智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

摘 要：文章旨在通過開發(fā)集成梁板溯源與生產(chǎn)過程管控的智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土梁板生產(chǎn)過程的智能化管理。系統(tǒng)采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，利用RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)、云數(shù)據(jù)庫(kù)、物聯(lián)網(wǎng)、API（Application Programming Interface）接口等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多端訪問與實(shí)時(shí)處理，全面監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)節(jié)。智能化的管理方式不僅提升物料利用率與生產(chǎn)安全，還優(yōu)化資源配置，提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)有效促進(jìn)梁板生產(chǎn)的工廠化和自動(dòng)化，為梁板生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步與管理革新提供有力的實(shí)踐案例。

關(guān)鍵詞：智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)；RFID技術(shù)；預(yù)制混凝土梁板；信息化管理；智能化監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2025）02-0084-07

Design and Implementation Research on Intelligent Beam Field

Management System

GUAN Yongkang1， XI Rui1， ZHANG Peng1， LI Qingzhou1， WANG Wen2

（1.CCCC First Harbor Engineering Bureau Urban Traffic Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300457， China;

2.Zhengzhou University of Aeronautics， Zhengzhou 450015， China）

Abstract： This paper aims to realize the intelligent management of precast concrete beam plate production process by developing an intelligent beam field management system integrating beam plate traceability and production process management and control. The system adopts a three-layer architecture design， uses RFID （Radio Frequency Identification） technology， cloud database， Internet of Things， API （Application Programming Interface） interface and other technologies to achieve multi-terminal access and real-time processing， and fully monitors the production process. Intelligent management method not only improves material utilization and production safety， but also optimizes resource allocation and improves production efficiency and product quality. The system effectively promotes the industrialization and automation of beam plate production， and provides a strong practical case for the technological progress and management innovation of beam plate production.

Keywords： intelligent beam field management system; RFID technology; precast concrete beam plate; information management; intelligent monitoring

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2025.02.015

0 引 言

隨著科技的飛速發(fā)展，數(shù)字化已經(jīng)成為各行各業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。黨的二十大報(bào)告提出了加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)、加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略部署。建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，必須加快與數(shù)字技術(shù)的深度融合，推動(dòng)建筑企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這已成為大勢(shì)所趨和必然選擇。伴隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，建筑業(yè)正快速向工業(yè)化、智能化、綠色化方向發(fā)展，預(yù)制構(gòu)件在工程建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛。

然而，傳統(tǒng)的梁板生產(chǎn)管理方式存在生產(chǎn)效率低、信息不透明、協(xié)同性差等問題[1]，已無法滿足現(xiàn)代化建設(shè)的需求。與此同時(shí)，由于目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字化建造技術(shù)仍處于初級(jí)階段[2]，梁板生產(chǎn)管理方式向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的應(yīng)用范圍有限。陳佳佳等[3]提出了一種移動(dòng)底臺(tái)座式新型智慧梁場(chǎng)的建設(shè)思路，主要側(cè)重于流水線模式的施工工藝；向洪等[4]提出了一種針對(duì)混凝土質(zhì)量的全過程智能監(jiān)測(cè)方法；高琪雯[5]提出了一種側(cè)重于綠色智能規(guī)劃的梁場(chǎng)建設(shè)方法。陳一榮等[6]提出了一種基于BIM技術(shù)的信息管理系統(tǒng)，可以對(duì)相關(guān)模型數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)和施工過程進(jìn)行統(tǒng)一管理；沈海華等[7]對(duì)公路T梁預(yù)制流水線進(jìn)行探索，提出了一種預(yù)制T梁流水線的智能化生產(chǎn)工藝；宋亞洲[8]針對(duì)現(xiàn)存的養(yǎng)護(hù)問題開發(fā)了智能養(yǎng)護(hù)機(jī)器人。盡管數(shù)字化建造作為一種全生命周期管理的新理念備受重視，但其管理理念、實(shí)際應(yīng)用、數(shù)據(jù)安全等方面仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

為響應(yīng)建筑行業(yè)向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)，并推進(jìn)梁板生產(chǎn)的智能化進(jìn)程，文章旨在通過信息化手段對(duì)預(yù)制場(chǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面管理，依托沿黃高速項(xiàng)目預(yù)制混凝土梁板生產(chǎn)工程，通過深入研究梁板生產(chǎn)工藝的全過程，開發(fā)了一套集梁板溯源和生產(chǎn)過程管控于一體的智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別并記錄各環(huán)節(jié)的時(shí)間、數(shù)量、操作者、規(guī)格等信息，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件的管理與追溯。通過信息化手段，管理平臺(tái)可以掌握各環(huán)節(jié)的進(jìn)展情況，對(duì)物料進(jìn)行精細(xì)化管理，生產(chǎn)過程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，運(yùn)輸進(jìn)行快遞化管理，從而實(shí)現(xiàn)梁板智慧生產(chǎn)。

