智能型纜機(jī)運(yùn)輸管理研究

許珍

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

0 引言

白鶴灘水電站位于四川寧南縣和云南巧家縣，地處崇山峻嶺深處、金沙江峽谷中，地勢(shì)陡峭、交通不便，常規(guī)交通運(yùn)輸設(shè)備在峽谷內(nèi)運(yùn)輸成本極高，材料、物資設(shè)備運(yùn)輸主要采用7 臺(tái)平移式纜機(jī)運(yùn)輸。纜機(jī)群作為大壩810 萬m3混凝土、12.6 萬t 金屬結(jié)構(gòu)及材料吊裝的主要運(yùn)輸設(shè)備，纜機(jī)群的運(yùn)輸效率對(duì)大壩的施工進(jìn)度有著直接影響。作為世界上最大的纜機(jī)群，在惡劣氣候條件下持續(xù)安全運(yùn)輸是工程建設(shè)的重要運(yùn)輸保障。

1 纜機(jī)群安全運(yùn)輸管理

白鶴灘水電站工程的7 臺(tái)纜機(jī)均為大噸位、高塔架、平移式纜機(jī)，具有數(shù)量多、跨距大、揚(yáng)程高、運(yùn)輸速度快、相互干擾大、大風(fēng)天氣環(huán)境下持續(xù)運(yùn)輸時(shí)間長的特點(diǎn)。特別是纜機(jī)群要在有限空間內(nèi)多臺(tái)高低層交叉作業(yè)、聯(lián)合運(yùn)輸，對(duì)安全運(yùn)輸有很高的要求。因此確保纜機(jī)群高效、安全運(yùn)輸是重中之重。

1.1 纜機(jī)群運(yùn)輸風(fēng)力測(cè)控

該纜機(jī)運(yùn)輸區(qū)域年均出現(xiàn)7 級(jí)以上大風(fēng)天氣239d，占年度總時(shí)長的65.5%。在大風(fēng)天氣條件下，纜機(jī)群高效、安全運(yùn)輸是整個(gè)工程運(yùn)輸?shù)闹攸c(diǎn)，因此風(fēng)力測(cè)控是纜機(jī)群運(yùn)輸過程中的重要環(huán)節(jié)。

測(cè)控方法：在1 臺(tái)纜機(jī)主塔、機(jī)房、小車、吊罐、副塔架分別設(shè)置1 臺(tái)風(fēng)速儀，在吊罐、吊鉤、司機(jī)室、小車上安裝高精度GPS 接收器，在吊罐和吊鉤上安裝高精度角度傳感器。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集GPS、角度傳感器和風(fēng)速儀的信號(hào)，經(jīng)過處理后通過無線以太網(wǎng)傳送到司機(jī)室控制中心。司機(jī)室控制中心把采集到的各個(gè)位置的風(fēng)速儀數(shù)據(jù)和吊鉤的GPS 數(shù)據(jù)解析后，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的風(fēng)速和吊鉤的擺距，記錄在上位機(jī)上，以便后期分析并做出決策。GPS 系統(tǒng)控制圖如圖1所示。

圖1 GPS 系統(tǒng)控制圖

1.2 纜機(jī)群協(xié)作運(yùn)輸原則

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)建筑及設(shè)備分布情況，纜機(jī)群協(xié)作運(yùn)輸是提升運(yùn)輸效率的關(guān)鍵。采用“雙層雙平+高低兩線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)+雙層供料平臺(tái)”纜機(jī)群布置方案，解決了纜機(jī)群占位、高效調(diào)配、主索跨距過大的難題。通過反復(fù)分解動(dòng)作、對(duì)比分析，從混凝土運(yùn)輸進(jìn)倉、卸料、返回3 個(gè)環(huán)節(jié)共12 個(gè)分解動(dòng)作制定“纜機(jī)協(xié)作”標(biāo)準(zhǔn)化用時(shí)，充分解決了纜機(jī)以水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸為主的問題，縮短了運(yùn)輸時(shí)間，提高了運(yùn)輸效率。通過風(fēng)速儀，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的風(fēng)速和吊鉤的擺距，制定纜機(jī)群“高進(jìn)低出”，相鄰纜機(jī)“不同進(jìn)同出”的方式，避免了協(xié)作運(yùn)輸過程中多臺(tái)纜機(jī)發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 大風(fēng)天氣運(yùn)輸管理

