高速鐵路預(yù)制梁場智能化技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要：近年來，高速鐵路工程行業(yè)通過工業(yè)化改革、產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型，建立了內(nèi)容完整、流程標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目生產(chǎn)建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈條。隨著對裝配式工藝、新材料、新技術(shù)、新工藝的持續(xù)應(yīng)用，較好的提升了預(yù)制梁場的生產(chǎn)制造水平與生產(chǎn)管理效率。本文選取高速鐵路預(yù)制梁場智能化技術(shù)應(yīng)用研究作為題目，概述了高速鐵路預(yù)制梁場的建設(shè)要求，介紹了智能化技術(shù)，剖析了在智能化技術(shù)應(yīng)用中功能應(yīng)用不齊全、技術(shù)協(xié)同應(yīng)用相對不足的問題。并以此為基礎(chǔ)，分別從系統(tǒng)性應(yīng)用、專項(xiàng)化管理方案應(yīng)用兩個(gè)層面提出了幾點(diǎn)有利于提高其應(yīng)用效用的措施。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;預(yù)制梁場;智能化技術(shù);應(yīng)用研究

中圖分類號：U216? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）07-0010-03

0 引言

傳統(tǒng)時(shí)期高速鐵路預(yù)制梁生產(chǎn)制造精度較低、誤差較大，不僅影響了后續(xù)的施工效率，也會(huì)導(dǎo)致潛在風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。進(jìn)入新時(shí)代后，通過引入工業(yè)設(shè)計(jì)思想與產(chǎn)業(yè)鏈思維，一方面加大了預(yù)制梁場預(yù)制梁的研發(fā)、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的資源配置率，另一方面我國從2018年開始在高速鐵路工程中擴(kuò)大了對信息技術(shù)的配置比例，促進(jìn)了智能化技術(shù)在高速鐵路預(yù)制梁場的應(yīng)用，由此，創(chuàng)建了以預(yù)制梁“研發(fā)設(shè)計(jì)→物料采購→預(yù)制生產(chǎn)→安裝施工→試運(yùn)行→維保”等為基本環(huán)節(jié)的生產(chǎn)建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈條。下面先對高速鐵路預(yù)制梁場的建設(shè)要求做出說明。

1 高速鐵路預(yù)制梁場的建設(shè)要求概述

首先，要求處理好預(yù)制梁場項(xiàng)目與總項(xiàng)目的關(guān)系?，F(xiàn)代高速鐵路工程包括總項(xiàng)目、分部項(xiàng)目、子項(xiàng)目，預(yù)制梁場只是項(xiàng)目產(chǎn)品生產(chǎn)建設(shè)中的分部項(xiàng)目，包括施工現(xiàn)場設(shè)施、臨時(shí)工程、臨時(shí)設(shè)施。由于此類項(xiàng)目以設(shè)計(jì)施工一體化模式進(jìn)行實(shí)踐，因而增強(qiáng)了預(yù)制梁場的預(yù)制梁項(xiàng)目，與其他分部項(xiàng)目的關(guān)系。例如，從總項(xiàng)目與預(yù)制梁場分部項(xiàng)目的關(guān)系看，預(yù)制梁場生產(chǎn)制造效率的高低、產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，直接影響著總項(xiàng)目的工期與成本投入。

其次，要求提高預(yù)制梁場的建設(shè)水平。現(xiàn)代高速鐵路工程中的分工程度日益加深，對預(yù)制梁場項(xiàng)目施工質(zhì)量提出了新要求。例如，在預(yù)制梁場選址時(shí)，需要應(yīng)充分考慮高速鐵路工程施工進(jìn)度，并在地理分布、運(yùn)輸條件等方面開展綜合評估，以此保障預(yù)制梁產(chǎn)品運(yùn)輸線路分布的合理性等。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，選擇線性分布路線，有利于促進(jìn)預(yù)制梁生產(chǎn)制造、運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性[1]。

最后，要求做好預(yù)制梁場的后續(xù)處理工作。預(yù)制梁場占地面積大、資源配置多，隨著環(huán)境工程管理需求的增加，既需要考慮到后續(xù)對預(yù)制梁場的有效利用，如將其作設(shè)計(jì)為車站、貨物倉儲(chǔ)中心等，也應(yīng)該充分考慮到對預(yù)制梁場建設(shè)、使用后的設(shè)施設(shè)備的拆除工作、回收工作，以及對于生產(chǎn)建設(shè)剩余垃圾的填埋處理等。