1 技術(shù)路線

1.1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧梁板管理系統(tǒng)采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括前端展現(xiàn)層、中間層和設(shè)備層。前端展示層提供多種訪問方式，包括電腦、手持終端和手機(jī)端，使用戶界面友好、易于操作。中間層作為生產(chǎn)管理系統(tǒng)的核心，通過調(diào)用服務(wù)層提供靈活的業(yè)務(wù)處理邏輯，滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求。底層的設(shè)備層主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)備信息的采集，包括RFID設(shè)備、自助終端、數(shù)據(jù)采集器等，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集。本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

1.1.1 前端展現(xiàn)層設(shè)計(jì)

前端展現(xiàn)層是系統(tǒng)的畫面展示操作，相關(guān)操作人員可在電腦端的瀏覽器、手持終端、手機(jī)端對(duì)生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行訪問操作。操作功能包含ERP和MES模塊功能，其中ERP包含訂單管理、采購(gòu)管理、發(fā)貨管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)管理和質(zhì)檢管理功能模塊；MES包含生產(chǎn)管理、設(shè)備監(jiān)視及數(shù)據(jù)獲取、采購(gòu)管理、庫(kù)存管理、出庫(kù)管理、生產(chǎn)信息自動(dòng)采集、LED顯示功能模塊。

1.1.2 中間層設(shè)計(jì)

中間層是生產(chǎn)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理邏輯平臺(tái)，它連接前端展示層和設(shè)備層，處理并協(xié)調(diào)用戶界面與后端數(shù)據(jù)的交互。通過對(duì)服務(wù)層的調(diào)用實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用，滿足不同的業(yè)務(wù)需求，這些業(yè)務(wù)應(yīng)用具有自己獨(dú)立的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)邏輯。除此之外，中間層還可以根據(jù)不同的客戶端需求，調(diào)整數(shù)據(jù)格式和處理邏輯，使得同一業(yè)務(wù)邏輯可以服務(wù)于多種用戶界面。

1.1.3 設(shè)備層設(shè)計(jì)

設(shè)備層提供生產(chǎn)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備信息采集，包括RFID遠(yuǎn)距離采集器、RFID發(fā)卡器、自助終端設(shè)備、RFID手持終端、RFID打印機(jī)、RFID標(biāo)簽、數(shù)據(jù)采集器、液晶顯示屏等。自助終端在鋼筋籠生產(chǎn)、梁板生產(chǎn)等時(shí)使用，RFID運(yùn)用在鋼筋綁扎、混凝土澆筑、梁板養(yǎng)護(hù)、梁板成品存放等時(shí)使用，RFID手持終端在鋼筋籠生產(chǎn)線每天收集鋼筋籠生產(chǎn)個(gè)數(shù)、混凝土入模數(shù)據(jù)、梁板出廠數(shù)據(jù)。設(shè)備層與硬件設(shè)備直接交互，負(fù)責(zé)控制物理設(shè)備的操作，對(duì)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行配置和管理，有效采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為管理者提供最真實(shí)的數(shù)據(jù)源。

1.2 技術(shù)路線

文章以梁板生產(chǎn)全過程信息化管理為研究對(duì)象，對(duì)工序進(jìn)行了逐條分解，涵蓋了采購(gòu)、原材料管理、梁板生產(chǎn)、存放和運(yùn)輸?shù)葞状竽K，并對(duì)每個(gè)模塊的流程進(jìn)行了梳理。智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)的技術(shù)路線包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、后臺(tái)管理與控制平臺(tái)的構(gòu)建、溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程的安全管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集，并將信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字看板，為后臺(tái)決策提供數(shù)據(jù)支持；通過生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)追蹤任務(wù)責(zé)任；建立的七維數(shù)據(jù)耦合模型實(shí)現(xiàn)了成品批次的全程施工信息記錄及追溯；同時(shí)，引入AI技術(shù)對(duì)安全操作行為及生產(chǎn)工序進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，提高生產(chǎn)安全管理水平，為梁板智慧生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

系統(tǒng)的主要技術(shù)包括云數(shù)據(jù)庫(kù)[9]、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）[10]、API接口[11]及RFID技術(shù)[12]等。

