高鐵預制梁場信息化、智能化的創新實踐

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、信息化的創新應用進行探討，如何將信息通訊、物聯網技術應用于制梁場現場管理，如何利用智能化施工設備，全面提升制梁場安全、質量、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濟效益。

高鐵預制梁場；信息化；智能化；創新實踐

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許可證認證，先后迎接各級觀摩會、各級領導調研指導，成為太焦線標桿梁場。

1 信息化技術的創新應用

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，結合自身實際，利用物聯網+技術，創新現場信息化管理。

1.1 梁場生產信息管理系統

梁場生產管理信息系統以施工作業管理為中心，依托互聯網+信息技術，形成了數據集成、進度、安全質量、物料四大核心管理內容，實現了工廠預制全工序信息化管理。生產管理系統如圖1所示。

圖1 生產管理系統

1.1.1 數據集成

通過對攪拌站、試驗室、預應力自動張拉、自動噴淋養護數據的采集，經過統計、分析及預警，實現數據資源共享。

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、監理人員等，工序的開始時間及結束時間和過程控制檢查記錄等都能夠形成二維碼，永久保存在系統中，并可形成芯片埋至箱梁內部，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計，實現自動分析和預警功能。

1.1.4 安全質量管理

通過在關鍵工序和重要場地安裝高清視頻監控，實現對現場關鍵環節的細節管控；通過建立特種設備和特殊作業人員信息庫，實現人、機對應管控。

1.2 設備物聯網信息系統

1.2.1 互聯網+的技術應用

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

1.2.2 云平臺技術

本系統前端所采集到的全部數據會直接上傳到網絡云平臺，梁場作為使用者，無需耗費巨資建立數據庫，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的電腦，就可以方便快捷使用這些數據。同時，在后期，如果我們對部分數據有保密的需求，也可以將這部分數據保存在自己的服務器中，方便、靈活、高效、費用低。

1.2.3 大數據技術

大數據技術，是通過前端設備收集回來的海量設備運行數據，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，同時因為使用了同一個軟件，可以達成各設備與設備間、設備與系統間的聯動，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

利用現有光伏科技，在廠區范圍內照明采用太陽能照明，節約能源，充分體現綠色、節能、環保工地的要求。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，實現自動控制功能。

太陽能智慧照明系統解決了廠區尤其是特殊區域的照明布線問題，在保證良好照明環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，改善了傳統的照明環境；通過智慧照明系統改善了照明管理環境，使管理者更方便的做到照明的數字化、精細化管理。

2 智能化創新應用

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

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，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伺服電機驅動，自動完成鋼筋定尺、調直、切斷、彎箍，快速、省人、省料、省地。實現鋼筋加工自動化和調直、定尺、彎箍、切斷一體化，伺服電機和數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構壽命，如果出現張拉精度失控，會使梁體出現縱橫向裂縫，引發安全質量事故。傳統的張法工藝為通過作業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

自動張拉系統主要由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。系統結構為：在千斤頂的打壓端和回油端分別安裝液壓傳感器，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。本系統實現了計算機自動控制技術、無線傳輸技術、數據監控分析技術的一體化。通過采用自動張拉系統，實現高鐵橋梁張拉的信息化管控。

2.3.3 技術指標及應用

與傳統手工張拉相比，預應力控制精度大幅提升，自動生成報表，質量追溯有據可查，既節約了人工成本，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 數據傳輸功能

張拉數據、張拉力曲線及伸長量曲線可導出為Excel電子表格文件，同時通過網絡直接上傳。

2.4 自動噴淋養護裝置

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

圖4 自動噴淋養護裝置

圖5 自動噴淋養護裝置布置圖

2.4.1 工藝特點

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

2.4.2 操作及應用

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

箱內噴淋在端部設擋風裝置，箱內安裝噴淋管，與箱外養護主管道連接，通過180°旋轉噴頭進行旋轉噴水，確保箱內保持濕潤，底板及頂板采用360°旋轉噴頭進行噴水，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護質量。

2.5 自動靜載試驗系統

預應力鐵路橋梁靜載試驗自動控制系統主要由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個數字變送器和6塊數顯百分表組成。該系統在橋梁靜載試驗時，只需把橋梁的基礎數據輸入到系統中，就可以自動計算靜載試驗的千斤頂加載數據。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，系統會通過電子閥自動控制每個千斤頂的加載速度和流量，以保證均勻加載，試驗過程系統中會自動持荷、補壓。試驗過程中數顯百分表及傳送器會把靜載試驗數據傳送到操控臺，系統自動實時計算各個試驗階段的撓跨比數據，電腦自動記錄試驗數據。

通過自動靜載試驗系統，不再需要大量的人來操作油泵及手動記錄計算試驗數據，實現了載荷自動計算，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，保證了試驗結果的精確性。并能夠實現數據結果自動記錄計算、現場打印試驗結果報告，通過接口實現數據實時上傳功能。

3 結語

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〕