論智慧工地管理系統(tǒng)在預(yù)制箱梁場中的應(yīng)用

郭 瑞, 沈 德 明, 劉 彬 彬

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

某市政項目橋梁工程設(shè)計方案為預(yù)制的474片裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁,采用C50混凝土,每片箱梁長30 m,其預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)度低松弛Φs15.2 mm鋼絞線,抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk為1 860 MPa,抗拉設(shè)計強(qiáng)度fpd為1 260 MPa。

該項目采用智慧工地管理系統(tǒng)進(jìn)行管理,以制梁工藝、箱梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、臺座分布等進(jìn)行輸入,借鑒工作流的設(shè)計思路對梁場生產(chǎn)端進(jìn)行系統(tǒng)的管理。通過下發(fā)制梁/架梁計劃、梁體身份證、超時工藝預(yù)警、周期臺賬報表、架梁形象進(jìn)度、多維度數(shù)據(jù)看板等全面監(jiān)控梁場生產(chǎn)管理的全過程,優(yōu)化工藝配置,提升生產(chǎn)效率,保障生產(chǎn)質(zhì)量,通過“互聯(lián)網(wǎng)+BIM+大數(shù)據(jù)”信息化管理平臺實現(xiàn)項目管理的數(shù)據(jù)化,降低項目管理成本,提高工程管理和施工技術(shù)水平[1]。

筆者所述的智慧梁場管理系統(tǒng)為該系統(tǒng)的子系統(tǒng),在箱梁預(yù)制過程中對箱梁的張拉、壓漿、養(yǎng)護(hù)以及進(jìn)度等進(jìn)行管理并體現(xiàn)在智慧工地管理系統(tǒng)中。

(1)全生命周期管理:從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、計劃任務(wù)下發(fā)、生產(chǎn)進(jìn)度填報、異常數(shù)據(jù)預(yù)警及改進(jìn)、智能張拉、智能壓漿到梁體養(yǎng)生噴淋等對梁體全過程進(jìn)行生產(chǎn)管理監(jiān)控。

(2)梁體身份證終身制:以梁體身份證管理梁體,其是梁體的唯一識別碼,伴隨著梁體生命全過程。當(dāng)任務(wù)下發(fā)審批通過即生成梁體身份證,梁體身份證為系統(tǒng)自動生成的二維碼,通過梁場管理者打印出來貼在對應(yīng)的箱梁上;在質(zhì)量檢查時通過掃描二維碼即能對每榀箱梁的張拉壓漿等質(zhì)量信息進(jìn)行了解。

(3)精細(xì)化監(jiān)管促改進(jìn):計劃任務(wù)以每榀梁生產(chǎn)工序周期、起止時間為管理單元,結(jié)合每日進(jìn)度、超時預(yù)警等數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化工藝配置、計劃任務(wù),進(jìn)而提升梁場的生產(chǎn)效率。

(4)便捷化操作提效率:依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)看板、形象進(jìn)度、日進(jìn)度、整體進(jìn)度、異常預(yù)警等系統(tǒng)特性多維度地統(tǒng)計分析呈現(xiàn)梁場的生產(chǎn)狀態(tài),形象、直觀、精確;其方便快捷的系統(tǒng)操作極大程度地提升了工作效率,降低了管理難度,節(jié)省了人、財、物成本。

智慧工地管理系統(tǒng)充分利用其將多項數(shù)據(jù)可視化的優(yōu)勢,有助于實現(xiàn)梁場管理工作的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化和科學(xué)化。某公路橋梁預(yù)制梁場利用BIM技術(shù)創(chuàng)建了集可視化施工管理、可視化質(zhì)量管理、可視化進(jìn)度管理及可視化動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等于一體的智慧梁場,極大程度地提高了梁場的管理水平和工作效率[2]。筆者對其主要的應(yīng)用部位進(jìn)行了闡述。

