鐵路工程智能混凝土拌和站管理應用研究

范文杰

（西成鐵路客運專線陜西有限責任公司，陜西 西安 710043）

目前以土木工程為例的傳統行業，都在加速與信息技術產業的深度融合[1-2]，混凝土攪拌站也要信息技術的結合，進一步推動土木工程行業的信息化進程，實現智能化生產，從而有效提高企業的生產效率[3]。

1 傳統混凝土攪拌站與環保型智能混凝土攪拌站

1.1 傳統混凝土攪拌站的局限性

傳統的混凝土攪拌過程分為一次攪拌工藝和二次攪拌工藝。兩種攪拌工藝本質上的區別在于混凝土中各個組分物料的拌和次數和順序。一次攪拌工藝是將水泥、砂石、外加劑以及水等計量以后一次投入攪拌爐，形成混凝土出料，其程序簡單易操作，但是形成的混凝土產品中砂石等骨料的表面水膜較厚，混凝土的強度和耐久性等難以保證。二次攪拌工藝在一次攪拌的基礎上，利用物料的投料量和攪拌順序改變了砂石等骨料的內部結合方式，從而綜合提高了混凝土性能。

但總體上來看，上述兩種混凝土生產工藝發展仍舊存在一定的局限性。特別是在國家正大規模進行鐵路施工過程中，國鐵集團對施工方使用的攪拌設備的計量精度、準確率和系統軟件功能等提出了更高要求，并需要實時采集數據，對在生產時出現的計量誤差、配方數據等進行分級別報警。因此，傳統的混凝土攪拌站生產設備、工藝以及操作管理水平已經難以滿足現有的工程需求。

1.2 智能系統控制下的混凝土攪拌站的優勢

盡管目前大部分混凝土生產企業，已在生產過程中已經引入了自動控制系統，能夠通過部分的客觀數據，對混凝土的各個生產環節參數進行監測，并輔助決策。但是，對于當前技術條件而言，這種自動控制系統僅僅是停留在自動化的階段，并沒有結合現在的信息技術發展最新技術。相比之下，利用智能化的控制系統，能夠從整體上優化生產過程。

這種智能系統主要集成了當前較為成熟的數字化技術、計算機智能控制技術，優化了現有的數據資源，通過專家系統、智能算法和知識庫等方式，建立了更為成熟的決策庫。相比于傳統的控制方式，具有明顯的優勢。具體表現在以下幾個方面：（1）全面性。考慮因素更為全面，在評價過程中能夠對生產過程中，對影響產品質量控制的諸多因素同時進行分析。（2）實時性。實施監測生產過程，如果生產中任一生產要素和參數發生變化，能夠快速地進行分析和評價。（3）智能性。相比于當前的自動控制系統，智能控制系統節省的人力和智力成本更多，更多的是通過大量的監測數據來指導生產過程，減少了工程師、技術人員的工作量，降低了企業的生產運營成本。

2 智慧系統控制下的混凝土拌和站

文章在結合現有的技術條件的情況下，提出了一種集成多項科技新技術的智慧控制系統，該系統可直接應用于混凝土拌和站的生產過程中。智慧控制系統有其自身的技術優勢，能有效提高現場混凝土拌和的生產效率和質量。

2.1 智慧系統集成技術簡介

在智能拌和站控制系統中，智慧系統是構成該控制系統的核心部分，并且集成了當前多項前沿成果。具體來說包含的技術有下以三種。

（1）物聯網技術。該系統利用物聯網技術可以自動采集數據，且數據真實、高效可靠、無需人工錄入，同時保證了數據的準確性。在交通工程建設中，能夠實現風險監控數據源自動化，可以作為風險監控和過程控制的數據采集手段。

（2）云計算技術。在智慧系統中，云計算將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶按需提供服務。通過網絡以按需、易擴展的方式獲得IT和軟件、互聯網等相關服務的操作模式，包括基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）三個層次。

（3）北斗導航技術。北斗導航技術在混凝土拌和站中可以實現工程車輛的定位，運輸軌跡等功能。

2.2 智慧系統總體概念設計

在總體概念設計方面，智能拌和站系統將在施工進行現場，收集原材檢驗、材料進場、消耗等關鍵業務數據，深入發現原來忽視或不好管理的細節。然后依托物聯網、互聯網、超級計算機，建立云端大數據管理平臺，形成“終端+云端+大數據”的業務體系和新的管理模式，建立智能工地綜合管理平臺，打通從一線操作與遠程監管的數據鏈條。

