信息化智慧控制大型預(yù)制梁場施工技術(shù)研究

陸安偉

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

公鐵橋梁工程的上部結(jié)構(gòu)多采用預(yù)制梁，作為預(yù)制梁施工的重要組成部分，預(yù)制梁場承載著整個工程項目的預(yù)制梁施工任務(wù)，是工程建設(shè)的重中之重，不僅制約著項目工期，也關(guān)乎所有公鐵橋梁工程的總體施工質(zhì)量[1-4]。目前，預(yù)制梁場的選址問題，通常由于地形限制，如山區(qū)地形，平坦且滿足大場地要求的地塊較少，有些場地存在落差，運(yùn)輸?shù)缆忿D(zhuǎn)彎半徑很小，選用該場地會增大運(yùn)輸及架設(shè)的難度；如果征用土地，則需要大量的征地費(fèi)用及后期復(fù)墾費(fèi)用，增加了成本。預(yù)制梁場內(nèi)噴淋水輸送管道、蒸汽輸送管道和電力線纜等設(shè)備設(shè)施的布設(shè)雜亂無章，導(dǎo)致預(yù)制梁場內(nèi)存在嚴(yán)重的安全問題，有時還會造成人員傷亡事故[5-8]。預(yù)制梁生產(chǎn)是公鐵橋梁建造過程中工廠化程度較高的專業(yè)領(lǐng)域，其在數(shù)字化、智能化技術(shù)研發(fā)、推廣、應(yīng)用方面具有良好的先決條件[6-13]。

1 技術(shù)原理

信息化智慧控制大型預(yù)制梁場是由混凝土智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、鋼筋智能加工、智能液壓模板體系、智能蒸養(yǎng)系統(tǒng)以及智能張拉壓漿體系組成的。

混凝土智慧生產(chǎn)系統(tǒng)是由混凝土智慧拌合設(shè)備體系和機(jī)械化智能試驗系統(tǒng)組成的，前者實現(xiàn)可含水率在線監(jiān)測、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集、混凝土運(yùn)輸和澆筑管理；后者可將混凝土試塊的制配、養(yǎng)護(hù)、傳送、試驗、數(shù)據(jù)采集等融為一體，大大提升了試驗效率，如圖1 所示。

圖1 混凝土智慧生產(chǎn)系統(tǒng)

鋼筋智能加工的數(shù)控設(shè)備包括：數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)、數(shù)控雙向移動斜面式鋼筋彎曲中心、數(shù)控棒材剪切生產(chǎn)線和數(shù)控鋸切套絲打磨生產(chǎn)線，四者相互配合可實現(xiàn)鋼筋加工的智能控制與加工，提升鋼筋綁扎的施工效率。

智能液壓模板體系是由可移動式液壓側(cè)模、行走軌道、固定臺座以及電動驅(qū)動系統(tǒng)組成的，可實現(xiàn)自動拆模、合模，同時在側(cè)模及臺座底部的紅外線發(fā)射接收裝置，可實現(xiàn)自動定位、自動調(diào)整；減少了人工，提升了模板支設(shè)效率。

預(yù)制梁智能蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)采用了自動化控制與無線傳感技術(shù)，對預(yù)制梁進(jìn)行有效的保溫和保濕，并根據(jù)溫濕度實測，有針對性地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

智能張拉壓漿體系是由預(yù)應(yīng)力張拉智能采集系統(tǒng)和壓漿數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)組成的，前者主要采集的數(shù)據(jù)為預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備力值、伸長量等實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動上傳、查詢、預(yù)警及統(tǒng)計分析功能；后者將數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理融為一體，對智能壓漿設(shè)備進(jìn)漿壓力、返漿壓力、注漿數(shù)量、保壓時間等數(shù)據(jù)實時采集，通過網(wǎng)絡(luò)實時上傳到服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，實現(xiàn)壓漿全過程監(jiān)控。

2 工藝流程與操作要點

2.1 工藝流程

信息化智慧控制大型預(yù)制梁場的施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 信息化智慧控制大型預(yù)制梁場施工工藝流程

2.2 操作要點

2.2.1 混凝土智慧拌和

通過智能含水率傳感器可直接實時監(jiān)測混凝土拌合站生產(chǎn)線上的骨料溫度。將傳感器安裝在集料倉倉門附近或集料輸送皮帶上，實時測量砂子含水率，并可與工控系統(tǒng)聯(lián)動適時自動調(diào)整配合比，確保拌合機(jī)使用的配合比始終為最佳狀態(tài)，提高配合比執(zhí)行的自動化程度，確保拌合站生產(chǎn)質(zhì)量可控。