2 高速鐵路預(yù)制梁場常用的智能化技術(shù)

2.1 自動(dòng)化辦公系統(tǒng)技術(shù)

從2018年開始實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”改革以來，高速鐵路工程中的預(yù)制梁場更新了自動(dòng)化辦公系統(tǒng)，在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了紙質(zhì)辦公、自動(dòng)化辦公相結(jié)合的辦公模式。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對自動(dòng)化辦公系統(tǒng)的應(yīng)用，有利于提高生產(chǎn)部門、管理部門、技術(shù)部門、施工部門的辦公效率。例如，預(yù)制梁場與高速鐵路建設(shè)現(xiàn)場之間可以通過自動(dòng)化辦公系統(tǒng)，快速的完成信息交互，減少因信息傳輸速度慢而造成的風(fēng)險(xiǎn)及損失。

2.2 信息管理系統(tǒng)技術(shù)

在更新自動(dòng)化辦公系統(tǒng)的同時(shí)，幾乎所有的高速鐵路預(yù)制梁場，都建立了信息管理系統(tǒng)。一方面通過實(shí)現(xiàn)了預(yù)制梁生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)的信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、利用。另一方面結(jié)合信息管理思路，可以利用全要素分析方法，對預(yù)制梁場的生產(chǎn)管理要素進(jìn)行分析并制作要素清單。同時(shí)，能夠?qū)φ找厍鍐芜M(jìn)一步檢驗(yàn)生產(chǎn)管理中的技術(shù)指標(biāo)是否全面，并在要素與指標(biāo)方面建立起一種對應(yīng)關(guān)系。

2.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

雖然信息化管理思維及系統(tǒng)的應(yīng)用，幫助高速鐵路預(yù)制梁場較好的達(dá)到了信息化管理目標(biāo)?？墒?，由于生產(chǎn)管理要素、管理指標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系只停留于信息存儲(chǔ)階段，對其利用效率相對較低[2]。因此，在“互聯(lián)網(wǎng)+”改革的深化時(shí)期，多數(shù)高速鐵路預(yù)制梁場結(jié)合實(shí)際工作需求，引入了應(yīng)用頻率高、技術(shù)比較成熟、操作相對簡便的SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了生產(chǎn)管理要素庫、指標(biāo)庫，并將兩大數(shù)據(jù)庫與其它分部項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了通訊關(guān)聯(lián)，有效的提高了信息管理水平。

2.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

現(xiàn)階段，高速鐵路預(yù)制梁場生產(chǎn)建設(shè)中加快了數(shù)據(jù)庫建設(shè)。同時(shí)，在區(qū)分信息化管理、數(shù)據(jù)化管理的基礎(chǔ)上，開發(fā)了預(yù)制梁場生產(chǎn)管理要素、指標(biāo)、信息的數(shù)據(jù)共性特征。為大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用奠定了必要條件。從目前實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，部分施工單位已經(jīng)引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，搭建了具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制梁場信息化管理向數(shù)據(jù)化管理的轉(zhuǎn)型升級目標(biāo)。實(shí)踐過程中，以“線上+線下”混合管理模式為準(zhǔn)，建立了以“數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)清洗→數(shù)據(jù)傳輸→數(shù)據(jù)存儲(chǔ)→數(shù)據(jù)抽取→數(shù)據(jù)分析→生成數(shù)據(jù)報(bào)表→應(yīng)用數(shù)據(jù)報(bào)表”為主要流程的大數(shù)據(jù)管理體系，較好的滿足了當(dāng)前預(yù)制梁場的智能化管理需求[3]。