2 智慧工地管理系統(tǒng)的具體應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集

(1)鋼絞線張拉。該項目智慧工地管理系統(tǒng)通過對梁場實時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后對梁場關(guān)鍵工序進(jìn)行管控。現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集通過所安裝的各類監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn),即物聯(lián)網(wǎng)手段。物聯(lián)網(wǎng)手段通過對預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)(張拉日期、張拉結(jié)果、梁孔序號、理論張拉力、實際張拉力、張拉力誤差、理論伸長量、實際伸長量、延伸量誤差、張拉時間等)的采集并將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)平臺,通過對質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比和超標(biāo)數(shù)據(jù)報警實現(xiàn)對作業(yè)過程質(zhì)量的動態(tài)監(jiān)控,對各環(huán)節(jié)的特點提出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施[3],進(jìn)而確保了預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力施工作業(yè)的質(zhì)量管控。

構(gòu)件工廠化預(yù)制生產(chǎn)因其具有縮短工期、降低造價、對環(huán)境影響小的特點,在我國橋梁工程建設(shè)中正在大規(guī)模推廣應(yīng)用,而預(yù)制場站的運(yùn)維管理水平直接影響到橋梁構(gòu)件的交付速度和質(zhì)量。

預(yù)應(yīng)力智能張拉監(jiān)測系統(tǒng)是基于控制預(yù)制梁生產(chǎn)過程中的張拉施工工藝質(zhì)量的動態(tài)控制開發(fā)的控制系統(tǒng)。

橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)配套遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)所形成的橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控管理體系,能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量管理的“實時跟蹤、過程控制、動態(tài)驗收、及時補(bǔ)救”。利用該系統(tǒng)成功地解決了橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中存在的一系列問題,減少了施工過程中人為因素的影響,有效保證了施工技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn),采用3G/4G移動網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行保存,通過內(nèi)置算法分析生成數(shù)據(jù)看板,從而為管理人員提供預(yù)警分析功能管理。

預(yù)應(yīng)力智能張拉監(jiān)測系統(tǒng),通過對質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析對比和超標(biāo)數(shù)據(jù)警報實現(xiàn)對作業(yè)過程質(zhì)量的動態(tài)監(jiān)控與預(yù)警提示,確保了預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力施工作業(yè)的質(zhì)量管控。

當(dāng)各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況傳輸?shù)椒?wù)器后,系統(tǒng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力質(zhì)量控制指標(biāo)對全部施工數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與繪圖分析后判斷工程預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量趨勢。

(2)孔道壓漿。該項目使用的智慧工地管理系統(tǒng)通過施工現(xiàn)場的智能壓漿系統(tǒng)將實時數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺于一體,完成了施工質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集和上傳、分析與管控。

橋梁預(yù)應(yīng)力智能壓漿技術(shù)系指采用計算機(jī)技術(shù)控制整個壓漿過程,采用漿液循環(huán)方式排出管道內(nèi)的空氣和雜質(zhì)、不需要人工開泵和手動補(bǔ)壓的壓漿工藝。在管道進(jìn)、出漿口分別設(shè)置精密傳感器實時監(jiān)測壓力并實時將其反饋給系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行分析判斷,測控系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)指令進(jìn)行壓力的調(diào)整,保證預(yù)應(yīng)力管道在施工技術(shù)規(guī)范要求的漿液質(zhì)量、壓力大小、穩(wěn)壓時間等重要指標(biāo)的約束下完成壓漿過程,確保壓漿飽滿和密實[4]。

通過在智能壓漿控制主機(jī)上安裝數(shù)據(jù)采集工具,由3G/4G移動網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中,通過內(nèi)置算法進(jìn)行分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對預(yù)應(yīng)力壓漿質(zhì)量管理“實時跟蹤、過程控制、動態(tài)驗收、及時補(bǔ)救”,進(jìn)而為管理人員提供預(yù)警分析功能管理。

智能管道壓漿監(jiān)測系統(tǒng)通過嵌入各智能壓漿設(shè)備直接提取壓漿數(shù)據(jù),包括壓漿時間、結(jié)束時間、注漿量、注漿壓力、保壓時間等形成壓漿臺賬表。

通過對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析,提供現(xiàn)場施工的違規(guī)報警、施工進(jìn)度及質(zhì)量預(yù)警、變形抬動超值預(yù)報警等,進(jìn)而達(dá)到對壓漿施工的事先預(yù)控、事中監(jiān)控、事后分析的管理目標(biāo)。

