預制 T 梁智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)及工程應用研究

作者簡介：

韋 奔（1990—），碩士，高級工程師，主要從事公路工程項目管理工作。

摘要：文章以某高速公路橋梁工程為例，設(shè)計了由智能制造生產(chǎn)管理平臺系統(tǒng)、移動臺座自動行走控制系統(tǒng)、智能脫模控制系統(tǒng)、智能蒸養(yǎng)控制系統(tǒng)、預應力智能張拉控制系統(tǒng)、智能循環(huán)壓漿控制系統(tǒng)組成的智慧梁場，以縱列式梁場布置方式，集控制區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)為一體，形成預制T梁施工工藝。經(jīng)工程應用表明：相比于傳統(tǒng)梁場，智慧梁場更加自動化、智能化，用機械代替人工，流水線生產(chǎn)、工廠化作業(yè)，大幅提高了混凝土預制T梁的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；智慧梁場；預制梁；智能化；應用研究

中圖分類號：U445.47文獻標識碼：A 40 136 3

0 引言

當前我國的高速公路橋梁工程建設(shè)正在迅速發(fā)展，對施工效率和工程質(zhì)量的追求也越來越高，傳統(tǒng)的施工方式和管理模式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代工程的需求，尤其是在橋梁預制梁的生產(chǎn)和架設(shè)過程中，存在著諸多問題［1］，例如預制梁生產(chǎn)效率低下、質(zhì)量不穩(wěn)定、安全隱患多等，不僅影響了工程進度和成本，更嚴重的可能對橋梁的安全性和耐久性產(chǎn)生不良影響［2］。隨著科技的快速發(fā)展和智能化時代的來臨，智慧梁場系統(tǒng)作為一種新興的工程技術(shù)和管理手段，正在逐步改變著橋梁工程的施工方式和管理模式［3］。

智慧梁場利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進技術(shù)，實現(xiàn)了預制梁生產(chǎn)過程的全面智能化和信息化［4］。通過預制梁的智能化生產(chǎn)和架設(shè)，實現(xiàn)了施工過程的精準控制和高效管理，為我國的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作出了重要貢獻［5］。然而，智慧梁場的發(fā)展和應用仍面臨著一些挑戰(zhàn)。

在高速公路項目施工的過程中，預制梁的生產(chǎn)施工十分重要和關(guān)鍵，智慧梁場的生產(chǎn)管理與預制梁場的建設(shè)對于預制梁生產(chǎn)質(zhì)量控制具有決定性作用。本文以某高速公路智慧梁場為例，結(jié)合多項前沿技術(shù)，搭建了智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)和配套運用多個精密的智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對預制梁全生產(chǎn)流程的有效管理。

1 預制T梁智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)

本文以廣西巴馬—憑祥公路田東段智慧梁場為工程背景，結(jié)合T梁預制整體工藝，具體分析智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)功能。智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)由智能制造生產(chǎn)管理平臺系統(tǒng)、移動臺座自動行走控制系統(tǒng)、智能脫模控制系統(tǒng)、智能蒸養(yǎng)控制系統(tǒng)、預應力智能張拉控制系統(tǒng)、智能循環(huán)壓漿控制系統(tǒng)組成。該智慧梁場能夠協(xié)調(diào)指揮各智能控制系統(tǒng)，從而完成預制梁制備全流程。系統(tǒng)的基本框架如圖1所示。

1.1 智慧梁場智能制造生產(chǎn)管理平臺系統(tǒng)

依托物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和云上計算等智能技術(shù)，智慧梁場構(gòu)建了一套現(xiàn)代化梁場智能制造生產(chǎn)管理平臺。該平臺通過集成作業(yè)計劃、工作調(diào)度以及流水監(jiān)控和統(tǒng)計等功能模塊，形成融合式的MES系統(tǒng)（Manufacturing Execution System），可以實現(xiàn)制造執(zhí)行層面的高度集成。同時，移動端APP系統(tǒng)支持在現(xiàn)場進行作業(yè)調(diào)度、工作消息匯總等操作；現(xiàn)場流水線設(shè)備數(shù)據(jù)能通過智能化物聯(lián)網(wǎng)平臺實時采集和控制，確保智慧梁場自動化生產(chǎn)的高質(zhì)、高效、可控，實現(xiàn)生產(chǎn)精細化管理。

