高鐵預制梁場信息化、智能化的創(chuàng)新實踐

高俊甫，張東青，喬向偉，范文東

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高鐵預制梁場信息化、智能化的創(chuàng)新實踐

高俊甫，張東青，喬向偉，范文東

（中鐵三局集團有限公司，山西 晉中 030001）

主要對高鐵鐵路預制梁場智能化、信息化的創(chuàng)新應用進行探討，如何將信息通訊、物聯(lián)網(wǎng)技術應用于制梁場現(xiàn)場管理，如何利用智能化施工設備，全面提升制梁場安全、質(zhì)量、效率，重點就上述提出的“兩個如何”展開闡述，以期為之后高鐵梁場現(xiàn)場施工管理提供新思路，全面提升梁場的施工管理水平，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

高鐵預制梁場；信息化；智能化；創(chuàng)新實踐

中鐵三局太焦鐵路TJZQ-1標晉中制梁場（以下簡稱“梁場”）由中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司承建，按照集團公司施工調(diào)查和前期策劃要求，承擔太焦鐵路TJZQ-1標總計620榀雙線簡支箱梁的預制任務。梁場在各級領導關懷下，在梁場全體參建員工的共同努力下，先后完成全線首家開工建設、全線首榀箱梁預制架設，全線首個通過國家生產(chǎn)許可證認證，先后迎接各級觀摩會、各級領導調(diào)研指導，成為太焦線標桿梁場。

1 信息化技術的創(chuàng)新應用

我國高速鐵路建設日新月異，信息化管理越來越重要，作為鐵路建設的支撐不可或缺。梁場除了積極應用鐵路工程建設信息管理平臺外，結(jié)合自身實際，利用物聯(lián)網(wǎng)+技術，創(chuàng)新現(xiàn)場信息化管理。

1.1 梁場生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

梁場生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)以施工作業(yè)管理為中心，依托互聯(lián)網(wǎng)+信息技術，形成了數(shù)據(jù)集成、進度、安全質(zhì)量、物料四大核心管理內(nèi)容，實現(xiàn)了工廠預制全工序信息化管理。生產(chǎn)管理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

1.1.1 數(shù)據(jù)集成

通過對攪拌站、試驗室、預應力自動張拉、自動噴淋養(yǎng)護數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過統(tǒng)計、分析及預警，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

1.1.2 工序管理

通過掃描鋼筋綁扎、模板準備、混凝土澆筑、預應力張拉、壓漿、封錨等技術交底二維碼，可以快速讀取各工序管理信息。每道工序完成后及時記錄工序的施工人員、技術人員、監(jiān)理人員等，工序的開始時間及結(jié)束時間和過程控制檢查記錄等都能夠形成二維碼，永久保存在系統(tǒng)中，并可形成芯片埋至箱梁內(nèi)部，可隨時掃描查看。

1.1.3 物料管理

通過對進場材料、材料消耗量及庫存材料進行統(tǒng)計，實現(xiàn)自動分析和預警功能。

1.1.4 安全質(zhì)量管理

通過在關鍵工序和重要場地安裝高清視頻監(jiān)控，實現(xiàn)對現(xiàn)場關鍵環(huán)節(jié)的細節(jié)管控；通過建立特種設備和特殊作業(yè)人員信息庫，實現(xiàn)人、機對應管控。

1.2 設備物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)

1.2.1 互聯(lián)網(wǎng)+的技術應用

本系統(tǒng)采用了前端物聯(lián)技術，擺脫了對原設備廠家的依賴，對各設備的數(shù)據(jù)自行采集，使用了LORA無線傳輸協(xié)議，降低了無線傳輸費用。使用了互聯(lián)網(wǎng)B/S的軟件技術，無需指定電腦，任何一臺可以連接網(wǎng)絡的電腦都可以成為我們這套管理系統(tǒng)的操作電腦。所謂的互聯(lián)網(wǎng)+，恰恰是將網(wǎng)絡技術與傳統(tǒng)設備相結(jié)合，讓傳統(tǒng)的設備搭上網(wǎng)絡的快車。

1.2.2 云平臺技術

本系統(tǒng)前端所采集到的全部數(shù)據(jù)會直接上傳到網(wǎng)絡云平臺，梁場作為使用者，無需耗費巨資建立數(shù)據(jù)庫，也無需建設高標準的無塵機房，我們需要的只是一臺可以上網(wǎng)的電腦，就可以方便快捷使用這些數(shù)據(jù)。同時，在后期，如果我們對部分數(shù)據(jù)有保密的需求，也可以將這部分數(shù)據(jù)保存在自己的服務器中，方便、靈活、高效、費用低。