在綜合收集到各類數(shù)據(jù)指標(biāo)后,系統(tǒng)根據(jù)壓漿監(jiān)測系統(tǒng)提取的壓漿數(shù)據(jù),包括壓漿時間、結(jié)束時間、注漿量、注漿壓力、保壓時間等對全部施工數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計繪圖分析以判斷工程的預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量趨勢[5]。

2.2 智能養(yǎng)護(hù)

該項目采用的梁場養(yǎng)護(hù)自動噴淋系統(tǒng)在當(dāng)前的梁場養(yǎng)護(hù)工程中應(yīng)用廣泛,其通過科學(xué)合理的設(shè)計,避免了傳統(tǒng)人工養(yǎng)護(hù)中存在的漏養(yǎng)現(xiàn)象,減少了隱患的出現(xiàn);同時,高度智能化的使用方式節(jié)省了大量成本。

梁場養(yǎng)護(hù)自動噴淋系統(tǒng)具有很多便利之處,其增加了行走軌道,實現(xiàn)了預(yù)制梁的自動噴淋養(yǎng)護(hù),保證了預(yù)制梁的混凝土強(qiáng)度。梁場養(yǎng)護(hù)自動噴淋系統(tǒng)克服了人工灑水用水量大的缺點,其通過存梁區(qū)預(yù)先規(guī)劃設(shè)置的供水管道,在開啟控制開關(guān)后其可以自由地在行走軌道上行駛。全自動智能橋梁噴淋系統(tǒng)由PLC (可編程控制器)電路控制、行走、供水、噴灑,在養(yǎng)護(hù)過程中能夠由一臺PLC 進(jìn)行控制,可以實現(xiàn)自動化養(yǎng)護(hù),從而為預(yù)制梁的養(yǎng)護(hù)提供方便。

從功能上劃分,對其按以下分類進(jìn)行描述:

(1)水源系統(tǒng):在梁場內(nèi)打井,安裝潛水泵,在出水主管道上安裝遠(yuǎn)傳壓力表,將信號傳給恒壓控制系統(tǒng)用以控制水泵工作以保證管路中的水壓力在給定范圍內(nèi)。在主管道上接分支管道給儲水池補(bǔ)水。采用恒壓控制的目的是為了給整個梁場提供可靠的供水。

(2)噴淋供水裝置(無塔供水系統(tǒng)):該裝置由潛水泵、止回閥、排氣閥、壓力儲水罐、排污閥等構(gòu)成,其中在壓力儲水罐上安裝有遠(yuǎn)傳壓力表將信號傳遞給控制系統(tǒng)。該裝置為噴淋管道供水,在同時噴淋的梁數(shù)量隨時變化的情況下可以保證壓力相對恒定。

(3)噴淋管道系統(tǒng):將壓力儲水罐出來的主管道接到制梁區(qū)龍門吊軌道內(nèi)側(cè)順軌道埋設(shè),然后再T接若干分支管道到每排制梁臺座的一側(cè)(每一排臺座接一條分支管道,相當(dāng)于每條分支管道覆蓋7個臺座),在主管道和分支管道T接點之后安裝電磁閥,其作用為可以在控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)噴淋的間歇時間,從而在滿足養(yǎng)護(hù)要求的前提下節(jié)約用水和電能。每個電磁閥的開通時間應(yīng)錯開,以避免多個分支管道同時供水導(dǎo)致的用水量過大的情況發(fā)生。分支管道在每個臺座附近設(shè)置閥門井,安裝兩個手動閥及兩個出水管,其中一個出水管接左右噴淋管,另一個出水管接頂部噴淋管和梁內(nèi)噴淋管(梁內(nèi)一般不設(shè))。在左右噴淋管上安裝噴嘴,所噴出的水霧應(yīng)能覆蓋梁的左右兩側(cè),包括頂板下方(圖1)。對于其水質(zhì)達(dá)不到飲用水標(biāo)準(zhǔn)而不能使用霧化噴嘴的情況,可以使用半霧化噴嘴或碟形旋轉(zhuǎn)噴嘴(碟形噴嘴可以自動旋轉(zhuǎn))。其頂部噴淋可以使用微噴帶(先在梁頂敷設(shè)土工布),能夠保證梁頂一直濕潤。噴淋管的設(shè)置情況見圖1。