2 系統(tǒng)總體功能概述

智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)旨在通過科技手段全面監(jiān)控和管理預(yù)制混凝土梁板的生產(chǎn)全過程，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程和管理需求，通過模塊化設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)梁板溯源，以確保梁板生產(chǎn)的安全性和質(zhì)量。系統(tǒng)對(duì)原材料采購(gòu)、預(yù)制件的訂單、排產(chǎn)、生產(chǎn)、質(zhì)檢、出廠、運(yùn)輸、設(shè)備監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)記錄預(yù)制構(gòu)件在各個(gè)環(huán)節(jié)的“時(shí)間、數(shù)量、操作者、規(guī)格”等相關(guān)信息。信息實(shí)時(shí)同步到管理平臺(tái)，管理平臺(tái)可以實(shí)時(shí)掌握各個(gè)環(huán)節(jié)的進(jìn)展情況，實(shí)現(xiàn)可視化，信息化，自動(dòng)化管理。管理者可以在管理平臺(tái)上隨時(shí)查看訂單的生產(chǎn)進(jìn)度，出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警。根據(jù)訂單進(jìn)行生產(chǎn)排產(chǎn)，生產(chǎn)過程中使用生產(chǎn)過程中運(yùn)用云端數(shù)據(jù)庫(kù)、IOT、API 、RFID感應(yīng)等技術(shù)能監(jiān)控生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到質(zhì)量監(jiān)控。原材料以及成品的投入系統(tǒng)需要進(jìn)行記錄，達(dá)到質(zhì)量追溯的目的。利用信息技術(shù)，將質(zhì)量文檔電子化，并提供檢索查詢的功能，對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，提供基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的定制化查詢報(bào)表，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建質(zhì)量信息化、資源信息共享化、辦公無紙化、系統(tǒng)可移植化。系統(tǒng)由一個(gè)管理中心和八個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，覆蓋混凝土原材料管理、鋼筋原材料管理、鋼筋加工管理、混凝土生產(chǎn)管理、梁板生產(chǎn)管理、成品管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過模塊化劃分實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高效運(yùn)作。子系統(tǒng)功能劃分如圖2所示。

3 子系統(tǒng)模塊及用戶界面

3.1 智能過磅系統(tǒng)

智能過磅系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)智能地磅對(duì)接，實(shí)現(xiàn)智能過磅系統(tǒng)管理。針對(duì)項(xiàng)目材料關(guān)鍵的進(jìn)出場(chǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的管控，結(jié)合軟硬件技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)手段排除人為誤差，封堵管理缺口。系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、及時(shí)、多樣化的數(shù)據(jù)分析支持決策，從而達(dá)到節(jié)約成本提升效益的目的。智能過磅系統(tǒng)的硬件組成如圖3所示，過磅實(shí)景如圖4所示，智能過磅系統(tǒng)用戶界面如圖5所示。

3.2 智能攪拌站管理系統(tǒng)

智能攪拌站管理系統(tǒng)與工控機(jī)對(duì)接。通過集成攪拌機(jī)組，實(shí)時(shí)監(jiān)視混凝土配比及原料消耗數(shù)據(jù)、一級(jí)配合比等相關(guān)數(shù)據(jù)，提高混凝土攪拌質(zhì)量；無縫對(duì)接智能過磅系統(tǒng)，自動(dòng)獲取原材料進(jìn)出場(chǎng)數(shù)據(jù)；運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳信息，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，核算和監(jiān)管并重；排除人為因素，監(jiān)測(cè)預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)，堵塞管理漏洞，提供及時(shí)、準(zhǔn)確、多維數(shù)據(jù)支撐管理決策，隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)攪拌站材料成本精益管控、集約管理。智能攪拌站管理系統(tǒng)用戶頁(yè)面如圖6所示。

3.3 鋼筋精細(xì)化系統(tǒng)

鋼筋精細(xì)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋼筋項(xiàng)目從進(jìn)料計(jì)劃、材料進(jìn)場(chǎng)、生產(chǎn)安排、進(jìn)度跟蹤、余廢 料管理、材料核算整個(gè)過程的一體化管理。優(yōu)化斷料和余料管理結(jié)合，可以使材料損耗得到有效控制，顯著提升材料利用率和企業(yè)效益。鋼筋精細(xì)化系統(tǒng)頁(yè)面如圖7所示。

3.4 質(zhì)量管理系統(tǒng)

質(zhì)量管理系統(tǒng)基于IoT、API等技術(shù)專注于梁板生產(chǎn)中的張拉壓漿和養(yǎng)護(hù)管理，通過高度自動(dòng)化的控制技術(shù)，確保預(yù)應(yīng)力筋的同步張拉和精確控制，同時(shí)通過在存梁環(huán)境區(qū)布置合適數(shù)量的溫濕傳感器，預(yù)設(shè)養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫濕度要求，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境的自動(dòng)調(diào)控，保障產(chǎn)品質(zhì)量。質(zhì)量管理系統(tǒng)頁(yè)面如圖8所示。