1.2.3 大數(shù)據(jù)技術

大數(shù)據(jù)技術，是通過前端設備收集回來的海量設備運行數(shù)據(jù)，通過軟件自動分析出該設備的各種闕值，再利用這些闕值，為設備設定各種報警值，讓我們的設備成為會思考的設備，自動避免發(fā)生各種安全事故和低效率運行。

1.2.4 集成管理技術

集成管理技術，是使用一個軟件，管理盡可能多的設備和系統(tǒng)，同時因為使用了同一個軟件，可以達成各設備與設備間、設備與系統(tǒng)間的聯(lián)動，提升工作效率，減少重復勞動，解決信息傳遞瓶頸問題。

1.3 太陽能智慧照明技術

利用現(xiàn)有光伏科技，在廠區(qū)范圍內(nèi)照明采用太陽能照明，節(jié)約能源，充分體現(xiàn)綠色、節(jié)能、環(huán)保工地的要求。同時使用遠程照明控制技術，設置燈光開啟時間及時長，從而達到提高能源利用率，實現(xiàn)自動控制功能。

太陽能智慧照明系統(tǒng)解決了廠區(qū)尤其是特殊區(qū)域的照明布線問題，在保證良好照明環(huán)境的同時從源頭上解決了照明能耗高的問題；通過使用高光效長壽命LED燈具，降低了對照明設備的維護成本及管理成本，改善了傳統(tǒng)的照明環(huán)境；通過智慧照明系統(tǒng)改善了照明管理環(huán)境，使管理者更方便的做到照明的數(shù)字化、精細化管理。

2 智能化創(chuàng)新應用

隨著高鐵施工技術日漸成熟，鐵路機械化施工漸漸普及。隨著科技的發(fā)展，在原有的施工機械基礎上，逐漸涌現(xiàn)出一批智能化、自動化、集成度較高的新設備。這些設備在現(xiàn)場施工生產(chǎn)過程中，不僅效率高、節(jié)約人力，同時比傳統(tǒng)設備更加智能，對現(xiàn)場施工工序質(zhì)量控制也非常有利。

2.1 雙向移動斜面式棒材彎曲中心

雙向移動斜面式棒材彎曲中心的操作工序：根據(jù)鋼筋圖紙進行編輯，并對各邊長度和彎曲角度進行設定，下達指令到PLC，通過通訊方式控制電機作業(yè)，完成鋼筋加工。雙向移動斜面式棒材彎曲中心如圖2所示。

2.2 智能鋼筋彎箍機

智能鋼筋彎箍機采用PLC控制及CNC伺服電機驅(qū)動，自動完成鋼筋定尺、調(diào)直、切斷、彎箍，快速、省人、省料、省地。實現(xiàn)鋼筋加工自動化和調(diào)直、定尺、彎箍、切斷一體化，伺服電機和數(shù)字控制裝置可以保證鋼筋成形精度。智能鋼筋彎箍機如圖3所示。

圖2 雙向移動斜面式棒材彎曲中心

圖3 智能鋼筋彎箍機

2.3 自動張拉設備

2.3.1 傳統(tǒng)張拉工藝

橋梁預應力張拉是非線性的力的分配和傳遞過程，是橋梁施工中一個關鍵工序，預應力張拉精度決定預應力結(jié)構(gòu)壽命，如果出現(xiàn)張拉精度失控，會使梁體出現(xiàn)縱橫向裂縫，引發(fā)安全質(zhì)量事故。傳統(tǒng)的張法工藝為通過作業(yè)人員手動操作泵站完成張拉。采取張拉力和伸長值雙控，張拉效率低，誤差大，精度低。

2.3.2 自動張拉系統(tǒng)

自動張拉系統(tǒng)主要由1臺主機和2臺從機組成，并安裝力值傳感器和位移傳感器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：在千斤頂?shù)拇驂憾撕突赜投朔謩e安裝液壓傳感器，同時在每臺千斤頂上安裝非接觸式位移傳感器，減小了油壓低頻振動對壓力的干擾，實時監(jiān)測張拉伸長值的變化，達到張拉力與伸長值雙控目的。本系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機自動控制技術、無線傳輸技術、數(shù)據(jù)監(jiān)控分析技術的一體化。通過采用自動張拉系統(tǒng)，實現(xiàn)高鐵橋梁張拉的信息化管控。

