)之路。研究高速公路工程指揮梁廠的規(guī)劃及應(yīng)用創(chuàng)新對推動我國交通運輸行業(yè)提升供給質(zhì)量及效率有著重要的意義。

1 智慧梁廠的規(guī)劃

智慧梁廠的整體規(guī)劃應(yīng)立足實際需求和交通運輸供給側(cè)改革的核心。梁廠規(guī)模大小、場地位置、廠內(nèi)規(guī)劃等，都要與高速公路項目建設(shè)需求保持一致。一般將智慧梁廠的規(guī)劃分為場地、平面布置、設(shè)施設(shè)備三大部分。

1.1 場地規(guī)劃

場地規(guī)劃包括選址規(guī)劃和運輸通道規(guī)劃兩部分。在廠址選擇上，應(yīng)考慮交通運輸?shù)谋憷裕裱僬鞯?、少平場地的基本原則。同時，梁廠需要建設(shè)在地基穩(wěn)定、方便交叉施工、方便進出場、便于排水的位置。建址要避開滑坡、泥石流等區(qū)域。廠址必須建設(shè)在路基填方之上，來保證預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基礎(chǔ)環(huán)境的穩(wěn)定性。運輸通道需要考慮到運輸材料、預(yù)制構(gòu)件及設(shè)備的實際需求。通道建設(shè)的寬度應(yīng)以最大設(shè)備運輸車輛通過寬度為準(zhǔn)，通道路基承受荷載應(yīng)以最重設(shè)備或預(yù)制構(gòu)件加運輸車輛的最大荷載為準(zhǔn)。運輸?shù)缆沸枰獫M足大型設(shè)計及運輸車輛的通行[1]。

1.2 平面布置規(guī)劃

梁廠平面規(guī)劃包括鋼梁房、制梁區(qū)、辦公區(qū)三部分。廠房大小根據(jù)實際情況而定。鋼筋房的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮抗震、抗風(fēng)等級，選擇強度高、耐久性好的材料作為鋼筋房的內(nèi)外結(jié)構(gòu)。鋼筋房功能分區(qū)應(yīng)根據(jù)原材料及成本的存放及制作生產(chǎn)場地等，劃分為存放區(qū)、鋼筋制作區(qū)、成品存放處、半成品存放區(qū)、廢舊料堆放區(qū)、鋼筋綁扎區(qū)、運輸通道、辦公區(qū)、生活區(qū)等。各部分功能分區(qū)的面積根據(jù)情況而定。制梁區(qū)可通過建設(shè)多功能梁板共用平臺來提高對場地的利用率。辦公區(qū)與生活區(qū)應(yīng)設(shè)置在鋼筋房的外側(cè)，且辦公生活區(qū)與生產(chǎn)區(qū)有明確的分區(qū)接線，以便實施分區(qū)管理[2]。

1.3 設(shè)備規(guī)劃

根據(jù)智慧梁廠的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化、數(shù)字化建設(shè)需求，在設(shè)備規(guī)劃方面應(yīng)側(cè)重選擇自動化設(shè)備、智能設(shè)備，便于構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智慧梁廠信息化管理平臺。高速公路預(yù)制構(gòu)件加工需要應(yīng)用到鋼筋自動化加工設(shè)備、自動化張拉及壓漿設(shè)備、起重設(shè)備、自動噴淋養(yǎng)護設(shè)備等。各類設(shè)備選擇中，應(yīng)選擇應(yīng)用無線傳染技術(shù)及自動化水平較高的設(shè)備，便于利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及BIM 信息管理平臺實施統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化管理[3]。

