基于物聯網的梁場施工過程智能管理方法

劉秀珍，王文強，楊 立

(中國建筑土木建設有限公司，北京 100071)

0 引 言

梁場為生產前兩種預制混凝土的簡質場地，生產完成簡質后，由運梁機將簡質運到橋墩上，起到整個建筑結構的支撐作用。但由于梁場施工過程中出現的安全隱患較多，客觀上會對廣大從業人員的生命健康和財產安全產生重大影響，因此，梁場施工管理工作在梁場施工中一直占有極其重要的地位。為實現梁場施工過程的智能化管理，在確保施工安全的同時，最大限度地提高施工質量和施工進度，采用物聯網技術優化設計管理方法。

1 梁場施工過程智能管理方法

對于梁場施工過程智能管理方法的設計，是在傳統管理方法的基礎上，利用物聯網技術進行實時施工數據的采集，并根據數據的采集結果采取相應的管理措施。

1.1 分析梁場施工工藝

對生產預制梁的場地進行預制梁鋼筋骨架預制，機械化加工生產預制梁所需的各類鋼筋構件，并對構件進行分類堆放。在制作梁體內骨架時，應采用定型制作帶膜鋼筋定位綁扎，再采用扎絲與點焊結合的形式，保證每根鋼筋間距準確，骨架牢固。預應力管道應嚴格按設計要求的位置安裝，直線段波紋管應每隔80 cm安裝1根定位鋼筋，曲線段應每隔40 cm安裝1根定位鋼筋，最后得出鋼筋的加工安裝效果[1]。

1.2 利用物聯網技術收集梁場施工數據

物聯網是一個應用架構，它通過感應裝置、控制裝置，按照約定的協議，將物體信息或物體之間的交互信息與因特網相連，進行信息交換和通信，實現智能識別、定位、跟蹤、監測和管理等功能。用于采集梁場結構數據的物聯網體系如圖1所示。

圖1 物聯網結構框圖

依據梁場建設過程中所需的資料，采用5W1H原則，在不同的采集地點采集資料。下梁場采用物聯網技術施工所需的具體資料見表1。

表1 梁場施工過程采集信息表

梁場施工環境中安裝 RFID標簽及讀卡器設備，考慮到低頻標簽讀卡器間距過小，采用無鋼筋籠混凝土試塊埋設高頻和超高頻芯片兩組芯片標簽，并配有鋼筋籠混凝土試塊[2]。依據梁場建設的不同階段，選擇閱讀器設備和采集位置，保證實時采集數據的穩定傳輸。有關的物聯網設備安裝完畢后，管理人員在梁場運輸階段通過手持移動終端，讀取梁場構件RFID出入庫信息，允許符合裝運計劃的梁場構件通過，并將相關信息上傳。通過安裝讀寫器獲取梁場施工各階段的實時運行數據，并將其存儲在同一分組內。

1.3 實現梁場施工過程智能管理

1.3.1 施工質量管理

預制梁施工工程是按照一個工序、一個子項和一個標段施工的工程，因此預制梁施工的質量控制也是以工序質量控制、分項施工質量控制、分段施工質量控制為基礎的。最后，對預制梁單元進行質量控制，形成完整的質量控制體系，如圖2所示。

圖2 施工質量管理流程圖

采用物聯網技術，能夠收集梁場主體結構局部的荷載和狀態，并對突發情況做出應急響應。FBG傳感器可貼附于結構表面或預埋于結構內，對結構進行沖擊檢測、形變控制和減振檢測，實現對結構缺陷的監控。如果在梁場發現載荷異常或缺陷數據，應立即啟動報警裝置，用質量較好的構件代替有缺陷的構件。

1.3.2 安全風險管理

主要從安全檢查和環境監測兩方面進行安全風險管理的應用。每日安全檢查期間，需對梁場辦公生活區、制梁區、拌和站、提梁站等區域進行每日巡查，如在巡查中發現問題，可根據問題性質選擇是否將問題納入問題庫進行封閉處理。在施工現場，安全風險管理應用應與揚塵在線監測系統數據相結合，將物聯網采集的環境數據實時傳送，實現管理措施的實施。如風力大于6級時發出警報，現場禁止露天吊裝作業，禁止高處作業；PM2.5大于75 μg/m3時發出警報，提醒現場人員做好防護，施工作業實行人性化管理。

1.3.3 施工進度管理

對項目范圍內的活動及其相互關系進行分析，估算各項活動所需的時間，合理安排和控制建設項目范圍內的活動的開始時間和結束時間。根據梁場進度管理的要求，在任意時間段內，都可以對計劃進度和實際進度進行統計分析[3]。當梁場在某一時間段內生產進度與計劃偏差較大時，可通過對該時間段生產各片梁的進度曲線進行分析，找出影響梁場施工和生產的工序和原因。綜合影響因素分析結果，應用預制梁場管理平臺調整施工計劃，生成施工資源配置數據，以提高進度管理的準確性和效率。

2 管理效果測試實驗分析

為了檢驗所設計的基于物聯網的梁場施工過程智能管理方法的管理效果，設計了管理效果測試實驗，所選梁場施工樣本為某高速鐵路TJ-4標段梁場，該梁場承擔工程 K段DK306+817.22-DK326+193范圍內505孔箱梁預制工作，其中31 m箱梁502孔，25 m箱梁41孔，非標梁1孔。本試驗選擇的制梁場的施工環境如圖3所示。

圖3 梁場施工樣本

在該實驗環境下，分別從施工質量、安全風險和施工進度三個方面進行管理效果的測試。為了形成實驗對比，設置傳統的施工管理方法和文獻[1]中提出的基于BIM技術的預制梁場管理方法作為實驗的兩種對比方法。按照梁場中的預制梁對實驗次數進行劃分，在不同的管理方法下統計施工質量、安全事故次數以及施工周期的統計結果，并由此來體現設計管理方法的管理優勢。經過相關數據的統計與對比，得出的實驗結果見表2。

表2 管理效果測試對比結果

從表2中可以看出，三種管理方法下梁場施工的平均質量評分分別為8.44分、8.98分和9.54分，三種管理方法下發生的安全事故分別有24起、14起和3起，而三種管理方法下的平均施工周期分別為14 d、7.6 d和5.6 d。綜上所述，相比于其他兩種管理方法，本文所設計的智能管理方法在梁場施工質量、安全事故發生數量和施工進度等方面均更加具有優勢，即管理效果更優。

3 結束語

近年來建筑施工安全事故頻發，事故總量偶有上升，其根本原因在于現有的安全控制系統已經達到了管理瓶頸。在可預期的瓶頸突破中，由于從業人員流動性大，安全意識提高緩慢，對不安全行為的控制很難迅速取得成效；由于成本、進度等項目管理指標限制，安全評估、檢查和預警很難實現全過程無死角覆蓋。煤建企業可以借鑒煤炭、建筑兩大行業信息化建設的豐富經驗，進行基于物聯網感知的安全控制系統的研究與實踐，以確保多維信息預警和安全風險控制下的各個施工項目順利實施。