高速鐵路預制梁場智能化技術應用研究

摘 要：近年來，高速鐵路工程行業通過工業化改革、產業化轉型，建立了內容完整、流程標準的項目生產建設產業鏈條。隨著對裝配式工藝、新材料、新技術、新工藝的持續應用，較好的提升了預制梁場的生產制造水平與生產管理效率。本文選取高速鐵路預制梁場智能化技術應用研究作為題目，概述了高速鐵路預制梁場的建設要求，介紹了智能化技術，剖析了在智能化技術應用中功能應用不齊全、技術協同應用相對不足的問題。并以此為基礎，分別從系統性應用、專項化管理方案應用兩個層面提出了幾點有利于提高其應用效用的措施。

關鍵詞：高速鐵路;預制梁場;智能化技術;應用研究

中圖分類號：U216? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）07-0010-03

0 引言

傳統時期高速鐵路預制梁生產制造精度較低、誤差較大，不僅影響了后續的施工效率，也會導致潛在風險的發生。進入新時代后，通過引入工業設計思想與產業鏈思維，一方面加大了預制梁場預制梁的研發、設計環節的資源配置率，另一方面我國從2018年開始在高速鐵路工程中擴大了對信息技術的配置比例，促進了智能化技術在高速鐵路預制梁場的應用，由此，創建了以預制梁“研發設計→物料采購→預制生產→安裝施工→試運行→維保”等為基本環節的生產建設產業鏈條。下面先對高速鐵路預制梁場的建設要求做出說明。

1 高速鐵路預制梁場的建設要求概述

首先，要求處理好預制梁場項目與總項目的關系。現代高速鐵路工程包括總項目、分部項目、子項目，預制梁場只是項目產品生產建設中的分部項目，包括施工現場設施、臨時工程、臨時設施。由于此類項目以設計施工一體化模式進行實踐，因而增強了預制梁場的預制梁項目，與其他分部項目的關系。例如，從總項目與預制梁場分部項目的關系看，預制梁場生產制造效率的高低、產品質量的好壞，直接影響著總項目的工期與成本投入。

其次，要求提高預制梁場的建設水平。現代高速鐵路工程中的分工程度日益加深，對預制梁場項目施工質量提出了新要求。例如，在預制梁場選址時，需要應充分考慮高速鐵路工程施工進度，并在地理分布、運輸條件等方面開展綜合評估，以此保障預制梁產品運輸線路分布的合理性等。實踐經驗表明，選擇線性分布路線，有利于促進預制梁生產制造、運輸的連續性[1]。

最后，要求做好預制梁場的后續處理工作。預制梁場占地面積大、資源配置多，隨著環境工程管理需求的增加，既需要考慮到后續對預制梁場的有效利用，如將其作設計為車站、貨物倉儲中心等，也應該充分考慮到對預制梁場建設、使用后的設施設備的拆除工作、回收工作，以及對于生產建設剩余垃圾的填埋處理等。

2 高速鐵路預制梁場常用的智能化技術

2.1 自動化辦公系統技術

從2018年開始實施“互聯網+”改革以來，高速鐵路工程中的預制梁場更新了自動化辦公系統，在內部實現了紙質辦公、自動化辦公相結合的辦公模式。實踐經驗表明，對自動化辦公系統的應用，有利于提高生產部門、管理部門、技術部門、施工部門的辦公效率。例如，預制梁場與高速鐵路建設現場之間可以通過自動化辦公系統，快速的完成信息交互，減少因信息傳輸速度慢而造成的風險及損失。

2.2 信息管理系統技術

在更新自動化辦公系統的同時，幾乎所有的高速鐵路預制梁場，都建立了信息管理系統。一方面通過實現了預制梁生產制造各環節的信息采集、傳輸、存儲、利用。另一方面結合信息管理思路，可以利用全要素分析方法，對預制梁場的生產管理要素進行分析并制作要素清單。同時，能夠對照要素清單進一步檢驗生產管理中的技術指標是否全面，并在要素與指標方面建立起一種對應關系。

2.2 數據庫技術

雖然信息化管理思維及系統的應用，幫助高速鐵路預制梁場較好的達到了信息化管理目標。可是，由于生產管理要素、管理指標之間的對應關系只停留于信息存儲階段，對其利用效率相對較低[2]。因此，在“互聯網+”改革的深化時期，多數高速鐵路預制梁場結合實際工作需求，引入了應用頻率高、技術比較成熟、操作相對簡便的SQL數據庫技術，建立了生產管理要素庫、指標庫，并將兩大數據庫與其它分部項目中的數據庫進行了通訊關聯，有效的提高了信息管理水平。

2.3 大數據技術

現階段，高速鐵路預制梁場生產建設中加快了數據庫建設。同時，在區分信息化管理、數據化管理的基礎上，開發了預制梁場生產管理要素、指標、信息的數據共性特征。為大數據技術的應用奠定了必要條件。從目前實踐經驗看，部分施工單位已經引入大數據技術，搭建了具有統一標準的數據信息管理平臺，實現了預制梁場信息化管理向數據化管理的轉型升級目標。實踐過程中，以“線上+線下”混合管理模式為準，建立了以“數據采集→數據清洗→數據傳輸→數據存儲→數據抽取→數據分析→生成數據報表→應用數據報表”為主要流程的大數據管理體系，較好的滿足了當前預制梁場的智能化管理需求[3]。