2 智慧梁廠的創(chuàng)新應(yīng)用

2.1 信息化、智慧化管理平臺

智慧梁廠的規(guī)劃是建立在信息整合的基礎(chǔ)上實施的智慧管理。在高速公路工程智慧梁廠規(guī)劃前，應(yīng)構(gòu)建信息化、智慧化管理平臺。信息化、智慧化管理平臺相對于傳統(tǒng)的梁廠管理而言，實現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)從設(shè)計落地到智能制造的一體化，充分應(yīng)用了信息化、自動化、數(shù)字化、智能化技術(shù)，幫助高速公路制造企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在制定智慧梁廠生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)方法時，可以通過信息化、智慧化管理平臺的終端聯(lián)網(wǎng)管理，及時上傳施工端的信息，由管理平臺通過綜合分析來評估施工可能存在的薄弱環(huán)節(jié)，再針對薄弱環(huán)節(jié)制定科學(xué)的、實用的細(xì)化方案，加強對薄弱環(huán)節(jié)的針對性質(zhì)量控制。針對預(yù)制梁加工生產(chǎn)及施工過程中的精度控制，也可以采取在線監(jiān)測和綜合管理相結(jié)合的方式，預(yù)防生產(chǎn)及安裝過程中的精度偏差[4]。

2.2 智慧梁廠的創(chuàng)新應(yīng)用

2.2.1 鋼筋自動化加工

在鋼筋加工方面，智慧梁廠引進SGW12D 全自動數(shù)控鋼筋彎箍機、LSW32 立式彎曲智能數(shù)控設(shè)備、SGS100 數(shù)控鋼筋剪切機等，組建是能數(shù)控鋼筋剪切生產(chǎn)線、彎箍生產(chǎn)線等。同時，還創(chuàng)新鋼筋定位胎架法綁扎鋼筋的方法，有效的提升了鋼筋生產(chǎn)管理的自動化水平及鋼筋產(chǎn)品生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化程度。相對傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線及人工生產(chǎn)工藝，智能數(shù)控設(shè)備的引入簡化了鋼筋加工的流程，提高了鋼筋加工的標(biāo)準(zhǔn)化程度。骨架定位胎架綁扎放進的工藝同業(yè)提升了綁扎環(huán)節(jié)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化。整體而言，縮短了鋼筋加工的工期，提升了鋼架加工的整體質(zhì)量和生產(chǎn)效率[5]。

2.2.2 橋梁預(yù)應(yīng)力張拉

高速公路梁體預(yù)應(yīng)力張拉是延長梁板壽命的關(guān)鍵。在梁體預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)，引入自動化張拉系統(tǒng)及設(shè)備，可以加強對梁體預(yù)應(yīng)力張拉指標(biāo)的精細(xì)化管控，從而提升了對預(yù)應(yīng)力張拉的質(zhì)量控制。這種基于信息化在線監(jiān)控的管理方式在梁體質(zhì)量管理上實現(xiàn)了溯源追蹤，有利于產(chǎn)品質(zhì)量管控和責(zé)任追蹤，同時還了生產(chǎn)效率，縮短了工期，相對于人工張拉極大的降低了梁體張拉環(huán)節(jié)的成本。

2.2.3 梁體自動養(yǎng)護

智慧梁廠預(yù)制梁養(yǎng)護采用了自動噴淋養(yǎng)護裝置及系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的人工養(yǎng)護，自動噴淋養(yǎng)護裝置及系統(tǒng)的應(yīng)用可以保障預(yù)制梁成品養(yǎng)護指標(biāo)的精細(xì)化管控。在梁體養(yǎng)護專區(qū)，智能傳感器的設(shè)置可以自動采集梁體養(yǎng)護過程中溫度、濕度等各項指標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸給一體化信息管理平臺，管理人員可實時追蹤梁體養(yǎng)護的動態(tài)。在養(yǎng)護裝置方面，采用了自動伸縮式可埋置噴頭。該噴頭具有180 度自動旋轉(zhuǎn)噴淋的功能。自動化噴頭與傳感裝置均接入一體化管理平臺。在管理員管理端口，還可以通過安裝相應(yīng)的管理軟件，利用收集來實現(xiàn)對自動噴淋養(yǎng)護裝置的開關(guān)和參數(shù)的調(diào)控，隨時拿出手機監(jiān)測梁體養(yǎng)護的情況。智慧梁廠自動養(yǎng)護的應(yīng)用實現(xiàn)了對梁體養(yǎng)護的全方位、全天候、系統(tǒng)化、精細(xì)化、智慧化管理，提升了梁體養(yǎng)護的標(biāo)準(zhǔn)化水平、養(yǎng)護質(zhì)量和養(yǎng)護效率。養(yǎng)護區(qū)的集中養(yǎng)護管理相對于人工養(yǎng)護，不僅減輕了養(yǎng)護工作量，還降低了梁體養(yǎng)護的綜合成本。此外，梁體養(yǎng)護采用了智能噴淋+蓄水循環(huán)回收利用的設(shè)計，箱梁養(yǎng)護應(yīng)用了自動化控制與無線傳染技術(shù)。自來水、雨水均可循環(huán)用于梁體養(yǎng)護。自動化控制保證了箱梁養(yǎng)護水始終處于恒溫狀態(tài)[6]。