通過分析不同風(fēng)速對(duì)纜機(jī)群運(yùn)輸?shù)挠绊?，制定大風(fēng)天氣情況下纜機(jī)運(yùn)輸三級(jí)響應(yīng)制度，規(guī)范在不同風(fēng)速情況下運(yùn)輸原則、相鄰纜機(jī)的間距控制標(biāo)準(zhǔn)，確保纜機(jī)群安全、高效運(yùn)輸。響應(yīng)流程如圖2所示。分析研究大風(fēng)氣象特征與纜機(jī)不同工況下的運(yùn)維參數(shù)，揭示了特殊工況下纜機(jī)運(yùn)輸?shù)囊?guī)律，構(gòu)建了纜機(jī)運(yùn)輸原則和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了運(yùn)輸效率。

圖2 大風(fēng)天氣運(yùn)輸響應(yīng)流程圖

1.4 大霧天氣運(yùn)輸管理

在大霧天氣條件下，能見度較低，纜機(jī)群運(yùn)輸存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)遵循大霧天氣下纜機(jī)群運(yùn)輸原則：纜機(jī)牽引、提升不允許聯(lián)動(dòng)操作。當(dāng)可見度≥100m時(shí)，纜機(jī)牽引正常運(yùn)輸；50m≤可見度＜100m 時(shí)，纜機(jī)牽引限速3 擋；30m≤可見度＜50m 時(shí)，纜機(jī)牽引限速2擋；當(dāng)可見度＜30m 時(shí)，纜機(jī)停止運(yùn)輸。纜機(jī)架空完畢后，操作人員應(yīng)將小車位置修正到初始位置，當(dāng)接到指令后，應(yīng)及時(shí)通知操作司機(jī)將小車走到指定位置。

1.5 雷雨天氣運(yùn)輸管理

雷雨天氣經(jīng)常伴隨大風(fēng)出現(xiàn)，出現(xiàn)纜機(jī)過度晃動(dòng)的情況，有可能造成人員傷亡的事件，應(yīng)做好防雷防風(fēng)措施并及時(shí)停止運(yùn)輸。在特殊情況下，采用高平臺(tái)纜機(jī)網(wǎng)狀分散，切斷主電源形成避雷網(wǎng)，保護(hù)低平臺(tái)纜機(jī)減速運(yùn)輸至安全位置后，停止運(yùn)輸。

1.6 纜機(jī)保養(yǎng)

纜機(jī)維護(hù)保養(yǎng)分為例行保養(yǎng)、定期保養(yǎng)、磨合保養(yǎng)三大類，具有保養(yǎng)點(diǎn)多、線長、面廣等特點(diǎn)。定期維護(hù)保養(yǎng)包括日、周、月、年保養(yǎng)，需嚴(yán)格規(guī)定保養(yǎng)部位、保養(yǎng)周期，明確保養(yǎng)責(zé)任人，確保運(yùn)輸過程安全可靠。

2 纜機(jī)群聯(lián)合運(yùn)輸管理

針對(duì)超大、超重構(gòu)件運(yùn)輸，采用多臺(tái)纜機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸。多臺(tái)纜機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸涉及水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸，安全風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)司機(jī)和指揮人員的專業(yè)水平和協(xié)作配合要求很高。

2.1 聯(lián)合運(yùn)輸操作要點(diǎn)

兩臺(tái)纜機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸超大構(gòu)件時(shí)，一臺(tái)纜機(jī)先行走至平衡梁掛鉤位置，另一臺(tái)纜機(jī)在專人監(jiān)護(hù)的情況下，司機(jī)按住旁路行走至安全并機(jī)距離。同平臺(tái)兩臺(tái)纜機(jī)掛上平衡梁后，兩臺(tái)纜機(jī)司機(jī)設(shè)置在同一個(gè)通信聯(lián)系頻道，以自控狀態(tài)指揮調(diào)平平衡梁、小車位置平行。確定兩臺(tái)纜機(jī)小車大鉤擋位（基數(shù)，微數(shù)）一致后，選擇主副機(jī)開始并機(jī)。主機(jī)先聯(lián)動(dòng)，隔2～3s 副機(jī)受控，主副司機(jī)顯示燈正常后，嘗試動(dòng)作，看兩臺(tái)纜機(jī)動(dòng)作是否一致，若一致則正常工作。聯(lián)合運(yùn)輸完成后，副機(jī)先自控，然后主機(jī)再自控。