2.3.3 技術指標及應用

與傳統(tǒng)手工張拉相比，預應力控制精度大幅提升，自動生成報表，質(zhì)量追溯有據(jù)可查，既節(jié)約了人工成本，又提高了工效。

2.3.3.1 自動平衡同步張拉

張拉力由壓力傳感器測量，鋼絞線伸長量由位移傳感器測量，并在觸摸屏上顯示。

2.3.3.2 數(shù)據(jù)傳輸功能

張拉數(shù)據(jù)、張拉力曲線及伸長量曲線可導出為Excel電子表格文件，同時通過網(wǎng)絡直接上傳。

2.4 自動噴淋養(yǎng)護裝置

自動噴淋養(yǎng)護裝置根據(jù)溫濕度自動定時噴淋，并對梁體全覆蓋，可解決傳統(tǒng)覆蓋養(yǎng)生水揮發(fā)極快，腹板、翼板養(yǎng)護不到的問題。自動噴淋養(yǎng)護裝置及其布置如圖4、圖5所示。

圖4 自動噴淋養(yǎng)護裝置

圖5 自動噴淋養(yǎng)護裝置布置圖

2.4.1 工藝特點

自動噴淋養(yǎng)護工藝主要特點為：①通過水壓成氣霧狀水，噴出的水霧均勻，養(yǎng)護效果好；②時間得到保證，可以達到全天候、全濕潤的養(yǎng)護質(zhì)量標準，③實現(xiàn)了過程全自動控制，降低勞動強度，工效大大提高。

2.4.2 操作及應用

自動噴淋養(yǎng)護控制器具有以下兩種功能：①定時噴淋，根據(jù)天氣、溫度情況和梁板養(yǎng)護階段來調(diào)節(jié)噴淋時間繼電器，時間一般為20～40 s；②根據(jù)梁體周圍溫濕度設置好上下限，依據(jù)設定值自動進行噴淋，確保梁體在養(yǎng)護期內(nèi)始終保持濕潤。

箱內(nèi)噴淋在端部設擋風裝置，箱內(nèi)安裝噴淋管，與箱外養(yǎng)護主管道連接，通過180°旋轉(zhuǎn)噴頭進行旋轉(zhuǎn)噴水，確保箱內(nèi)保持濕潤，底板及頂板采用360°旋轉(zhuǎn)噴頭進行噴水，噴淋點按照梅花布置，充分保證每一處均可覆蓋，充分保證了整孔預制梁養(yǎng)護質(zhì)量。

2.5 自動靜載試驗系統(tǒng)

預應力鐵路橋梁靜載試驗自動控制系統(tǒng)主要由1臺主控操作控制臺、2臺液壓集中泵站分控柜、10個千斤頂及測力傳感器、2個數(shù)字變送器和6塊數(shù)顯百分表組成。該系統(tǒng)在橋梁靜載試驗時，只需把橋梁的基礎數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，就可以自動計算靜載試驗的千斤頂加載數(shù)據(jù)。試驗開始時，點擊設備的開始按鈕，通過液壓站集中泵站供油給控制10個千斤頂同時加載。在加載到每級試驗載荷值時，系統(tǒng)會通過電子閥自動控制每個千斤頂?shù)募虞d速度和流量，以保證均勻加載，試驗過程系統(tǒng)中會自動持荷、補壓。試驗過程中數(shù)顯百分表及傳送器會把靜載試驗數(shù)據(jù)傳送到操控臺，系統(tǒng)自動實時計算各個試驗階段的撓跨比數(shù)據(jù)，電腦自動記錄試驗數(shù)據(jù)。

通過自動靜載試驗系統(tǒng)，不再需要大量的人來操作油泵及手動記錄計算試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了載荷自動計算，試驗過程中同步加載達到荷載值，自動進行持荷及補壓，有效地提高了試驗的效率，減少了人為因素的干擾，保證了試驗結(jié)果的精確性。并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果自動記錄計算、現(xiàn)場打印試驗結(jié)果報告，通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳功能。

3 結(jié)語

通過晉中制梁場在信息化及智能化方面的探索實踐，為今后高鐵梁場提供寶貴的經(jīng)驗，為高鐵走向世界提供參考。

［1］肖旭東.鐵路大型預制梁場規(guī)劃及設計［J］.山西建筑，2012（7）：19-20.

［2］游慶國.淺談鐵路預制梁場的現(xiàn)場管理［J］.山西建筑，2010（18）：213-214.

［3］黃亮，劉偉濤.談高速鐵路預制梁場設備配置與管理［J］.山西建筑，2014（17）：239-240，288.

2095－6835（2019）03－0009－03

U445.47

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.009

高俊甫（1982—），男，本科，工程師。喬向偉（1987—），男，大專，工程師。范文東（1982—），男，大專，工程師。

張東青（1965—），男，本科，高級工程師。

〔編輯：嚴麗琴〕