2.2.4 模板系統(tǒng)自動化工藝

智慧梁廠模板系統(tǒng)采用了自動化工藝設(shè)計。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將振搗系統(tǒng)、調(diào)解支撐系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、行走系統(tǒng)等接入液壓模板，構(gòu)建自行式液壓模板系統(tǒng)，實現(xiàn)對模板工藝環(huán)節(jié)的智慧化管控。自行液壓模板相對于傳統(tǒng)的人工組建模板，不僅組裝、拆卸、吊裝模板標(biāo)準(zhǔn)化程度高、效率高，而且極大的減少了模板拼裝拆借的錯誤，拼接的模板外觀質(zhì)量遠(yuǎn)高于人工施工。

2.2.5 混凝土澆筑及智能控制系統(tǒng)

混凝土智能控制系統(tǒng)是智慧梁場智能化管理的核心技術(shù)之一。智慧梁場管理平臺接入混凝土智能控制系統(tǒng)、鋼筋自動加工系統(tǒng)、監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)。三大系統(tǒng)可同時運行，由平臺協(xié)調(diào)BIM 模型應(yīng)用、預(yù)制生產(chǎn)數(shù)字化管理、物流管理、設(shè)備管理、人員管理、場地動態(tài)管理等進行操作。在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，引入自動化程度較高的龍門吊和泵送系統(tǒng)。自動化泵送系統(tǒng)的混凝土罐車可在場內(nèi)自由移動，利用龍門吊吊裝混凝土罐車到混凝土澆筑現(xiàn)場，有效的提升了混凝土澆筑作業(yè)的效率。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測混凝土罐車、自動泵送系統(tǒng)等設(shè)備實現(xiàn)智控輸送，遠(yuǎn)程自動化操作混凝土的澆筑?；炷翝仓瓿珊髮嵭羞h(yuǎn)程養(yǎng)護?；炷翝仓F(xiàn)場布設(shè)傳感器，可通過智能協(xié)同管理平臺查詢操作記錄、養(yǎng)護狀態(tài)、濕度趨勢、歷史噴淋數(shù)據(jù)等。智能控制澆筑成的實體混凝土強度監(jiān)測合格率可達(dá)100%?；炷翝仓瓿珊笞詣映睗耩B(yǎng)護時間應(yīng)不少于15 天[7]。

2.2.6 監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)

