基于物聯(lián)網(wǎng)的梁場施工過程智能管理方法

劉秀珍，王文強，楊 立

(中國建筑土木建設有限公司，北京 100071)

0 引 言

梁場為生產(chǎn)前兩種預制混凝土的簡質(zhì)場地，生產(chǎn)完成簡質(zhì)后，由運梁機將簡質(zhì)運到橋墩上，起到整個建筑結(jié)構(gòu)的支撐作用。但由于梁場施工過程中出現(xiàn)的安全隱患較多，客觀上會對廣大從業(yè)人員的生命健康和財產(chǎn)安全產(chǎn)生重大影響，因此，梁場施工管理工作在梁場施工中一直占有極其重要的地位。為實現(xiàn)梁場施工過程的智能化管理，在確保施工安全的同時，最大限度地提高施工質(zhì)量和施工進度，采用物聯(lián)網(wǎng)技術優(yōu)化設計管理方法。

1 梁場施工過程智能管理方法

對于梁場施工過程智能管理方法的設計，是在傳統(tǒng)管理方法的基礎上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術進行實時施工數(shù)據(jù)的采集，并根據(jù)數(shù)據(jù)的采集結(jié)果采取相應的管理措施。

1.1 分析梁場施工工藝

對生產(chǎn)預制梁的場地進行預制梁鋼筋骨架預制，機械化加工生產(chǎn)預制梁所需的各類鋼筋構(gòu)件，并對構(gòu)件進行分類堆放。在制作梁體內(nèi)骨架時，應采用定型制作帶膜鋼筋定位綁扎，再采用扎絲與點焊結(jié)合的形式，保證每根鋼筋間距準確，骨架牢固。預應力管道應嚴格按設計要求的位置安裝，直線段波紋管應每隔80 cm安裝1根定位鋼筋，曲線段應每隔40 cm安裝1根定位鋼筋，最后得出鋼筋的加工安裝效果[1]。

1.2 利用物聯(lián)網(wǎng)技術收集梁場施工數(shù)據(jù)

物聯(lián)網(wǎng)是一個應用架構(gòu)，它通過感應裝置、控制裝置，按照約定的協(xié)議，將物體信息或物體之間的交互信息與因特網(wǎng)相連，進行信息交換和通信，實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)測和管理等功能。用于采集梁場結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)體系如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)框圖

依據(jù)梁場建設過程中所需的資料，采用5W1H原則，在不同的采集地點采集資料。下梁場采用物聯(lián)網(wǎng)技術施工所需的具體資料見表1。

表1 梁場施工過程采集信息表

梁場施工環(huán)境中安裝 RFID標簽及讀卡器設備，考慮到低頻標簽讀卡器間距過小，采用無鋼筋籠混凝土試塊埋設高頻和超高頻芯片兩組芯片標簽，并配有鋼筋籠混凝土試塊[2]。依據(jù)梁場建設的不同階段，選擇閱讀器設備和采集位置，保證實時采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。有關的物聯(lián)網(wǎng)設備安裝完畢后，管理人員在梁場運輸階段通過手持移動終端，讀取梁場構(gòu)件RFID出入庫信息，允許符合裝運計劃的梁場構(gòu)件通過，并將相關信息上傳。通過安裝讀寫器獲取梁場施工各階段的實時運行數(shù)據(jù)，并將其存儲在同一分組內(nèi)。

1.3 實現(xiàn)梁場施工過程智能管理

1.3.1 施工質(zhì)量管理

預制梁施工工程是按照一個工序、一個子項和一個標段施工的工程，因此預制梁施工的質(zhì)量控制也是以工序質(zhì)量控制、分項施工質(zhì)量控制、分段施工質(zhì)量控制為基礎的。最后，對預制梁單元進行質(zhì)量控制，形成完整的質(zhì)量控制體系，如圖2所示。

圖2 施工質(zhì)量管理流程圖

采用物聯(lián)網(wǎng)技術，能夠收集梁場主體結(jié)構(gòu)局部的荷載和狀態(tài)，并對突發(fā)情況做出應急響應。FBG傳感器可貼附于結(jié)構(gòu)表面或預埋于結(jié)構(gòu)內(nèi)，對結(jié)構(gòu)進行沖擊檢測、形變控制和減振檢測，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)缺陷的監(jiān)控。如果在梁場發(fā)現(xiàn)載荷異?；蛉毕輸?shù)據(jù)，應立即啟動報警裝置，用質(zhì)量較好的構(gòu)件代替有缺陷的構(gòu)件。