2.4 BIM技術(shù)

雖然現(xiàn)代高速鐵路預(yù)制梁場根據(jù)自身的需求，應(yīng)用了不同的智能化技術(shù)，起到較好的應(yīng)用效果，但是在綜合化應(yīng)用方面仍然以BIM技術(shù)為主。具體而言，在EPC總承包模式下，設(shè)計(jì)與施工的一體化實(shí)踐中，建設(shè)企業(yè)可以借助BIM技術(shù)搭建BIM信息管理平臺(tái)，并借助3DRevit軟件、4DNavisworks軟件等，完成預(yù)制梁產(chǎn)品的深化設(shè)計(jì)、施工可視化模擬、碰撞檢查，以及在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的解決方案等。另外，高速鐵路工程分段同步施工特點(diǎn)十分鮮明，在預(yù)制梁場項(xiàng)目與分段施工項(xiàng)目中，可以借助BIM信息管理平臺(tái)，將建設(shè)單位（業(yè)主）、設(shè)計(jì)單位、施工單位、供應(yīng)商統(tǒng)一納入到應(yīng)該平臺(tái)的用戶層。一方面，使參建各方在同一個(gè)信息管理平臺(tái)上開展信息交互，保障預(yù)制梁場的預(yù)制梁生產(chǎn)滿足分段施工時(shí)的構(gòu)件同步使用需求。另一方面，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與BIM技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用后，可以滿足分段施工時(shí)的多項(xiàng)目管理需求[4]。

2.5 其他智能化技術(shù)

除以上常用的幾項(xiàng)智能化技術(shù)之外，目前針對預(yù)制梁場產(chǎn)品生產(chǎn)制造中的實(shí)際需求，建設(shè)企業(yè)通過與第三方技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)之間的市場化合作，已經(jīng)研發(fā)了針對養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)的智能化養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、智能化鋼筋加工機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)、智能化張拉設(shè)備系統(tǒng)等。以智能化養(yǎng)護(hù)為例，不僅能夠解決混凝土簡支梁養(yǎng)護(hù)中，人工灑水、噴淋設(shè)施、噴涂養(yǎng)護(hù)效率低與資源耗費(fèi)較多的問題，而且對于冬季養(yǎng)護(hù)中養(yǎng)護(hù)效果不理想的情況，具有明顯的改善作用。其主要是將PC端、智能客戶端（如智能手機(jī)APP、手持PAD設(shè)備等）、現(xiàn)場操作箱進(jìn)行通訊關(guān)聯(lián)，利用多元化管理思路，在統(tǒng)一的智能化養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中，通過界面管理對其開展智能化養(yǎng)護(hù)管理操作。其中的配套措施包括了養(yǎng)護(hù)測點(diǎn)的布設(shè)、可折疊式移動(dòng)養(yǎng)護(hù)棚的配置、供氣或供水系統(tǒng)的設(shè)置，以及養(yǎng)護(hù)工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，預(yù)制梁場的智能化養(yǎng)護(hù)工藝流程主要由養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計(jì)—參數(shù)預(yù)設(shè)—系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)—預(yù)制梁產(chǎn)品養(yǎng)護(hù)等組成。

3 高速鐵路預(yù)制梁場中的智能化技術(shù)應(yīng)用問題

3.1 智能化技術(shù)的功能應(yīng)用不齊全

在高速鐵路預(yù)制梁場現(xiàn)用的智能化技術(shù)中，雖然數(shù)量有所增多，但是對于不同的智能化技術(shù)自帶的功能研究不夠，導(dǎo)致了在功能應(yīng)用方面捉襟見肘、差強(qiáng)人意的現(xiàn)象。

例如，在信息化管理（如自動(dòng)化辦公系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)化管理（如數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)）的應(yīng)用方面，未能區(qū)分兩種管理系統(tǒng)的本質(zhì)性差異。在前一種智能化技術(shù)應(yīng)用中，對于Office軟件、ERP軟件等，只進(jìn)行一般性應(yīng)用，沒有深入一步挖掘其中的信息計(jì)算功能，尤其對Excel中的數(shù)據(jù)、圖表計(jì)算與制作功能開發(fā)不足。在后一種智能化技術(shù)應(yīng)用中，沒有挖掘數(shù)據(jù)共性條件下，對預(yù)制梁場生產(chǎn)管理要素、生產(chǎn)管理指標(biāo)、生產(chǎn)管理信息的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理功能。再如，對于BIM技術(shù)的應(yīng)用中，只將重點(diǎn)集中在深化設(shè)計(jì)、施工模擬方面，缺乏對基于BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)開發(fā)，因而也沒有使參與高速鐵路工程建設(shè)的各個(gè)組織機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信息交互與數(shù)據(jù)共享。既不利于系統(tǒng)性管理工作的開展，也沒有使專項(xiàng)化管理在同一個(gè)管理平臺(tái)上，以協(xié)同合作的方式增強(qiáng)執(zhí)行效果、提高實(shí)踐效果。