2.2 纜機(jī)群聯(lián)合運(yùn)輸要求

在纜機(jī)群聯(lián)合運(yùn)輸工況下，提升、牽引和大車行走速度均應(yīng)小于原正常行走速度的50%，兩臺(tái)纜機(jī)小車的相對(duì)位置不能超過3m。低速提升至距離地面30cm 左右時(shí)，停機(jī)檢查制動(dòng)是否可靠，吊掛是否牢固，確保在安全環(huán)境下方可進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)輸。聯(lián)合運(yùn)輸完成后，及時(shí)檢查主索的索頭完好情況及小車、承碼、其他各機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況。

3 智能運(yùn)輸管理

為了實(shí)現(xiàn)在纜機(jī)群運(yùn)輸過程中障礙物自動(dòng)識(shí)別避讓、自動(dòng)定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)及時(shí)錄入、統(tǒng)計(jì)等智能化功能，開展了纜機(jī)群運(yùn)輸智能化系統(tǒng)研究。

3.1 司機(jī)防疲勞系統(tǒng)

司機(jī)在高強(qiáng)度、長時(shí)間作業(yè)過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)精力不集中、打瞌睡的情況，是安全運(yùn)輸?shù)拇箅[患。為了保證安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)輸，進(jìn)行了司機(jī)防疲勞系統(tǒng)研究。司機(jī)防疲勞系統(tǒng)是利用攝像面部識(shí)別技術(shù)，采集司機(jī)面部特征進(jìn)行識(shí)別和狀態(tài)分析，結(jié)合語音提示功能，達(dá)到智能警示及設(shè)備保護(hù)的目的。在司機(jī)室正前方工控機(jī)臺(tái)上安裝疲勞識(shí)別攝像頭，通過設(shè)定攝像、圖片采集對(duì)比、預(yù)警提示，實(shí)現(xiàn)司機(jī)在疲勞狀態(tài)時(shí)自動(dòng)語音警示。系統(tǒng)連續(xù)提醒3 次，自動(dòng)限定纜機(jī)牽引速度≤2 擋（1.5m/s），提升≤2 擋（0.6m/s），待確定司機(jī)復(fù)位后，恢復(fù)正常運(yùn)輸速度。增設(shè)操作人員防疲勞系統(tǒng)，通過采集操作人員的面部信息，判斷人員的疲勞程度，發(fā)出語音提醒，降低了纜機(jī)人為因素安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 防碰撞系統(tǒng)

纜機(jī)運(yùn)輸范圍全部在峽谷中，場(chǎng)地狹窄、周邊設(shè)備密集、運(yùn)輸環(huán)境復(fù)雜多變且運(yùn)輸跨度和高度都很大，因此設(shè)置防碰撞系統(tǒng)非常必要。

防碰撞系統(tǒng)包括：施工設(shè)備位置檢測(cè)系統(tǒng)、信息交換系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)服務(wù)器和人機(jī)交互系統(tǒng)四大部分。服務(wù)器是防碰撞系統(tǒng)的控制中心，可以與每一臺(tái)纜機(jī)上的控制單元通信，收集纜機(jī)的位置和狀態(tài)數(shù)據(jù)。服務(wù)器采集各纜機(jī)的位置和狀態(tài)數(shù)據(jù)并建立三維模型，對(duì)控制范圍內(nèi)所有纜機(jī)進(jìn)行信息處理，判斷是否會(huì)發(fā)生碰撞，然后把結(jié)果反饋到每臺(tái)纜機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)纜機(jī)群安全運(yùn)輸。防碰撞系統(tǒng)通信原理如圖3所示。

