信息化智慧控制大型預制梁場施工技術研究

陸安偉

（浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

公鐵橋梁工程的上部結構多采用預制梁，作為預制梁施工的重要組成部分，預制梁場承載著整個工程項目的預制梁施工任務，是工程建設的重中之重，不僅制約著項目工期，也關乎所有公鐵橋梁工程的總體施工質量[1-4]。目前，預制梁場的選址問題，通常由于地形限制，如山區地形，平坦且滿足大場地要求的地塊較少，有些場地存在落差，運輸道路轉彎半徑很小，選用該場地會增大運輸及架設的難度；如果征用土地，則需要大量的征地費用及后期復墾費用，增加了成本。預制梁場內噴淋水輸送管道、蒸汽輸送管道和電力線纜等設備設施的布設雜亂無章，導致預制梁場內存在嚴重的安全問題，有時還會造成人員傷亡事故[5-8]。預制梁生產是公鐵橋梁建造過程中工廠化程度較高的專業領域，其在數字化、智能化技術研發、推廣、應用方面具有良好的先決條件[6-13]。

1 技術原理

信息化智慧控制大型預制梁場是由混凝土智慧生產系統、鋼筋智能加工、智能液壓模板體系、智能蒸養系統以及智能張拉壓漿體系組成的。

混凝土智慧生產系統是由混凝土智慧拌合設備體系和機械化智能試驗系統組成的，前者實現可含水率在線監測、生產數據實時采集、混凝土運輸和澆筑管理；后者可將混凝土試塊的制配、養護、傳送、試驗、數據采集等融為一體，大大提升了試驗效率，如圖1 所示。

圖1 混凝土智慧生產系統

鋼筋智能加工的數控設備包括：數控鋼筋彎箍機、數控雙向移動斜面式鋼筋彎曲中心、數控棒材剪切生產線和數控鋸切套絲打磨生產線，四者相互配合可實現鋼筋加工的智能控制與加工，提升鋼筋綁扎的施工效率。

智能液壓模板體系是由可移動式液壓側模、行走軌道、固定臺座以及電動驅動系統組成的，可實現自動拆模、合模，同時在側模及臺座底部的紅外線發射接收裝置，可實現自動定位、自動調整；減少了人工，提升了模板支設效率。

預制梁智能蒸汽養護系統采用了自動化控制與無線傳感技術，對預制梁進行有效的保溫和保濕，并根據溫濕度實測，有針對性地進行養護。

智能張拉壓漿體系是由預應力張拉智能采集系統和壓漿數據監測系統組成的，前者主要采集的數據為預應力張拉設備力值、伸長量等實時數據，實現自動上傳、查詢、預警及統計分析功能；后者將數據采集和數據管理融為一體，對智能壓漿設備進漿壓力、返漿壓力、注漿數量、保壓時間等數據實時采集，通過網絡實時上傳到服務器進行數據分析、處理，實現壓漿全過程監控。

2 工藝流程與操作要點

2.1 工藝流程

信息化智慧控制大型預制梁場的施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 信息化智慧控制大型預制梁場施工工藝流程

2.2 操作要點

2.2.1 混凝土智慧拌和

通過智能含水率傳感器可直接實時監測混凝土拌合站生產線上的骨料溫度。將傳感器安裝在集料倉倉門附近或集料輸送皮帶上，實時測量砂子含水率，并可與工控系統聯動適時自動調整配合比，確保拌合機使用的配合比始終為最佳狀態，提高配合比執行的自動化程度，確保拌合站生產質量可控。

采用物聯網技術，通過在拌合站控制機上部署數據采集程序，通過網絡實時上傳至物聯網管理平臺中，從而得拌合站生產的基礎數據，為拌合站監控奠定生產數據基礎。采集程序自動讀取系統數據庫，獲取每盤混凝土攪拌的水泥、骨料等材料的稱重數據，并進行盤、車的匹配。利用采集數據與設計配比進行差值比較，可實時獲得生產的混凝土質量偏差數據，對于不符合要求的偏差，支持推送預警消息。同時，通過算法計算，生產數據可與運輸單進行關聯，運輸單關聯生產任務，從而實現對拌合站的全方位監控。

2.2.2 智慧試驗

基于試驗檢測業務管理要求，結合物聯網、信息化等技術，實現工地試驗室各項工作的信息化，各類數據的規范化，各類工作的一鍵化，接入豐富數據，實現無紙辦公，打造智慧信息化試驗室。試驗檢測模塊整體架構為：通過集成物聯網系統應用，將項目施工過程中涉及的原材料檢驗、試塊抗壓強度等生產數據信息，進行自動采集獲取，在智慧工地平臺中進行實時監控項目生產過程質量情況。同時，將相關數據傳輸至指揮部動態管理系統中滿足相關實時數據的展示和監控，以及通過動態管理系統傳輸至試驗檢測軟件系統，作為相關試驗報告的數據基礎。