3.2 智能化技術(shù)協(xié)同應(yīng)用相對不足

高速鐵路預(yù)制梁場智能化技術(shù)的應(yīng)用核心集中在“自動(dòng)化管理”“智能化管理”“智慧化管理”功能上，為了有效的實(shí)現(xiàn)此類功能，需要對智能化技術(shù)背后的互聯(lián)網(wǎng)思維、數(shù)字化思維做深入一步的研討及利用。例如，自動(dòng)化辦公、信息化管理、數(shù)據(jù)化管理、基于BIM技術(shù)的全面管理等，均需要清晰的突出不同智能化中的“萬物互聯(lián)”“信息交互”“數(shù)據(jù)共享”特征。只有在這種前提條件充分明確的情況下，才能夠進(jìn)一步借助思維方式的改變，挖掘獨(dú)立的智能化技術(shù)內(nèi)部各項(xiàng)功能之間的關(guān)聯(lián)性，與不同智能化技術(shù)之間的功能交互性。

例如，在當(dāng)前BIM技術(shù)應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)單位主要應(yīng)用Revit軟件進(jìn)行預(yù)制梁建模，同時(shí)應(yīng)用連接設(shè)計(jì)、拆分設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。建設(shè)單位主要是將CAD施工圖，導(dǎo)入到Revit軟件建立施工模型，再將其導(dǎo)入Navisworks軟件進(jìn)行施工推演。與之相比，施工單位在使用該技術(shù)時(shí)，除了通過三維模型、四維模型審核圖紙、開展施工場地模擬外，并沒有對其功能做進(jìn)一步開發(fā)，利用Navisworks軟件關(guān)聯(lián)的Project軟件制作進(jìn)度計(jì)劃表，通常也會(huì)忽略碰撞檢查功能，在各類構(gòu)件安裝施工時(shí)的應(yīng)用等[5]。

4 高速鐵路預(yù)制梁場智能化技術(shù)應(yīng)用對策

4.1 系統(tǒng)性應(yīng)用

首先，建議在高速鐵路預(yù)制梁場中，以實(shí)際的高速鐵路工程總項(xiàng)目、預(yù)制梁場分部項(xiàng)目為對象，明確產(chǎn)業(yè)鏈思維在總項(xiàng)目、分部項(xiàng)目中的應(yīng)用思路，進(jìn)而按照“大系統(tǒng)+小系統(tǒng)”的基本模式，在總項(xiàng)目生產(chǎn)建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈條下，構(gòu)建預(yù)制梁場預(yù)制梁產(chǎn)品生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈條。

其次，應(yīng)該根據(jù)預(yù)制梁產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、采購、生產(chǎn)加工、運(yùn)輸為基本環(huán)節(jié)，對應(yīng)的選擇智能化技術(shù)。以當(dāng)前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，應(yīng)該在信息化管理基礎(chǔ)上，先借助SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立預(yù)制梁生產(chǎn)管理要素庫、指標(biāo)庫。然后，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)建立以“終端數(shù)據(jù)采集—上傳—存儲(chǔ)—抽取—分析—生成分析報(bào)告—利用分析報(bào)告調(diào)整生產(chǎn)管理方案”為主的數(shù)據(jù)化管理體系?；蛘?，直接以BIM技術(shù)為準(zhǔn)，搭建預(yù)制梁場信息管理平臺(tái)，借助3DRevit軟件中的建模功能、“族庫”設(shè)置功能，與4DNavisworks模擬功能、碰撞檢查功能等，完成數(shù)據(jù)化管理。

4.2 專項(xiàng)化管理方案應(yīng)用

在高速鐵路預(yù)制梁場智能化技術(shù)應(yīng)用中，建立系統(tǒng)性應(yīng)用方案后，需要進(jìn)一步按照信息交互、數(shù)據(jù)共享的基本條件，設(shè)置專項(xiàng)化管理方案，確保預(yù)制梁場的產(chǎn)品生產(chǎn)制造、生產(chǎn)管理能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理目標(biāo)。