圖3 防碰撞系統(tǒng)通信原理示意圖

3.3 運(yùn)輸目標(biāo)位置設(shè)定系統(tǒng)

為保證纜機(jī)群安全、高效運(yùn)輸，防止司機(jī)誤操作、提高纜機(jī)群運(yùn)輸效率，在纜機(jī)司機(jī)室人機(jī)界面工控機(jī)操作系統(tǒng)中，設(shè)置運(yùn)輸目標(biāo)位置設(shè)定系統(tǒng)。當(dāng)纜機(jī)運(yùn)輸時(shí)，提前設(shè)置提升、牽引目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)。設(shè)定完成后，將纜機(jī)限定在設(shè)定數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，超出范圍將強(qiáng)制保護(hù)，有效防范誤操作造成的安全事故。運(yùn)輸目標(biāo)位置設(shè)定系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 運(yùn)輸目標(biāo)位置設(shè)定系統(tǒng)

3.4 智能監(jiān)控系統(tǒng)

通過對(duì)纜機(jī)群運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集分析，生成運(yùn)輸報(bào)表，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析運(yùn)輸狀態(tài)、運(yùn)輸效率情況。將纜機(jī)群運(yùn)輸?shù)母鼽c(diǎn)數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)共享，精準(zhǔn)分析并智能預(yù)警各個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)，整體提升材料、物資設(shè)備的運(yùn)輸效率。纜機(jī)運(yùn)輸效率過程分析主要包括生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)識(shí)別、運(yùn)輸車?yán)|機(jī)整點(diǎn)運(yùn)量分析、各環(huán)節(jié)耗時(shí)分析，并通過運(yùn)輸過程預(yù)警預(yù)報(bào)機(jī)制進(jìn)行消息報(bào)送。纜機(jī)單循環(huán)運(yùn)輸包括待料、裝料、運(yùn)輸、卸料、回程環(huán)節(jié)。通過衛(wèi)星定位、數(shù)據(jù)緩存、速度傳感器、通信等組件，研制纜機(jī)監(jiān)控設(shè)備對(duì)纜機(jī)位置、速度、受料、待料等信息進(jìn)行采集，并以通信方式發(fā)送給服務(wù)器，同步感知纜機(jī)、運(yùn)輸車的編號(hào)與位置，采集設(shè)備狀態(tài)及其耗時(shí)，解決纜機(jī)與水平運(yùn)輸車高效運(yùn)輸及環(huán)節(jié)識(shí)別問題。智能監(jiān)控系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 智能監(jiān)控系統(tǒng)

3.5 運(yùn)輸強(qiáng)度

依托纜機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到纜機(jī)障礙物識(shí)別、避讓、運(yùn)輸過程監(jiān)控、分析的目的，提高了纜機(jī)群運(yùn)輸管理水平，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)高效調(diào)度。纜機(jī)單循環(huán)分解為4 個(gè)單元12 個(gè)分解動(dòng)作進(jìn)行分析，通過制定個(gè)性化運(yùn)輸方式，提高了運(yùn)輸強(qiáng)度和安全性。采用高進(jìn)低出，相鄰纜機(jī)不同進(jìn)同出的方式，避免碰撞風(fēng)險(xiǎn)?；炷吝\(yùn)輸效率由平均45m3/h 逐步提高到108m3/h，創(chuàng)造了纜機(jī)群月運(yùn)輸強(qiáng)度27.3 萬m3、年運(yùn)輸強(qiáng)度270 萬m3的記錄，運(yùn)輸效率顯著提高。

4 結(jié)語

通過纜機(jī)群可視化調(diào)度、智能化控制，采用調(diào)度規(guī)劃、目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)輸過程監(jiān)控和效率分析等智能化運(yùn)輸功能，實(shí)現(xiàn)了纜機(jī)群多工況安全高效運(yùn)輸。利用成套新方法，對(duì)各環(huán)節(jié)運(yùn)輸效率、行為和軌跡進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和控制，實(shí)現(xiàn)了混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸過程各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、可視化、精準(zhǔn)化控制?？蔀轭愃谱鳂I(yè)環(huán)境下，水平、垂直運(yùn)輸提供借鑒。