1.3.2 安全風險管理

主要從安全檢查和環(huán)境監(jiān)測兩方面進行安全風險管理的應用。每日安全檢查期間，需對梁場辦公生活區(qū)、制梁區(qū)、拌和站、提梁站等區(qū)域進行每日巡查，如在巡查中發(fā)現(xiàn)問題，可根據(jù)問題性質(zhì)選擇是否將問題納入問題庫進行封閉處理。在施工現(xiàn)場，安全風險管理應用應與揚塵在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，將物聯(lián)網(wǎng)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)實時傳送，實現(xiàn)管理措施的實施。如風力大于6級時發(fā)出警報，現(xiàn)場禁止露天吊裝作業(yè)，禁止高處作業(yè)；PM2.5大于75 μg/m3時發(fā)出警報，提醒現(xiàn)場人員做好防護，施工作業(yè)實行人性化管理。

1.3.3 施工進度管理

對項目范圍內(nèi)的活動及其相互關系進行分析，估算各項活動所需的時間，合理安排和控制建設項目范圍內(nèi)的活動的開始時間和結(jié)束時間。根據(jù)梁場進度管理的要求，在任意時間段內(nèi)，都可以對計劃進度和實際進度進行統(tǒng)計分析[3]。當梁場在某一時間段內(nèi)生產(chǎn)進度與計劃偏差較大時，可通過對該時間段生產(chǎn)各片梁的進度曲線進行分析，找出影響梁場施工和生產(chǎn)的工序和原因。綜合影響因素分析結(jié)果，應用預制梁場管理平臺調(diào)整施工計劃，生成施工資源配置數(shù)據(jù)，以提高進度管理的準確性和效率。

2 管理效果測試實驗分析

為了檢驗所設計的基于物聯(lián)網(wǎng)的梁場施工過程智能管理方法的管理效果，設計了管理效果測試實驗，所選梁場施工樣本為某高速鐵路TJ-4標段梁場，該梁場承擔工程 K段DK306+817.22-DK326+193范圍內(nèi)505孔箱梁預制工作，其中31 m箱梁502孔，25 m箱梁41孔，非標梁1孔。本試驗選擇的制梁場的施工環(huán)境如圖3所示。

圖3 梁場施工樣本

在該實驗環(huán)境下，分別從施工質(zhì)量、安全風險和施工進度三個方面進行管理效果的測試。為了形成實驗對比，設置傳統(tǒng)的施工管理方法和文獻[1]中提出的基于BIM技術的預制梁場管理方法作為實驗的兩種對比方法。按照梁場中的預制梁對實驗次數(shù)進行劃分，在不同的管理方法下統(tǒng)計施工質(zhì)量、安全事故次數(shù)以及施工周期的統(tǒng)計結(jié)果，并由此來體現(xiàn)設計管理方法的管理優(yōu)勢。經(jīng)過相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與對比，得出的實驗結(jié)果見表2。

表2 管理效果測試對比結(jié)果

從表2中可以看出，三種管理方法下梁場施工的平均質(zhì)量評分分別為8.44分、8.98分和9.54分，三種管理方法下發(fā)生的安全事故分別有24起、14起和3起，而三種管理方法下的平均施工周期分別為14 d、7.6 d和5.6 d。綜上所述，相比于其他兩種管理方法，本文所設計的智能管理方法在梁場施工質(zhì)量、安全事故發(fā)生數(shù)量和施工進度等方面均更加具有優(yōu)勢，即管理效果更優(yōu)。

3 結(jié)束語

近年來建筑施工安全事故頻發(fā)，事故總量偶有上升，其根本原因在于現(xiàn)有的安全控制系統(tǒng)已經(jīng)達到了管理瓶頸。在可預期的瓶頸突破中，由于從業(yè)人員流動性大，安全意識提高緩慢，對不安全行為的控制很難迅速取得成效；由于成本、進度等項目管理指標限制，安全評估、檢查和預警很難實現(xiàn)全過程無死角覆蓋。煤建企業(yè)可以借鑒煤炭、建筑兩大行業(yè)信息化建設的豐富經(jīng)驗，進行基于物聯(lián)網(wǎng)感知的安全控制系統(tǒng)的研究與實踐，以確保多維信息預警和安全風險控制下的各個施工項目順利實施。