1.2 移動臺座自動行走控制系統(tǒng)

移動臺座自動行走控制系統(tǒng)利用變頻技術(shù)進行臺座移動自走控制，依靠臺座設(shè)備智能定位和自動避障能力，實現(xiàn)多生產(chǎn)線的工作調(diào)度，具有速度連續(xù)可調(diào)、微調(diào)、柔性啟停等優(yōu)越性能。此外，臺座使用專有的設(shè)備滑線進行連接，確保了空間布局的整潔性和有序性，從而簡化了管理和維護工作。

1.3 智能脫?？刂葡到y(tǒng)

該系統(tǒng)通過智能控制器、位移傳感器、電動執(zhí)行器實現(xiàn)精準的橫向移動同步控制。在脫模過程中，操作者可以直接觀察到脫模的量化數(shù)據(jù)，支持特定的脫模需求或一鍵式操作。系統(tǒng)還能與遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，同時對多個模板脫/合模動作集中控制。

1.4 智能蒸養(yǎng)控制系統(tǒng)

智能蒸養(yǎng)控制系統(tǒng)由智能控制單元、蒸汽電動執(zhí)行器、電動水閥以及溫、濕度感應器組成。實時采集的溫濕度數(shù)據(jù)與遠端監(jiān)控系統(tǒng)實時傳輸，控制系統(tǒng)能按照預先設(shè)置的溫濕度曲線，自動計算并精準調(diào)節(jié)蒸汽和噴水量。

1.5 預應力智能張拉控制系統(tǒng)

預應力智能張拉控制系統(tǒng)由控制主機、油壓泵和千斤頂這三大部件構(gòu)成。系統(tǒng)以張拉力作為控制目標，以伸長量作為校核指標，通過傳感器實時監(jiān)測并分析相關(guān)參數(shù)，根據(jù)結(jié)果對張拉設(shè)備發(fā)出控制指令，實時調(diào)整電機和油泵的工作參數(shù)，從而精確控制張拉力和加載速度，自動完成整個智能張拉過程。

1.6 智能循環(huán)壓漿控制系統(tǒng)

智能循環(huán)壓漿控制系統(tǒng)由主控電腦、智能壓漿臺車以及循環(huán)管路組成，臺車集成了制漿、壓漿和進出漿口測控等功能。智能循環(huán)壓漿設(shè)備能自動檢測漿液水膠比，持續(xù)排出循環(huán)管道內(nèi)空氣，精確調(diào)節(jié)和保持壓漿壓力，確保管道壓漿充盈度，實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定的自動壓漿。操作全程智能化，保障了壓漿質(zhì)量和計量精度。

2 智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的工程實際應用

智慧梁場自動化生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)應用選取巴馬—憑祥公路田東段項目作為應用工程實例。

廣西巴馬—憑祥公路田東段為新建工程，預制梁的規(guī)模大、工期緊張，通過智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的建設(shè)，可有效解決工期緊、預制T梁模板周轉(zhuǎn)慢等問題，降低人工及材料消耗，使整個工程在速度與質(zhì)量上能夠得到保證。為了說明智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)在實際工程的具體應用，分別從梁場建設(shè)、生產(chǎn)工藝兩個方面進行詳細分析。

2.1 基于智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的梁場建設(shè)

該智慧梁場采用縱列式梁場布置方式，施工方便、占地面積小，設(shè)備投入及地基加固處理綜合成本較低。根據(jù)不同職能，智慧梁場被劃分為控制區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和輔助生產(chǎn)區(qū)三大部分，并配備有場內(nèi)便道等配套設(shè)施。本研究中智慧梁場平面布設(shè)詳情如圖2所示。