4.2.1以預(yù)制梁生產(chǎn)制造中的應(yīng)用為例

在預(yù)制梁產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，需要根據(jù)不同的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)智能化程度較高的子系統(tǒng)。例如，預(yù)制簡支梁中的鋼筋加工環(huán)節(jié)中，加工鋼筋構(gòu)件的數(shù)量相對較大，采用人機(jī)結(jié)合方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，此時(shí)就可以借助BIM技術(shù)，通過信息管理平臺(tái)設(shè)置操作界面，從而將鋼筋加工機(jī)械設(shè)備與信息管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，針對不同的加工型號開展智能化加工操作。再如，應(yīng)用智能鋼筋彎箍機(jī)時(shí)，可以應(yīng)用設(shè)置PLC編程邏輯控制器的方法，將設(shè)備CNC數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對鋼筋的調(diào)直—定尺—彎曲—切斷等實(shí)施一體化自動(dòng)控制，提高其應(yīng)用水平。

4.2.2以預(yù)制梁生產(chǎn)管理中的應(yīng)用為例

目前，在高速鐵路工程中，施工單位十分重視預(yù)制梁場預(yù)制梁的生產(chǎn)制造。但是，在預(yù)制梁生產(chǎn)管理方面，普遍存在管理效率低與效果差的情況。從原因看，主要是對預(yù)制梁生產(chǎn)管理工作重視程度不夠，專項(xiàng)化管理方案應(yīng)用不足。從部分施工單位的成功經(jīng)驗(yàn)看，在當(dāng)前應(yīng)該的預(yù)制梁生產(chǎn)管理中，主要是通過項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制度引領(lǐng)，采用建立預(yù)制梁生產(chǎn)管理小組的辦法，清楚劃分各項(xiàng)任務(wù)后實(shí)施專項(xiàng)管理與協(xié)同管理。

具體而言，專項(xiàng)管理小組對編制好的專項(xiàng)化管理方案應(yīng)用時(shí)，一方面需要將獨(dú)立的專項(xiàng)管理方案貫徹到預(yù)制梁生產(chǎn)制造全過程，另一方面需要保障不同方案之間協(xié)同應(yīng)用。從前一個(gè)方面看，通常是把RFID技術(shù)自動(dòng)收集相關(guān)管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)筋A(yù)制梁場數(shù)據(jù)管理中心，通過對此類數(shù)據(jù)的分析與處理生成數(shù)據(jù)報(bào)表，并加以利用。從后一方面看，一般是依托數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、BIM信息管理平臺(tái)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)，在確保各管理小組之間信息交互、數(shù)據(jù)共享充分實(shí)現(xiàn)的條件下，開展協(xié)同管理工作。需要說明的是，在生產(chǎn)管理方面的智能化技術(shù)應(yīng)用，需要與智能設(shè)備管理系統(tǒng)、智能養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，才能有效擴(kuò)增協(xié)同效應(yīng)。

5結(jié)語

總之，預(yù)制梁場是高速鐵路工程生產(chǎn)建設(shè)中的重要組成部分，其生產(chǎn)制造能力、生產(chǎn)管理水平，直接影響著工程進(jìn)度與質(zhì)量，以及投入成本。因此，一方面需要在預(yù)制梁場中增強(qiáng)對智能化技術(shù)的研究，提高選擇適用性技術(shù)的能力，另一方面則應(yīng)該借助應(yīng)用數(shù)量、應(yīng)用功能方面的開發(fā)與挖掘，推動(dòng)對智能化技術(shù)的系統(tǒng)性應(yīng)用與專業(yè)化應(yīng)用。建議在系統(tǒng)性應(yīng)用層面加強(qiáng)智能化技術(shù)應(yīng)用方案的研發(fā)設(shè)計(jì)，在專項(xiàng)化應(yīng)用層面盡可能以預(yù)制梁的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)、生產(chǎn)管理要素為準(zhǔn)，開展針對設(shè)計(jì)施工全過程的指標(biāo)化管理。進(jìn)而，通過智能化技術(shù)要素的配置，在整體上提高高速鐵路工程生產(chǎn)建設(shè)中的全要素生產(chǎn)率，為國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展添磚加瓦。

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收稿日期：2022-02-14

作者簡介：張志清（1980—），男，黑龍江哈爾濱人，本科，高級工程師，主要研究方向：路基與橋梁工程。