3.5 進(jìn)度管理系統(tǒng)

進(jìn)度管理系統(tǒng)通過RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的實(shí)時(shí)追蹤和進(jìn)度管理[13]，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的存儲(chǔ)、運(yùn)輸狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，為施工生產(chǎn)提供指導(dǎo)依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工序，加載各臺(tái)座制梁狀態(tài)和過程模型，可隨時(shí)點(diǎn)擊模型查看關(guān)聯(lián)信息。根據(jù)生產(chǎn)能力負(fù)荷平衡進(jìn)行作業(yè)分配，按照生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃日程要求，發(fā)布作業(yè)指令。根據(jù)各項(xiàng)原始記錄及生產(chǎn)作業(yè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，進(jìn)行作業(yè)分析，確定每天生產(chǎn)進(jìn)度，并查明計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度出現(xiàn)偏離的原因。進(jìn)度管理系統(tǒng)頁(yè)面如圖9所示。

3.6 堆場(chǎng)管理系統(tǒng)

堆場(chǎng)管理系統(tǒng)利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了堆場(chǎng)和庫(kù)位的精細(xì)化管理[14]。系統(tǒng)支持按區(qū)域劃分堆場(chǎng)，并能夠精確管理每個(gè)庫(kù)位。用戶可以打印和下載二維碼，方便標(biāo)識(shí)和管理。系統(tǒng)提供庫(kù)存查詢和報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能，并支持將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格中。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠查詢構(gòu)件的出入庫(kù)信息，進(jìn)行構(gòu)件調(diào)撥和移庫(kù)操作。堆場(chǎng)管理系統(tǒng)頁(yè)面如圖10所示。

3.7 綠色施工管理系統(tǒng)

綠色施工管理系統(tǒng)根據(jù)場(chǎng)站預(yù)制梁生產(chǎn)環(huán)境條件要求及通信機(jī)房、庫(kù)房、配電室、試驗(yàn)室等設(shè)備特點(diǎn)和工作環(huán)境應(yīng)用需求對(duì)預(yù)制梁廠區(qū)及周邊區(qū)域的風(fēng)速、溫濕度、噪聲、PM2.5、PM10 等環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行24小時(shí)多維一體化監(jiān)控。通過對(duì)廠區(qū)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的揚(yáng)塵、噪聲、氣象參數(shù)等環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、加工和統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，保障施工環(huán)境質(zhì)量，確保生產(chǎn)環(huán)境安全和可持續(xù)發(fā)展。綠色施工管理系統(tǒng)頁(yè)面如圖11所示。

3.8 智慧管理中心

智慧管理中心平臺(tái)主要用于顯示各類工業(yè)圖像及數(shù)據(jù)，用于實(shí)現(xiàn)突發(fā)現(xiàn)場(chǎng)信息查看、現(xiàn)場(chǎng)討論，對(duì)突發(fā)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)記討論等，是整個(gè)工程的綜合調(diào)度管理中心，可以最大程度上實(shí)現(xiàn)資源調(diào)用與過程管控。智慧管理中心頁(yè)面如圖12所示。

4 結(jié) 論

文章所開發(fā)的針對(duì)梁板溯源及生產(chǎn)過程管控的智慧梁板管理系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)梁板預(yù)制真正意義上的工廠化，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量控制提升梁板生產(chǎn)效率，顯著提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化資源利用，實(shí)現(xiàn)智能化管理。系統(tǒng)的實(shí)施，不僅極大地提升了梁板生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，還為項(xiàng)目管理提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持和決策基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的人工管理向現(xiàn)代的智能管理的轉(zhuǎn)變。智慧梁板管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不僅彰顯了數(shù)字化技術(shù)在建筑行業(yè)應(yīng)用的廣泛前景，也為推動(dòng)建筑行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和管理革新提供了有力的實(shí)踐案例。在未來的建設(shè)項(xiàng)目中，該類系統(tǒng)將成為提升項(xiàng)目管理水平、實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要工具。

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作者簡(jiǎn)介：關(guān)永康（1981—），男，漢族，陜西西安人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：路橋施工；席睿（1990—），男，漢族，山西大同人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：數(shù)字化施工、智能制造；張鵬（1989—），男，漢族，吉林吉林人，中級(jí)工程師，本科，研究方向：智慧建造成本管理；李慶洲（1987—），男，漢族，福建上杭人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：施工管理；王雯（2001—），女，漢族，山西朔州人，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

收稿日期：2024-05-15

基金項(xiàng)目：2023年河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2023SJGLX329Y）； 2025年度河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃（25A520014）