2.3 智慧系統及工作流程

基于以上設計思想，并按照實用、全面、安全、可擴展、先進性、易用易操作、成熟及經濟性等原則，設計了一種能夠應用于實際混凝土拌和現場的控制系統。該系統采用先進的物聯網技術、云計算技術、移動技術可實現對原材料進行監控、原材料智能檢測、配比自動下發、混凝土生產、混凝土運輸簽收等系統操作。基于物聯網技術的大體積混凝土全流程智能監管及驗收系統，在生產環節出現不符合規定的要求時，系統可自動進行處置，進而實現更精細化的拌和站自動監控管控。上述的智慧系統總體運行流程如下圖1所示。

3 智能混凝土攪拌站在鐵路工程中的應用

上述的智慧管理系統在西延鐵路工程項目混凝土拌和站建設中得到了實際的應用。西延鐵路拌和站信息化綜合管控系統采用先進的物聯網技術、云計算技術、移動技術實現了對原材料進行監控、原材料智能檢測、配比自動下發、混凝土生產等系統操作，基于物聯網技術的混凝土全流程智能監管及驗收系統，從而實現更精細化的拌和站自動監控管控。

拌和站的組成系統子模塊中包括以下模塊設計：

（1）過磅稱重模塊設計。通過安裝現場過磅進行智能化的過磅稱重業務，利用終端軟件進行過磅數據采集。首先，終端軟件需要獲取系統平臺基礎數據；然后，在原材料進場過磅通過連接終端軟件時，進行毛重稱重記錄，利用車票識別和高空攝像硬件進行圖像記錄；接著，通過終端軟件選擇料倉位置，進行車輛卸料，空車再次過磅稱量皮重，系統自動計算凈重，并且將材料自動入庫到基礎庫，稱量結束后數據自動存儲的同時支持磅單打印并且將數據發送至系統平臺；最后，通過系統平臺進行庫存的盤點與統計分析。

（2）任務派單模塊設計。通過工程部、試驗室、拌和站等部門聯動完成任務單發起工作。任務的發起可由工程部或拌和站來完成，試驗室對上述派單信息進行接收，并將任務單與配料單進行關聯，關聯后的任務單下發至拌和站，拌和站可對澆筑令任務進行編輯提交，并執行生產任務。

（3）生產管理設計。系統通過在生產前從系統平臺獲取生產任務信息，通過一建啟動（此處不能修改配料通知單信息），啟動后系統根據任務單配合比自動計量生產，生產完成的數據將自動被發送至系統平臺，全過程無需人工進行數據干預。

圖1 智慧管理系統運行流程

（4）取樣管理設計。在進行樣品取樣時，首先通過手機APP選擇樣品信息，然后利用手機拍照功能對現象取樣情況進行拍照，最后利用網絡將圖片信息上傳至系統平臺，通過利用二維碼將試件信息進行管理匹配，試件信息可通過手機端或平臺進行信息錄入和關聯。另外，利用配置手機可對二維碼信息進行數據讀取，即可獲取試件信息。

（5）試驗檢測業務設計。試驗檢測通過運用先進的信息技術和物聯網技術，將試驗設備與數據采集設備、業務管理和業務監控軟件有機結合，能夠將試驗數據、曲線、報告及時上傳到數據監控中心。

（6）原材料檢測設計。材料進倉前先由試驗員快速檢測，不符合要求則直接進行退場處理，不予過磅，快檢合格進入待檢倉。按照相關實驗檢測規定進行自檢和平檢。這些信息將會直接錄入到管理平臺進行信息整合管理，對于質檢不合格的企業將會被納入黑名單中。

（7）料倉門禁系統設計。采用網絡技術及移動通信技術，實現試驗員、物資人員、監理人員、各級管理人員的網絡化遠程辦公，實現原材料的進場報驗、提交申請、監理審核確認等流程的信息化。

4 結語

文章介紹了一種智慧系統控制下的混凝土拌和站的具體生產過程，并詳細分析了其在實際生產項目中的設計應用過程。工程實踐證明混凝土攪拌站在智能化管理和智能化生產中，都有很大的提升空間，應用智能化技術將大大提高企業的生產力和管理水平。