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過在拌合站控制機(jī)上部署數(shù)據(jù)采集程序，通過網(wǎng)絡(luò)實時上傳至物聯(lián)網(wǎng)管理平臺中，從而得拌合站生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為拌合站監(jiān)控奠定生產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。采集程序自動讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，獲取每盤混凝土攪拌的水泥、骨料等材料的稱重數(shù)據(jù)，并進(jìn)行盤、車的匹配。利用采集數(shù)據(jù)與設(shè)計配比進(jìn)行差值比較，可實時獲得生產(chǎn)的混凝土質(zhì)量偏差數(shù)據(jù)，對于不符合要求的偏差，支持推送預(yù)警消息。同時，通過算法計算，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可與運(yùn)輸單進(jìn)行關(guān)聯(lián)，運(yùn)輸單關(guān)聯(lián)生產(chǎn)任務(wù)，從而實現(xiàn)對拌合站的全方位監(jiān)控。

2.2.2 智慧試驗

基于試驗檢測業(yè)務(wù)管理要求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、信息化等技術(shù)，實現(xiàn)工地試驗室各項工作的信息化，各類數(shù)據(jù)的規(guī)范化，各類工作的一鍵化，接入豐富數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無紙辦公，打造智慧信息化試驗室。試驗檢測模塊整體架構(gòu)為：通過集成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用，將項目施工過程中涉及的原材料檢驗、試塊抗壓強(qiáng)度等生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行自動采集獲取，在智慧工地平臺中進(jìn)行實時監(jiān)控項目生產(chǎn)過程質(zhì)量情況。同時，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至指揮部動態(tài)管理系統(tǒng)中滿足相關(guān)實時數(shù)據(jù)的展示和監(jiān)控，以及通過動態(tài)管理系統(tǒng)傳輸至試驗檢測軟件系統(tǒng)，作為相關(guān)試驗報告的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2.3 鋼筋智能加工

橋梁機(jī)械化、智能化施工能夠提高工程質(zhì)量，使工程作業(yè)更加精細(xì)、嚴(yán)謹(jǐn)、可控。通過改善施工條件，提高施工生產(chǎn)效率，促進(jìn)工程施工安全、可靠。結(jié)合工程特點，在鋼筋加工方面大力引進(jìn)鋼筋數(shù)控加工設(shè)備，其中包括數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)、數(shù)控雙向移動斜面式鋼筋彎曲中心、數(shù)控棒材剪切生產(chǎn)線、數(shù)控鋸切套絲打磨生產(chǎn)線等方面，積極踐行“機(jī)器換人”理念，促進(jìn)農(nóng)民工向產(chǎn)業(yè)工人轉(zhuǎn)變。

2.2.4 智能液壓模板

T 梁預(yù)制模板的側(cè)模為可移動結(jié)構(gòu)，底部設(shè)置行走軌道，通過電機(jī)驅(qū)動整體縱向行走，當(dāng)前臺座的梁體澆筑成型并脫模后，自動滑入下一臺座進(jìn)行支模作業(yè)。利用液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)自動拆模、合模，結(jié)合設(shè)置在側(cè)模及臺座底部的紅外線發(fā)射接收裝置，可實現(xiàn)自動定位、自動調(diào)整。底模采用復(fù)合型不銹鋼模板。

2.2.5 智能蒸養(yǎng)

預(yù)制梁智能蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)采用了自動化控制與無線傳感技術(shù)，對預(yù)制梁進(jìn)行有效的保溫和保濕，并根據(jù)溫濕度實測，有針對性的養(yǎng)護(hù)。將相關(guān)收集的數(shù)據(jù)接入管理平臺終端，并用于設(shè)置養(yǎng)護(hù)工藝參數(shù)以及數(shù)據(jù)匯總處理及控制，利用管理平臺發(fā)出指令來啟動或停止對對應(yīng)養(yǎng)護(hù)區(qū)域的蒸汽傳輸管理。利用信息管理平臺監(jiān)控整個養(yǎng)護(hù)過程，并對養(yǎng)護(hù)全過程技術(shù)信息進(jìn)行記錄與保存，在養(yǎng)護(hù)完成后可讀取數(shù)據(jù)，形成養(yǎng)護(hù)施工記錄表格。