2.1.1 智慧梁場控制區(qū)

該區(qū)由辦公區(qū)、智能控制中心組成。辦公區(qū)占地面積為55.5 m2，配備項目值班室、工人學習會議室及洗手間；智能控制中心占地面積為111.1 m2，室內(nèi)配備一個3 m×4 m的大屏，時刻監(jiān)控移動臺座流水線作業(yè)情況，并對各個施工場區(qū)下達施工指令，是全場區(qū)的控制中心。

2.1.2 智慧梁場生產(chǎn)區(qū)

梁場采用先進的橋梁自動化生產(chǎn)線，共布設(shè)5條生產(chǎn)線，按“3+2”品字形進行布置，由鋼筋區(qū)、預制區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)、張拉壓漿區(qū)、存梁區(qū)5個功能區(qū)組成。其中，預制區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)、張拉壓漿區(qū)采用移動臺座進行串聯(lián)，流水線作業(yè)實時監(jiān)控及各廠區(qū)工作任務(wù)由中控智能制造生產(chǎn)管理平臺統(tǒng)一管理。

蒸養(yǎng)區(qū)設(shè)有5條長65 m、高3.5 m、寬3 m的獨立隔熱全封閉棚，10根預制梁能同時在蒸養(yǎng)棚進行養(yǎng)護作業(yè)。養(yǎng)護室內(nèi)設(shè)有蒸汽發(fā)生器、梁溫度檢測儀、壓力計、液壓門，利用智能養(yǎng)護系統(tǒng)，對預制梁的蒸汽養(yǎng)護過程進行精細化管理，確保蒸汽產(chǎn)生溫度精確可控，精準管理預制梁的蒸汽養(yǎng)護過程，實現(xiàn)有針對性的養(yǎng)護。

移動臺座串聯(lián)澆筑區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)及張拉壓漿區(qū)三大主要功能區(qū)。因整個過程中預制T梁生產(chǎn)為移動流水線施工，為避免預制T梁在移動過程中表面微裂等質(zhì)量通病，且根據(jù)軌道平整度要求（軌道8 m范圍內(nèi)應lt;2 mm，30 m范圍內(nèi)應lt;3 mm），故臺座基礎(chǔ)穩(wěn)定就顯得尤其重要。結(jié)合現(xiàn)場整體布局，現(xiàn)場臺座采用下沉式混凝土基礎(chǔ)，降低模板及混凝土施工作業(yè)高度，確保預制T梁安全施工?；A(chǔ)采用C30混凝土擴大基礎(chǔ)。

2.1.3 智慧梁場輔助生產(chǎn)區(qū)

為確保梁場制梁作業(yè)的順利進行，智慧梁場設(shè)有輔助生產(chǎn)區(qū)。該區(qū)域主要布置了輔助配套設(shè)施，包括混凝土攪拌站、砂石存放區(qū)、試驗室、鍋爐房、變壓站、鋼構(gòu)件存放區(qū)、材料場和庫房等。

2.2 基于智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的工藝流程

針對實際應用工程中的預制T梁，該智慧梁場采用全自動液壓模板制梁、全自動溫控蒸養(yǎng)技術(shù)、智能移動臺座轉(zhuǎn)移技術(shù)、鋼筋現(xiàn)場綁扎、合模澆筑混凝土等，由中控室統(tǒng)一監(jiān)控及下發(fā)工作指令。預制T梁施工工藝流程如下。

（1）鋼筋綁扎區(qū)：綁扎結(jié)束APP報工→龍門吊吊裝在臺車送至預制區(qū)。

（2）預制區(qū)：臺車到位識別→臺車、梁體身份識別→合膜→混凝土澆筑、振搗→預養(yǎng)護→開?！鶤PP報工→臺車移至蒸養(yǎng)區(qū)1#。

（3）蒸養(yǎng)區(qū)：蒸養(yǎng)棚入門開→臺車進入→臺車到位識別→蒸養(yǎng)棚入門關(guān)→蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫濕度檢測及控制→蒸養(yǎng)24 h→二次蒸養(yǎng)24 h→蒸養(yǎng)結(jié)束→蒸養(yǎng)棚出門開→臺車移至張拉區(qū)。