圖1 噴淋管設(shè)置圖

(4)水循環(huán)利用系統(tǒng):噴淋后的水有一部分會流到地下匯集到集水溝內(nèi)、流到沉淀池內(nèi)凈化沉淀后再進(jìn)入儲水池并設(shè)置一個溢流口,雨天可以將多余的雨水排到場地內(nèi)的排水溝。由于作業(yè)場地較大,蒸發(fā)量及滲透量較大,因此,回到儲水池的水不會太多而需要補(bǔ)水。此時在儲水池內(nèi)設(shè)置的高低水位傳感器(開關(guān))可以用來控制進(jìn)水管的電磁閥開關(guān)。

2.3 梁場噴淋

該項目通過手機(jī)APP遙控軟件實施遠(yuǎn)程控制,不僅可以手動完成定時智能噴淋設(shè)置,而且在手機(jī)APP上也可以通過相應(yīng)的功能予以實現(xiàn)。負(fù)責(zé)噴淋的管理人員可以通過隨身攜帶的手機(jī)隨時對不合理的澆水噴淋行為進(jìn)行動態(tài)調(diào)整而無需頻繁地驅(qū)車到現(xiàn)場進(jìn)行手動操作,通過移動端控制系統(tǒng)運(yùn)行,從而節(jié)約了到預(yù)制梁場進(jìn)行調(diào)整的時間,進(jìn)而提升了管理智能化水平。

手機(jī)APP中還擁有大量的手動操作無法實現(xiàn)的功能,其中包括:

(1)控制系統(tǒng)及每一個噴淋點的命名,拍照;

(2)手動點擊停止噴淋、即時噴淋;

(3)系統(tǒng)控制梁場內(nèi)所有制梁臺座的箱梁養(yǎng)護(hù);

(4)調(diào)整噴淋計劃、頻率以及噴淋時長;

(5)啟動天氣數(shù)據(jù)對現(xiàn)場進(jìn)行用水量調(diào)節(jié)。溫度高時自動多澆水,溫度低時自動減少澆水量;

(6)根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)急情況,手機(jī)APP可以隨時隨地調(diào)整噴淋配置,充分發(fā)揮移動操作終端的優(yōu)勢。

智能噴淋降塵控制箱在戶外可以通過4G路由器或已經(jīng)部署的WiFi系統(tǒng)連接互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)與云服務(wù)器集群的數(shù)據(jù)交換,可以實現(xiàn)任意地點的遠(yuǎn)程遙控和數(shù)據(jù)上傳通訊。用戶可以通過手機(jī)APP實時查看耗水量并通過圖表直觀呈現(xiàn)。

智能噴淋中控系統(tǒng)通過電腦瀏覽器運(yùn)行。在中央控制室內(nèi),管理人員可以快速定位智能噴淋區(qū)域,遠(yuǎn)程遙控澆水,設(shè)置某一臺控制箱的噴淋計劃,查看巡檢員手機(jī)APP上傳的現(xiàn)場噴淋照片等。

對于道路噴淋養(yǎng)護(hù),該項目引入了全自動、智能化的降塵噴淋系統(tǒng)以提升業(yè)主智能化管理水平。為實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的環(huán)保目標(biāo),噴淋是提升其管理水平的必由之路。該系統(tǒng)作為商業(yè)級智能噴淋的標(biāo)準(zhǔn)配置產(chǎn)品,其遠(yuǎn)距離、大面積噴淋可以通過無線互聯(lián)網(wǎng)接入實現(xiàn)手機(jī)APP遙控及PC集中管理。

3 結(jié) 語

通過對預(yù)制箱梁場可視化動態(tài)監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)研和研究,提高了預(yù)制箱梁場的施工效率。在智慧工地管理系統(tǒng)中形成大數(shù)據(jù),通過與后臺設(shè)置的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、分析,進(jìn)而掌握箱梁生產(chǎn)過程中每道工序的施工數(shù)據(jù),同時系統(tǒng)鏈接箱梁智能張拉、壓漿、養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù),打造智能化梁場,以信息化的手段實現(xiàn)箱梁預(yù)制的管理,提高了預(yù)制箱梁場的生產(chǎn)安全信息、材料消耗信息、傳遞的及時性、準(zhǔn)確性及安全性,實現(xiàn)了智能高效的施工管理目標(biāo)。