2.4 BIM技術

雖然現代高速鐵路預制梁場根據自身的需求，應用了不同的智能化技術，起到較好的應用效果，但是在綜合化應用方面仍然以BIM技術為主。具體而言，在EPC總承包模式下，設計與施工的一體化實踐中，建設企業可以借助BIM技術搭建BIM信息管理平臺，并借助3DRevit軟件、4DNavisworks軟件等，完成預制梁產品的深化設計、施工可視化模擬、碰撞檢查，以及在此基礎上制定相應的解決方案等。另外，高速鐵路工程分段同步施工特點十分鮮明，在預制梁場項目與分段施工項目中，可以借助BIM信息管理平臺，將建設單位（業主）、設計單位、施工單位、供應商統一納入到應該平臺的用戶層。一方面，使參建各方在同一個信息管理平臺上開展信息交互，保障預制梁場的預制梁生產滿足分段施工時的構件同步使用需求。另一方面，將大數據技術與BIM技術進行聯合應用后，可以滿足分段施工時的多項目管理需求[4]。

2.5 其他智能化技術

除以上常用的幾項智能化技術之外，目前針對預制梁場產品生產制造中的實際需求，建設企業通過與第三方技術服務機構之間的市場化合作，已經研發了針對養護環節的智能化養護系統、智能化鋼筋加工機械設備系統、智能化張拉設備系統等。以智能化養護為例，不僅能夠解決混凝土簡支梁養護中，人工灑水、噴淋設施、噴涂養護效率低與資源耗費較多的問題，而且對于冬季養護中養護效果不理想的情況，具有明顯的改善作用。其主要是將PC端、智能客戶端（如智能手機APP、手持PAD設備等）、現場操作箱進行通訊關聯，利用多元化管理思路，在統一的智能化養護系統中，通過界面管理對其開展智能化養護管理操作。其中的配套措施包括了養護測點的布設、可折疊式移動養護棚的配置、供氣或供水系統的設置，以及養護工藝流程的標準化設計。從實踐經驗看，預制梁場的智能化養護工藝流程主要由養護方案設計—參數預設—系統運轉—預制梁產品養護等組成。

3 高速鐵路預制梁場中的智能化技術應用問題

3.1 智能化技術的功能應用不齊全

在高速鐵路預制梁場現用的智能化技術中，雖然數量有所增多，但是對于不同的智能化技術自帶的功能研究不夠，導致了在功能應用方面捉襟見肘、差強人意的現象。

例如，在信息化管理（如自動化辦公系統、信息管理系統）、數據化管理（如數據庫技術、大數據技術、云計算技術）的應用方面，未能區分兩種管理系統的本質性差異。在前一種智能化技術應用中，對于Office軟件、ERP軟件等，只進行一般性應用，沒有深入一步挖掘其中的信息計算功能，尤其對Excel中的數據、圖表計算與制作功能開發不足。在后一種智能化技術應用中，沒有挖掘數據共性條件下，對預制梁場生產管理要素、生產管理指標、生產管理信息的數據分析、數據處理功能。再如，對于BIM技術的應用中，只將重點集中在深化設計、施工模擬方面，缺乏對基于BIM技術的數據管理平臺開發，因而也沒有使參與高速鐵路工程建設的各個組織機構實現信息交互與數據共享。既不利于系統性管理工作的開展，也沒有使專項化管理在同一個管理平臺上，以協同合作的方式增強執行效果、提高實踐效果。

3.2 智能化技術協同應用相對不足

高速鐵路預制梁場智能化技術的應用核心集中在“自動化管理”“智能化管理”“智慧化管理”功能上，為了有效的實現此類功能，需要對智能化技術背后的互聯網思維、數字化思維做深入一步的研討及利用。例如，自動化辦公、信息化管理、數據化管理、基于BIM技術的全面管理等，均需要清晰的突出不同智能化中的“萬物互聯”“信息交互”“數據共享”特征。只有在這種前提條件充分明確的情況下，才能夠進一步借助思維方式的改變，挖掘獨立的智能化技術內部各項功能之間的關聯性，與不同智能化技術之間的功能交互性。

例如，在當前BIM技術應用過程中，設計單位主要應用Revit軟件進行預制梁建模，同時應用連接設計、拆分設計、協同設計優化設計方案。建設單位主要是將CAD施工圖，導入到Revit軟件建立施工模型，再將其導入Navisworks軟件進行施工推演。與之相比，施工單位在使用該技術時，除了通過三維模型、四維模型審核圖紙、開展施工場地模擬外，并沒有對其功能做進一步開發，利用Navisworks軟件關聯的Project軟件制作進度計劃表，通常也會忽略碰撞檢查功能，在各類構件安裝施工時的應用等[5]。