（4）張拉區(qū)：臺車到位識別→APP報工張拉壓漿開始→一鍵智能張拉、壓漿→APP報工張拉壓漿結(jié)束→龍門吊移梁至存梁區(qū)→臺車回至預制區(qū)。

3 智慧生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)預制T梁的優(yōu)勢分析

相較于傳統(tǒng)的預制梁場，基于自動化生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的智慧梁場創(chuàng)新改進涵蓋了硬件和軟件兩大部分。硬件方面包括網(wǎng)絡(luò)部署、物聯(lián)網(wǎng)通信、生產(chǎn)線改造以及智能化設(shè)備的應用等；軟件方面則構(gòu)建了具有生產(chǎn)統(tǒng)籌調(diào)度能力的MES平臺以及便利現(xiàn)場作業(yè)應用的APP系統(tǒng)。這些改進帶來了以下幾個主要優(yōu)勢：

3.1 產(chǎn)線化作業(yè)

流水線的工廠生產(chǎn)模式，具有固定作業(yè)時間、地點和人員編制，能降低勞動強度，使環(huán)節(jié)作業(yè)有條不紊，有序高效，大幅提升預制梁制造效能；采用革新自動化升級制梁，可移動臺車作為澆筑工位，實現(xiàn)鋼筋綁扎、混凝土澆注、蒸汽養(yǎng)護、張拉壓漿等關(guān)鍵工序自動化流轉(zhuǎn)，為梁場生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化奠定堅實基礎(chǔ)。

3.2 提高混凝土質(zhì)量

在施工過程中使用液壓整體拆裝模板，簡化施工流程，避免了重復拆裝，同時降低了模板安裝錯誤的風險，有效提升了預制梁的外觀品質(zhì)；引入固定式智能蒸養(yǎng)室，熱量損失少，養(yǎng)護成本可控，同時智能控制系統(tǒng)精準管控預制梁溫濕度和時間，確?；炷琉B(yǎng)護內(nèi)在質(zhì)量達標。

3.3 提升效率

生產(chǎn)線全部位于廠房內(nèi)部，封閉式作業(yè)環(huán)境，冬日或雨淋、白天或黑夜均不影響施工，為施工進度長期保持高效快速提供保障；集成了先進的T梁預制生產(chǎn)管理系統(tǒng)平臺，涵蓋生產(chǎn)任務(wù)高效分派、制造過程實時監(jiān)控和智能化作業(yè)監(jiān)管等功能，實現(xiàn)軟硬件協(xié)同。

3.4 降低風險

通過減少模板的拆卸和搬運作業(yè)，降低了脫模過程中的安全風險，同時減少了人工和龍門吊的使用，避免了操作時的相互干擾；對預制梁的每個施工階段進行數(shù)據(jù)采集，做到了整個施工周期內(nèi)過程數(shù)據(jù)的完整貫通和可追溯性。

4 結(jié)語

本文通過在某高速公路工程橋梁建設(shè)項目中建設(shè)智慧梁場，利用MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)聯(lián)系各項工藝的智能控制操作系統(tǒng)，有效解決了傳統(tǒng)施工方式中的諸多問題。與傳統(tǒng)預制梁場對比分析，智慧梁場更加自動化、智能化與信息化，預制梁的生產(chǎn)效率得到全面提升。

智慧梁場系統(tǒng)在高速公路橋梁工程中具有廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^不斷的研究和創(chuàng)新，智慧梁場系統(tǒng)將在高速公路橋梁工程建設(shè)中發(fā)揮更大的作用，流水線生產(chǎn)、工廠化作業(yè)，為我國的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展作出更大的貢獻。

參考文獻

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