智慧梁場規(guī)劃建設(shè)了協(xié)同管理平臺，協(xié)同管理平臺設(shè)計了九大管理功能，分別是BIM 模型應(yīng)用、場地動態(tài)管理、人員管理、物料管理、設(shè)備管理、質(zhì)量安全管理、檔案管理、綠色施工、預(yù)制生產(chǎn)數(shù)字化管理。該平臺為智慧梁場實行集中智能化管理的核心。高速公路工程預(yù)制梁標(biāo)準(zhǔn)化施工以BIM 技術(shù)為核心，依托云計算，監(jiān)理新一代高速公路信息化平臺及應(yīng)用場景。該平臺管理系統(tǒng)設(shè)計有以下子系統(tǒng)：工程調(diào)度指揮系統(tǒng)、電子施工日志系統(tǒng)、施工組織管理系統(tǒng)、試驗室管理系統(tǒng)、混凝土拌和站信息系統(tǒng)、梁場信息管理系統(tǒng)、檢驗批管理系統(tǒng)、預(yù)制梁靜載信息管理系統(tǒng)、自動張拉管理系統(tǒng)、征地拆遷、驗工計價等多項信息管理系統(tǒng)。通過管理平臺可以對子系統(tǒng)進行監(jiān)測控制，對設(shè)計、施工、運維管理的技術(shù)、方法等采取一體化管理。為保證智慧梁場施工的安全，在箱梁預(yù)制工序區(qū)域、拌和站、實驗室等需要監(jiān)控的部位安裝自動監(jiān)控設(shè)備，可通過無線管、光纖對監(jiān)控區(qū)域進行信息采集。自動監(jiān)控設(shè)備將實時采集的錄像通過無線或光纖傳輸給主機、主控中心或智慧中心，就可以及時觀察或隨時調(diào)取施工區(qū)域各時間段的監(jiān)控錄像。主機、主控中心、智慧中心利用聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)可以對施工現(xiàn)場進行遠(yuǎn)程查看與控制，從而實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的智能監(jiān)測監(jiān)控。

2.2.7 質(zhì)量追溯

預(yù)制梁場智慧協(xié)同管理平臺可對預(yù)制箱梁的生產(chǎn)資料以單元模塊的形式進行收集和整理，并為每孔箱梁設(shè)計專有二維碼身份證。在箱梁驗收時，通過掃碼就可查驗到每孔箱梁從原材料到成本的每道生產(chǎn)工序及其他詳細(xì)的資料集合，包括所有的質(zhì)量驗收資料。通過為每孔箱梁設(shè)計編碼，實現(xiàn)智慧梁場規(guī)劃中對產(chǎn)品質(zhì)量的追溯管理。

2.2.8 安全管理

高速公路工程智慧梁場為確保安全，還針對施工人員采取安全教育培訓(xùn)及統(tǒng)一管理。安全管理的內(nèi)容包括線下安全教育宣傳和線上監(jiān)控，以及設(shè)置VR安全體驗管、員工休息室、吸煙室等。施工人員休息時必須進入員工休息室，吸煙時必須進入吸煙室，以防施工過程中的意外。線上監(jiān)控指對施工人員安全防護狀態(tài)進行監(jiān)控。指揮中心通過協(xié)同管理平臺可以看到施工區(qū)施工人員是否穿戴防護用品。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對安全人員未佩戴安全帽及其他防護措施的情況會自動向指揮中心發(fā)出報警提示，并由管理者提醒并要求施工人員正確佩戴防護用品。通過采取多項安全管理措施，來提高施工人員的安全意識及對施工人員的安全管理，最大程度地保障施工人員人身安全。

3 結(jié)語

綜上所述，高速公路智慧梁廠的規(guī)劃及應(yīng)用充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”優(yōu)勢，將互聯(lián)網(wǎng)信息化平臺與預(yù)制梁生產(chǎn)線、生產(chǎn)工藝及梁廠的標(biāo)準(zhǔn)化管理相結(jié)合，實現(xiàn)了工業(yè)梁廠的信息化、智慧化建設(shè)，提升了預(yù)制梁場數(shù)字化管理的水平。智慧梁廠規(guī)劃與創(chuàng)新應(yīng)用的核心在于將傳統(tǒng)的預(yù)制梁生產(chǎn)推向了工業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)與管理，應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、BIM 技術(shù)、智能制造技術(shù)等，融合了預(yù)制梁生產(chǎn)的自動化和數(shù)字化，使預(yù)制梁生產(chǎn)管理體現(xiàn)出現(xiàn)代化、智慧化的特征。新一代信息技術(shù)在智慧梁廠中的高度融合實現(xiàn)了預(yù)制梁廠信息資源的高效整合和共享利用，便于實施預(yù)制梁的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)與管理。最終實現(xiàn)了智慧梁廠大型預(yù)制梁整個生產(chǎn)過程高效、高質(zhì)和降本的目標(biāo)。