4 高速鐵路預制梁場智能化技術應用對策

4.1 系統性應用

首先，建議在高速鐵路預制梁場中，以實際的高速鐵路工程總項目、預制梁場分部項目為對象，明確產業鏈思維在總項目、分部項目中的應用思路，進而按照“大系統+小系統”的基本模式，在總項目生產建設產業鏈條下，構建預制梁場預制梁產品生產制造產業鏈條。

其次，應該根據預制梁產品的研發、設計、采購、生產加工、運輸為基本環節，對應的選擇智能化技術。以當前的實踐經驗看，應該在信息化管理基礎上，先借助SQL數據庫技術建立預制梁生產管理要素庫、指標庫。然后，引入大數據技術建立以“終端數據采集—上傳—存儲—抽取—分析—生成分析報告—利用分析報告調整生產管理方案”為主的數據化管理體系。或者，直接以BIM技術為準，搭建預制梁場信息管理平臺，借助3DRevit軟件中的建模功能、“族庫”設置功能，與4DNavisworks模擬功能、碰撞檢查功能等，完成數據化管理。

4.2 專項化管理方案應用

在高速鐵路預制梁場智能化技術應用中，建立系統性應用方案后，需要進一步按照信息交互、數據共享的基本條件，設置專項化管理方案，確保預制梁場的產品生產制造、生產管理能夠實現智能化管理目標。

4.2.1以預制梁生產制造中的應用為例

在預制梁產品的生產制造中，需要根據不同的環節，設計智能化程度較高的子系統。例如，預制簡支梁中的鋼筋加工環節中，加工鋼筋構件的數量相對較大，采用人機結合方式，費時費力，此時就可以借助BIM技術，通過信息管理平臺設置操作界面，從而將鋼筋加工機械設備與信息管理系統關聯起來，針對不同的加工型號開展智能化加工操作。再如，應用智能鋼筋彎箍機時，可以應用設置PLC編程邏輯控制器的方法，將設備CNC數控系統、伺服電機驅動器等進行關聯，對鋼筋的調直—定尺—彎曲—切斷等實施一體化自動控制，提高其應用水平。

4.2.2以預制梁生產管理中的應用為例

目前，在高速鐵路工程中，施工單位十分重視預制梁場預制梁的生產制造。但是，在預制梁生產管理方面，普遍存在管理效率低與效果差的情況。從原因看，主要是對預制梁生產管理工作重視程度不夠，專項化管理方案應用不足。從部分施工單位的成功經驗看，在當前應該的預制梁生產管理中，主要是通過項目經理負責制度引領，采用建立預制梁生產管理小組的辦法，清楚劃分各項任務后實施專項管理與協同管理。

具體而言，專項管理小組對編制好的專項化管理方案應用時，一方面需要將獨立的專項管理方案貫徹到預制梁生產制造全過程，另一方面需要保障不同方案之間協同應用。從前一個方面看，通常是把RFID技術自動收集相關管理數據傳輸到預制梁場數據管理中心，通過對此類數據的分析與處理生成數據報表，并加以利用。從后一方面看，一般是依托數據管理平臺、BIM信息管理平臺、生產管理系統，在確保各管理小組之間信息交互、數據共享充分實現的條件下，開展協同管理工作。需要說明的是，在生產管理方面的智能化技術應用，需要與智能設備管理系統、智能養護管理系統等進行數據關聯，才能有效擴增協同效應。

5結語

總之，預制梁場是高速鐵路工程生產建設中的重要組成部分，其生產制造能力、生產管理水平，直接影響著工程進度與質量，以及投入成本。因此，一方面需要在預制梁場中增強對智能化技術的研究，提高選擇適用性技術的能力，另一方面則應該借助應用數量、應用功能方面的開發與挖掘，推動對智能化技術的系統性應用與專業化應用。建議在系統性應用層面加強智能化技術應用方案的研發設計，在專項化應用層面盡可能以預制梁的生產制造環節、生產管理要素為準，開展針對設計施工全過程的指標化管理。進而，通過智能化技術要素的配置，在整體上提高高速鐵路工程生產建設中的全要素生產率，為國民經濟的健康發展添磚加瓦。

參考文獻

[1] 禚一.鐵路預應力混凝土梁智能張拉系統BPS研究[J].高速鐵路技術，2018，9（3）：1-7.

[2] 王正國.高速鐵路客運專線預制梁場施工問題及其策略[J].智能城市，2019，5（23）：164-165.

[3] 于子奇.淺談高速鐵路預制梁場施工技術管理[J].信息周刊， 2019，16（11）：72-73.

[4] 郭健.基于BIM技術的高速鐵路制存梁場設計及工程應用研究[J].鐵道勘測與設計，2021，2（4）：88-91.

[5] 梁新華，林國輝.鐵路綠色梁場建設及自動化設備信息化管理配套技術研究[J].工程建設與設計，2020，17（8）：258-259.

收稿日期：2022-02-14

作者簡介：張志清（1980—），男，黑龍江哈爾濱人，本科，高級工程師，主要研究方向：路基與橋梁工程。