2.2.3 鋼筋智能加工

橋梁機械化、智能化施工能夠提高工程質量，使工程作業更加精細、嚴謹、可控。通過改善施工條件，提高施工生產效率，促進工程施工安全、可靠。結合工程特點，在鋼筋加工方面大力引進鋼筋數控加工設備，其中包括數控鋼筋彎箍機、數控雙向移動斜面式鋼筋彎曲中心、數控棒材剪切生產線、數控鋸切套絲打磨生產線等方面，積極踐行“機器換人”理念，促進農民工向產業工人轉變。

2.2.4 智能液壓模板

T 梁預制模板的側模為可移動結構，底部設置行走軌道，通過電機驅動整體縱向行走，當前臺座的梁體澆筑成型并脫模后，自動滑入下一臺座進行支模作業。利用液壓系統可實現自動拆模、合模，結合設置在側模及臺座底部的紅外線發射接收裝置，可實現自動定位、自動調整。底模采用復合型不銹鋼模板。

2.2.5 智能蒸養

預制梁智能蒸汽養護系統采用了自動化控制與無線傳感技術，對預制梁進行有效的保溫和保濕，并根據溫濕度實測，有針對性的養護。將相關收集的數據接入管理平臺終端，并用于設置養護工藝參數以及數據匯總處理及控制，利用管理平臺發出指令來啟動或停止對對應養護區域的蒸汽傳輸管理。利用信息管理平臺監控整個養護過程，并對養護全過程技術信息進行記錄與保存，在養護完成后可讀取數據，形成養護施工記錄表格。

2.2.6 智能張拉壓漿

系統由數據采集客戶端、數據傳輸客戶端、平臺服務端、移動接收終端軟件共同組成。對張拉壓漿過程數據及結果數據進行自動采集，生成相應的記錄報表或報告。系統將各項數據進行實時傳輸至項目動態管理系統，一旦發生張拉或壓漿數據偏差或質量問題，系統能夠自動預警并發送至相關管理者。

2.2.7 生產流水線

預制梁的生產流水線設置鋼筋制作區、制梁區、蒸養區、初張拉區、起吊區，二次張拉區、存梁區。

2.2.8 智慧平臺

智慧平臺基于BIM 的管理平臺集成視頻監控系統、結構應力應變監測系統和環境監測系統。平臺內可設定虛擬攝像頭，將現實中視頻監控所拍攝的畫面與虛擬攝像頭的BIM 模型一一對應，在平臺中控制攝像頭的視角和畫面時，虛擬攝像頭會實時同步，實現虛擬模型與現實施工情況的對比。

3 關鍵技術改進與優化研究

（1）采用混凝土智慧生產系統以實現混凝土從澆筑令派發、配合比審批發送、拌合機一鍵生產、含水率檢測、配合比微調、拌和、澆筑部位確認等全過程線上管理，規范開盤流程，降低混凝土強度標準差；利用集成的機械化智能試驗系統可適時地檢測預制試塊的測試結果，對混凝土拌合質量進行實時全方位的信息化智慧控制。

（2）依托智能鋼筋加工機械設備的開發和應用以及信息化協同應用技術，建設鋼筋生產管理系統平臺，實現鋼筋生產的計劃性、即時性、精確性、連續性，以便全面、系統、有效的提升智慧鋼筋加工廠智慧管控。

（3）采用自動化支模體系實現自動支模、拆模作業，結合紅外自動定位系統，保證了合模精度，提升了施工質量；通過電驅縱向滑移系統，實現從當前作業區自動滑入下一作業區，減少了人工，提升了模板支設效率和安全性；相較于傳統模板，本系統端部的側模設置導軌可平滑拆除，對梁體邊角等部位不會造成破壞，提高了梁板外觀質量。

（4）利用智能蒸養系統，可對養護全過程技術信息進行記錄與保存，在養護完成后可讀取數據，自動形成養護施工記錄表格，便于工人提取查看。

（5）通過智能張拉壓漿體系實現壓漿施工數據遠程監控，嚴格的保證壓漿數據的真實性和時效性，同時可杜絕數據造假違規，形成質量控制的閉環管理，減少管理人員資料壓力。

（6）以生產計劃管理、廠區管理、作業工序管理為主線，依托物聯網、云計算、二維碼等先進信息化技術，圍繞預制梁生產和架設的全過程，實現預制梁廠生產信息化智慧管理。

4 結語

本文研發了一種信息化智慧控制大型預制梁場施工技術，其結構包含混凝土智慧生產系統、鋼筋智能加工、智能液壓模板體系、智能蒸養系統以及智能張拉壓漿體系組成，整體上簡化了大型預制梁場的施工流程，操作方便，提高功效，節約了成本，降低了現場揚塵，整體提高了施工效率。該技術實現了從混凝土拌合、鋼筋加工、模板制作以及蒸汽養護等關鍵步驟的實時全方位信息化智慧控制，提升了施工效率，降低了人力資本，具有一定的技術、經濟和社會效益，推廣應用前景較好。