2.2.6 智能張拉壓漿

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集客戶端、數(shù)據(jù)傳輸客戶端、平臺服務(wù)端、移動接收終端軟件共同組成。對張拉壓漿過程數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集，生成相應(yīng)的記錄報表或報告。系統(tǒng)將各項數(shù)據(jù)進(jìn)行實時傳輸至項目動態(tài)管理系統(tǒng)，一旦發(fā)生張拉或壓漿數(shù)據(jù)偏差或質(zhì)量問題，系統(tǒng)能夠自動預(yù)警并發(fā)送至相關(guān)管理者。

2.2.7 生產(chǎn)流水線

預(yù)制梁的生產(chǎn)流水線設(shè)置鋼筋制作區(qū)、制梁區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)、初張拉區(qū)、起吊區(qū)，二次張拉區(qū)、存梁區(qū)。

2.2.8 智慧平臺

智慧平臺基于BIM 的管理平臺集成視頻監(jiān)控系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。平臺內(nèi)可設(shè)定虛擬攝像頭，將現(xiàn)實中視頻監(jiān)控所拍攝的畫面與虛擬攝像頭的BIM 模型一一對應(yīng)，在平臺中控制攝像頭的視角和畫面時，虛擬攝像頭會實時同步，實現(xiàn)虛擬模型與現(xiàn)實施工情況的對比。

3 關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)與優(yōu)化研究

（1）采用混凝土智慧生產(chǎn)系統(tǒng)以實現(xiàn)混凝土從澆筑令派發(fā)、配合比審批發(fā)送、拌合機(jī)一鍵生產(chǎn)、含水率檢測、配合比微調(diào)、拌和、澆筑部位確認(rèn)等全過程線上管理，規(guī)范開盤流程，降低混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；利用集成的機(jī)械化智能試驗系統(tǒng)可適時地檢測預(yù)制試塊的測試結(jié)果，對混凝土拌合質(zhì)量進(jìn)行實時全方位的信息化智慧控制。

（2）依托智能鋼筋加工機(jī)械設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用以及信息化協(xié)同應(yīng)用技術(shù)，建設(shè)鋼筋生產(chǎn)管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)鋼筋生產(chǎn)的計劃性、即時性、精確性、連續(xù)性，以便全面、系統(tǒng)、有效的提升智慧鋼筋加工廠智慧管控。

（3）采用自動化支模體系實現(xiàn)自動支模、拆模作業(yè)，結(jié)合紅外自動定位系統(tǒng)，保證了合模精度，提升了施工質(zhì)量；通過電驅(qū)縱向滑移系統(tǒng)，實現(xiàn)從當(dāng)前作業(yè)區(qū)自動滑入下一作業(yè)區(qū)，減少了人工，提升了模板支設(shè)效率和安全性；相較于傳統(tǒng)模板，本系統(tǒng)端部的側(cè)模設(shè)置導(dǎo)軌可平滑拆除，對梁體邊角等部位不會造成破壞，提高了梁板外觀質(zhì)量。

（4）利用智能蒸養(yǎng)系統(tǒng)，可對養(yǎng)護(hù)全過程技術(shù)信息進(jìn)行記錄與保存，在養(yǎng)護(hù)完成后可讀取數(shù)據(jù)，自動形成養(yǎng)護(hù)施工記錄表格，便于工人提取查看。

（5）通過智能張拉壓漿體系實現(xiàn)壓漿施工數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控，嚴(yán)格的保證壓漿數(shù)據(jù)的真實性和時效性，同時可杜絕數(shù)據(jù)造假違規(guī)，形成質(zhì)量控制的閉環(huán)管理，減少管理人員資料壓力。

（6）以生產(chǎn)計劃管理、廠區(qū)管理、作業(yè)工序管理為主線，依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、二維碼等先進(jìn)信息化技術(shù)，圍繞預(yù)制梁生產(chǎn)和架設(shè)的全過程，實現(xiàn)預(yù)制梁廠生產(chǎn)信息化智慧管理。

4 結(jié)語

本文研發(fā)了一種信息化智慧控制大型預(yù)制梁場施工技術(shù)，其結(jié)構(gòu)包含混凝土智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、鋼筋智能加工、智能液壓模板體系、智能蒸養(yǎng)系統(tǒng)以及智能張拉壓漿體系組成，整體上簡化了大型預(yù)制梁場的施工流程，操作方便，提高功效，節(jié)約了成本，降低了現(xiàn)場揚(yáng)塵，整體提高了施工效率。該技術(shù)實現(xiàn)了從混凝土拌合、鋼筋加工、模板制作以及蒸汽養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵步驟的實時全方位信息化智慧控制，提升了施工效率，降低了人力資本，具有一定的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益，推廣應(yīng)用前景較好。